第2章_1 8086CPU的功能结构
第2章-8086微处理器part2
8086 CPU在最小模式中引脚定义
M/#IO：Memory/Input & Output，三态输出
存储器或I／O端口访问信号 。指示8086的访问对象，发 给MEM或I/O接口。 M／# IO为高电平时，表示 当前CPU正在访问存储器；
M／# IO 为低电平时，表 示当前CPU正在访问I／O端 口
数据驱动器数据流向控制信 号，输出，三态。
在8086系统中，通常采用 74LS245、8286或8287作 为数据总线的驱动器，用 DT/#R信号来控制数据驱动 器的数据传送方向。 当DT/#R＝1时，进行数据 发送； 当DT/#R＝0时，进行数据 接收。
8086 CPU在最小模式中引脚定义
READY：准备就绪信号 由外部输入，高电平有效 ，表示CPU访问的存储器 或I／O端口己准备好传送 数据。 当READY无效时，要求 CPU插入一个或多个等待 周期Tw，直到READY信 号有效为止。
S3 0 1 0 1
当前正在使用的段寄存器 ES SS CS或未使用任何段寄存器 DS
8086 CPU在最小模式中引脚定义
#BHE/S7：高8位总线允许（Bus High Enable）
T1：指示高8位数据总线上的数据 是否有效 （#BHE:AD0）配合：00时读写字 ，01时读写奇地址字节，10时读写 偶地址字节 其他T周期：输出状态信号S7（S7 始终为逻辑1，未定义） DMA方式下，该引脚为高阻态。
最大模式引脚信号（续）
LOCK# ：总线封锁（优先权锁定） 三态输出，低电平有效。 LOCK有效时表示CPU不允许其它总线主控者占用 总线。 ห้องสมุดไป่ตู้ 这个信号由软件设置。 • 当在指令前加上LOCK前缀时，则在执行这条 指令期间LOCK保持有效，即在此指令执行期 间，CPU封锁其它主控者使用总线。 在保持响应期间，LOCK#为高阻态。
8086 CPU内部结构
课题：8086微处理结构一、8086 CPU的内部结构：图解分析：1、8086 CPU从功能上可分为：总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）执行部件EU（Execution Unit）2、BIU：负责与存储器、外部设备之间进行信息交换。
功能：①负责从内存指定单元取出指令，并送到6字节的指令队列中排列；②同时负责从内存指定单元取出指令所需的操作数并送EU；③EU运算结果也由BIU负责写入内存指定单元。
组成：20位的地址加法器段寄存器（CS、DS、ES、SS）指令指针（IP）指令队列缓存器总线控制电路各组件功能：①地址加法器：计算并形成CPU要访问的内存单元的20位物理地址；②段寄存器：用于存放对应段的段基址；③指令指针寄存器：用于存放下一条要执行的指令的偏移地址；④指令队列：是6字节的“先进先出”的RAM存储器，用于顺序存放CPU要执行的指令，并送EU去执行；⑤总线控制电路：产生总线控制信号，如存储器读/写、I/O读写控制信号。
3、EU：负责指令的执行。
功能：①负责从BIU的指令队列中取得指令、分析指令、执行指令，并将结果存入通用寄存器或由BIU写入内存单元；②同时负责计算操作数所在内存单元的偏移地址。
组成：算术逻辑单元（ALU）标志寄存器通用寄存器：数据寄存器：AX、BX、CX、DX指针和变址寄存器：SP、BP、SI、DIEU控制电路各组件的功能：①算术逻辑单元（ALU）：对操作数进行算术和逻辑运算，也可按指令的寻址方式计算出CPU要访问的内存单元的16位偏移地址；②标志寄存器：用于反映算术和逻辑运算结果的状态；③数据寄存器：用于保存操作数或运算结果等信息；④指针和变址寄存器：用于存放操作数所处存储单元的偏移地址；⑤EU控制电路：接收从BIU指令队列中取得的指令，分析、译码，以便形成各种实时控制信号，对各个部件实现特定的控制操作。
【教学课件】第2章 8086微处理器
控制 电路
局部总线 接口
SYSB/RESB
1
20
2
19
3
18
4
17
5
8289 16
6
15
7
14
8
13
9
12
10
11
INIT
BCLK BREQ BPRN BPRO BUSY CBRQ
总线仲裁 信号
AEN
V CC S1 S0 CLK
LOCK
CRQLCK ANYRQST
AEN CBRQ BUSY
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DEN CEN
INTA IORC AIOWC IOWC
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23
2．总线仲裁控制器8289
仲裁电路
状态
S2
信号
S1
S0
状态 译码器
多路总线 接口
控制 输入
LOCK CLK
CRQLCK
RESB ANYRQST
IOB
S2 IOB
RESB BCLK INIT BREQ BPRO BPRN
GND
数据总线
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S0
S1
S2
INTR R Q / G T0
R Q / G T1
8288 总线控制器
IN T A
8259A 及有关电路
控制总线 中 断 请 求
22
1．总线控制器8288
状态
S2
信号
S1
S0
状态 译码器
控制 输入
CLK
AEN CEN IOB
控制 电路
命令 信号 发生器
控制信号 发生器
2.3.1 最小模式和最大模式的概念
微机原理课件第二章 8086系统结构
但指令周期不一定都大于总线周期，如MOV AX，BX
操作都在CPU内部的寄存器，只要内部总线即可完成，不 需要通过系统总线访问存储器和I/O接口。
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17
• 8086CPU的典型总线时序，充分体现了总 线是严格地按分时复用的原则进行工作的。 即：在一个总线周期内，首先利用总线传 送地址信息，然后再利用同一总线传送数 据信息。这样减少了CPU芯片的引脚和外 部总线的数目。
• 执行部件（EU）
• 功能：负责译码和执行指令。
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5
• 联系BIU和EU的纽带为流水指令队列
• 队列是一种数据结构，工作方式为先进先出。写入的指令 只能存放在队列尾，读出的指令是队列头存放的指令。
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6
•BIU和EU的动作协调原则 BIU和EU按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所 要求的任务： ①每当8086的指令队列中有空字节，BIU就会自动把下 一条指令取到指令队列中。 ②每当EU准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令 队列前部取出指令的代码，然后译码、执行指令。在执 行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I／O端口， 那么EU就会请求BIU，完成访问内存或者I／O端口的操 作； ③当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU 便进入空闲状态。（BIU等待，总线空操作） ④开机或重启时，指令队列被清空；或在执行转移指令、 调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了 变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会 接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。 （EU等待）
•CF（Carry Flag）—进位标志位，做加法时最高位出现进位或 做减法时最高位出现借位，该位置1，反之为0。
第二章 8086微处理器
第二章8086/8088微处理器及其系统结构内容提要：1．8086微处理器结构：CPU内部结构：总线接口部件BIU，执行部件EU；CPU寄存器结构：通用寄存器，段寄存器，标志寄存器，指令指针寄存器；CPU引脚及其功能：公用引脚，最小模式控制信号引脚，最大模式控制信号引脚。
2．8086微机系统存储器结构：存储器地址空间与数据存储格式；存储器组成；存储器分段。
3．8086微机系统I/O结构4．8086最小/最大模式系统总线的形成5．8086CPU时序6．最小模式系统中8086CPU的读/写总线周期7．微处理器的发展学习目标1．掌握CPU寄存器结构、作用、CPU引脚功能、存储器分段与物理地址形成、最小/最大模式的概念和系统组建、系统总线形成；2．理解存储器读/写时序；3．了解微处理器的发展。
难点：1．引脚功能，最小/最大模式系统形成；2．存储器读/写时序。
学时：8问题：为什么选择8088/8086？•简单、容易理解掌握•与目前流行的P3、P4向下兼容，形成x86体系•16位CPU目前仍在大量应用思考题1、比较8086CPU与8086CPU的异同之处。
2、8086CPU从功能上分为几部分?各部分由什么组成?各部分的功能是什么?3、CPU的运算功能是由ALU实现的，8086CPU中有几个ALU?是多少位的ALU?起什么作用?4、8086CPU有哪些寄存器?各有什么用途?标志寄存器的各标志位在什么情况下置位?5、8086CPU内哪些寄存器可以和I/O端口打交道，它们各有什么作用?6、8086系统中的物理地址是如何得到的?假如CS=2400H，IP=2l00H，其物理地址是多少?思考题1.从时序的观点分析8088完成一次存储器读操作的过程？2.什么是8088的最大、最小模式？3.在最小模式中，8088如何产生其三总线？4.在最大模式中，为什么要使用总线控制器？思考题1.试述最小模式下读/写总线周期的主要区别。
第二章-8086微处理器
答案：A
思考题
8086/8088的状态标志有 A)3 B)4 C)5 答案：D 个。 D)6
思考题
8086/8088的控制标志有 A)3 B)4 C)5 答案：A 个。 D)6
三、引脚信号和功能（图2-5 ）
8086总线周期的概念： 为了取得指令或传送数据，就需要CPU的总线接 口单元（BIU）执行一个总线周期。 一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成。 习惯上将4个时钟周期分别称为4个状态，即T1状 态、T2状态、T3状态和T4状态。 图2-17
2.方向标志DF（Direction Flag） 用于串操作指令中的地址增量修改（DF ＝0）还是减量修改（DF＝1）。 STD使DF＝1 CLD使DF＝0
（三）标志寄存器－控制标志（续）
3.跟踪标志TF（Trap Flag） 若TF＝1，则CPU按跟踪方式（单步方式） 执行程序，否则将正常执行程序。
思考题
指令队列的作用是 A)暂存操作数地址 。 B)暂存操作数
C)暂存指令地址
D)暂存预取指令 答案：D
思考题
8086的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案： C
思考题
8088的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案：A
思考题
第二章 8086/8088微处理器
8086/8088微处理器的结构 8086/8088典型时序分析
简 介
8086：16位微处理器 数据总线宽度16位：可以处理8位或16位数据 地址总线宽度20位：可直接寻址1MB存储单元和 64KB的I/O端口 8088：准16位处理器 内部寄存器及内部操作均为16位，外部数据总线8位 8088与8086指令系统完全相同，芯片内部逻辑结构、芯片引 脚有个别差异。 设计8088的目的主要是为了与Intel原有的8位外围接口芯片 直接兼容
8086微处理器的功能与结构
8086微处理器的功能与结构四、80x86微处理器的结构和功能(一)80x86微处理器1.8086/8088主要特征(1)16位数据总线(8088外部数据总线为8位)。
(2)20位地址总线，其中低16位与数据总线复用。
可直接寻址1MB存储器空间。
(3)24位操作数寻址方式。
(4)16位端口地址线可寻址64K个I/O端口。
(5)7种基本寻址方式。
有99条基本指令。
具有对字节、字和字块进行操作的能力。
(6)可处理内部软件和外部硬件中断。
中断源多达256个。
(7)支持单处理器、多处理器系统工作。
2.8086微处理器内部结构8086微处理器的内部结构由两大部分组成，即执行部件EU(Execution Unit)和总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)。
和一般的计算机中央处理器相比较，8086的EU相当于运算器，而BIU则类拟于控制器。
3.8086最小模式与最大模式及其系统配置最小模式在结构上的特点表现为:系统中的全部控制信号直接来自8086CPU。
与最小模式相比，最明显的不同是系统中的全部控制信息号不再由8086直接提供，而是由一个专用的总线控制器8288输出的。
4.8087与8089处理机简述(1)8087协处理机8087协处理机与8086组合在一起工作，以弥补8086在数值运算能力方面的不足，所以它又称为协处理机。
(2)8089I/O处理机8089是一个带智能的I/O接口电路，相当于大型机中的通道，它将CPU的处理能力与DMA控制器结合在一起。
它具有52条基本指令，1MB的寻址能力，包含两个DMA通道。
8089也可以与8086联合在一起工作，执行自己的指令，进行I/O 操作，只在必需时才与8086进行联系。
在8089的控制下，可以进行外设与存储器之间、存储器与存储器之间以及外设与外设之间的数据传输。
同时，8089还可以设定多种终止数据传输的方式。
5.总线时序一个基本的总线周期包括4个时钟周期，即4个时钟状态T 1 、T2 、T3 和T4 。
第2章 16位微处理器
表2.2 段寄存器使用时的一些基本约定
思考题
下列CPU中属于准16位的是 A.8080 B.8086 C.8088 。 D.80386SX A.ALU，EU，BIU C.寄存器组，ALU 答案： C
思考题
8086CPU的内部结构由 组成。 B.ALU，BIU，地址加法器 D.EU，BIU
答案：D
思考题
例题
设(CS)=4232H ，(IP)=0066H，试计算物理地址。
思考题
已知物理地址为FFFF0H，且段内偏移量为 A000H，若对应的段基址放在DS中，则DS 应为 。 A.5FFFH B.F5FFH C.5FFF0H D.F5FF0H 答案：B
注意
一个存储单元的物理地址是唯一的，而逻辑 地址是可以不唯一的。 例如： 1200H:0345H12345H 1100H:1345H12345H
第2章 16位微处理器8086/8088
2.1.0 简介 2.1.1 8086/8088CPU的内部结构 2.1.2 8086/8088CPU的总线周期 2.1.3 8086/8088系统的工作模式 2.1.4 8086/8088的操作和时序 作业
2.1.0 简介
1978年，Intel推出了8086微处理器，一年多以后推出了 8088，这两种都是16位微处理器。 时钟频率为5MHz~10MHz，最快的指令执行时间为400ns。 8086有16根数据线：可以处理8位或16位数据。 有20根地址线：可寻址即1MB（220）的存储单元和 64KB（216）的I/O端口。 8088：准16位微处理器 8088的内部寄存器、运算器以及内部数据总线都是按16位设 计的，但外部数据总线只有8条，因此执行相同的程序， 8088要比8086有较多的外部存取操作而执行得较慢。 设计的主要目的：为了与Intel原有的8位外围接口芯片直接 兼容。
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2.1 微处理器基本功能和结构 2.2 微处理器主要性能指标 2.3 INTEL8086/8088微处理器 2.4 8086/8088微处理器基本时序
2.1 微处理器基本功能和结构
微处理器是微型计算机的核心部件，也称为中央 处理单元，简称CPU（Central Processing Unit）。 它负责微型计算机中各部件的协调，完成指令的执行 和数据处理工作。其主要功能包括：
EU和BIU独立并行流水线工作，比8085串行操作提 高了运行速度。
取指令 取指令 取数据 取数据 取指令 存
3
结果
4
译码 1
执
行
1
译码 2
执
行
2
一、8086/8088 CPU的功能结构
2、8086/8088 CPU内部寄存器结构
8086内部寄存器有： 8个通用寄存器 4个段寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器
两个独立的功能部件：执行部件EU、总线接口部件 BIU。
EU单元
AH AL AX BH BL BX CH CL CX DH DL DX
SP BP SI DI
EU
ALU
控
制
标志寄存器
地∑ 址
BIU单元
加
法 器
CS DS
SS
ES
总线 控制 逻辑
内存 接口
IP
指令队列
123456
一、8086/8088 CPU的功能结构
数据总线宽度：描述微处理器与外界交换数据能力的一个重 要指标。微处理器每一根数据线表示一个比特数据，数据线 越多则表示每一次与外界交换的数据位数就越多，相对交换 速度就越快。
微处理器的主要性能指标
高速缓冲容量和级数：高速缓存（Cache）是设置在微处理 器内部的一种存储器。由于其存取速度要比内存高一个数量 级，可以达到与微处理器部件同频的工作速度，因此利用高 速缓存可以提高处理器的工作效率。Cache根据速度和位置 不同可分两级或三级。
生产工艺：不同的生产工艺对CPU的功耗和工作频率有较 大影响，生产工艺越先进CPU功耗越低，工作频率越高
其它性能指标：包括特殊指令扩展、超线程、流水线、乱序 执行、动态执行，以及新一代CPU的双核、多核技术等体系 结构方面的技术。而且体系结构对现代微处理器性能的影响 已经超过制造工艺对计算机性能的影响，成为现代微处理器 设计的重要技术指标。
一、8086/8088 CPU的功能结构
通用寄存器
8086的16位通用寄存器是：
AX
BX CX DX
SI
DI BP SP
其中前4个数据寄存器都还可以分成高8位和低8位两 个独立的寄存器
8086的8位通用寄存器是：
AH
BH CH DH
总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)
组成：
① 段寄存器(CS、DS、ES、SS)
地 址
∑
② 指令指针（IP）
加 法
③ 地址加法器、总线控制 ④ 指令队列 功能：
器 CS DS SS ES
总线 控制 逻辑
① 外部总线连接，完成EU所需的总线 操作，计算形成20位的物理地址。
IP
寄存器组RS（Register Set）：是CPU中暂存数据和指令的 逻辑部件，用于临时存放数据或地址。
除此以外，微处理器常常还包括一定的高速缓存部件。
2.2 微处理器的主要性能指标
微处理器的性能对微型计算机系统起着举足轻 重的影响，微型计算机的很多性能指标都与微处理 器性能直接相关。
微处理器的主要性能指标包括：工作频率、处 理器字长、前端总线速度、地址总线宽度、数据总 线宽度、高速缓冲容量和级数、生产工艺等。
指令队列
② 从内存储器中取出指令送指令队列 1 2 3 4 5 6 排队。
③ 按EU的要求读写内存、I/O中的操 作数。
一、8086/8088 CPU的功能结构
执行部件EU(Execution Unit) 组成：
① 通用寄存器 ② 标志寄存器
AH AL AX BH BL BX CH CL CX DH DL DX
SP BP SI DI
③ ALU
EU
④ EU控制 功能：
ALU
标志寄存器
控 制
指令队列
① 从指令队列获得指令，译码、执行指令操作。 1 2 3 4 5 6
② 译码指令、执行算术运算、逻辑运算。
③ 向BIU提供操作数的内存或I／O端口的地址。
④ 管理标志寄存器和指令操作数。
一、8086/8088 CPU的功能结构
指令控制：指令执行顺序 操作控制：各部件功能协调 时间控制：各信号时序 数据加工：算术/逻辑运算
微处理器基本结构
微处理器基本结构包括控制器、运算器、寄存器组等部件。
运算器ALU（Arithmetic Logic Unit）：计算机的核心功能 部件，主要负责算术、逻辑运算等数据加工功能。
控制器CU（Control Unit）：计算机的指挥控制中心，负责 按照一定顺序自动读取程序中的指令，将指令译码后产生相 应控制信号，控制各部件协同工作。
前端总线速度：前端总线指主板芯片组中的北桥芯片与CPU 之间传输数据的通道，因此也称为CPU的外部总线。 它反映 CPU与内存和显示部件之间交换数据的能力，前端总线速度 越快，CPU与外界交换信息的能力越好，有利于提高整体处 理速度。
微处理器的主要性能指标
地址总线宽度：描述微处理器可以访问物理存储空间的重要 指标。微处理器通过地址总线表达其访问数据所在的地址， 地址总线越多则表示该微处理器可以给出的物理地址数越多， 可以连接的物理内存就越大。
2.3 8086/8088 微处理器
一、8086/8088 CPU的功能结构
16位处理器、40脚的DIP(双列直插)封装。 时钟频率：5MHz、8MHz和10MHz。 20条地址线，有220=1024KB=1MB 寻址能力。
缺口
40脚
1脚
20脚
一、8086/8088 CPU的功能结构
1、 8086/8088 CPU的功能结构
微处理器的主要性能指标
工作频率:包括主频、外频、倍频。主频是微处理器的工作 频率，反映微处理器工作节奏的快慢；外频是指系统总线的 工作频率，它反映外部设备的工作速度；倍频是指微处理器 工作频率对系统总线工作频率的倍数。三者之间的关系可以 用下式表示：
主频＝外频×倍频 处理器字长:反映微处理器单次数据处理能力，字长越长表示 单次处理数据能力越强。