8086微处理器的功能与结构
计算机原理
例： 设代码段寄存器CS的内容为1234H，指令指 针IP的内容为0022H，即(CS)＝1234H，(IP)＝ 0022H，则访问代码段存储单元的物理地址计算如 下：
左移4位 12340
1234 0022
段基值 逻辑地址
偏移量
整理课件
+）
002 2
1236 2
物理地址
13
整理课件
4. 6字节的指令队列（ISQ）
例： 49H＋6DH＝B6H，就是73＋109＝182， 补码B6H表达真值是-74，显然运算结果不正确； 计算结果超出－128～＋127范围，产生溢出，故 OF＝1。
30
整理课件
奇偶标志PF（Parity Flag） – 当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶 数时，PF = 1；否则PF = 0 – PF 标 志 仅 反 映 最 低 8 位 中 “ 1” 的 个 数 是 偶或奇，即使是进行16位字操作
地址指针寄存器用于存放操作数的地址，编程 时通过修改寄存器的内容达到修改地址的目的。
通过地址指针寄存器寻址内存内的数据
SP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址, SP不能再用于其他目的，具有专用目的
23
整理课件
BP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中一 个数据区的基地址，SP和BP寄存器与SS段寄存 器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址。
整理课件
对其中某8位的操作，并不影 响另外对应8位的数据 ；
数据寄存器用于存放操作数及 中间结果，也可以存放地址；
AX和AL可用作累加操作，因
此又可称作累加器。
21
每个寄存器又有它们各自的专用目的
– AX－－累加器，使用频度最高； 用于算术、逻辑运算存放中间结果； 与外设传送信息等
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结构组成
8086结构组成8086是一款16位微处理器，它的结构组成非常复杂。
本文将从以下几个方面来详细介绍8086的结构组成。
一、总体结构8086由三个主要部分组成：执行单元（EU）、总线接口单元（BIU）和寄存器组。
1.执行单元：负责执行指令并进行算术和逻辑运算。
2.总线接口单元：负责与外部设备通信并控制数据传输。
3.寄存器组：包括通用寄存器、段寄存器和指令指针寄存器等。
二、执行单元1.指令队列指令队列是执行单元中的一个重要部分，它可以存储多条指令，以便快速地进行取指令操作。
当EU需要执行一条新的指令时，它会从队列中取出下一条指令并开始执行。
2.算术逻辑单元算术逻辑单元（ALU）是执行单元中的核心部分，它可以进行各种算术和逻辑运算，如加、减、乘、除、与、或等操作。
ALU还可以处理条件跳转和无条件跳转等控制操作。
3.状态标志寄存器状态标志寄存器（FLAGS）用于记录ALU运算的结果，以便EU进行下一步操作。
FLAGS寄存器包括零标志位、进位标志位、溢出标志位等。
三、总线接口单元1.地址加法器地址加法器（AFA）是BIU的核心部分，它可以将内部地址转换为外部地址，并控制数据传输。
2.指令缓存器指令缓存器（IC）用于存储从内存中读取的指令。
当EU需要执行一条新的指令时，BIU会从IC中取出相应的指令并传输给EU。
3.数据缓存器数据缓存器（DC）用于暂时存储从内存中读取或写入的数据。
当EU 需要访问内存时，BIU会将相应的数据传输到DC中，EU再从DC中读取或写入数据。
四、寄存器组1.通用寄存器8086有8个16位通用寄存器，分别命名为AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP。
这些寄存器可以用于保存临时数据和计算结果等。
2.段寄存器8086有4个16位段寄存器，分别命名为CS、DS、ES和SS。
这些寄存器用于保存程序和数据在内存中的位置信息。
3.指令指针寄存器指令指针寄存器（IP）用于保存下一条指令在内存中的地址。
【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
2021/8/17
DEN CEN
INTA IORC AIOWC IOWC
2021/8/17
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
2021/8/17
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
8086cpu
8086 CPU简介8086 是英特尔（Intel）公司于 1978 年推出的 16 位微处理器。
它是最早的 x86 微处理器之一，被广泛应用于个人电脑（PC）的起步阶段，对于计算机技术的发展和普及起到了重要的推动作用。
本文将介绍 8086 CPU 的基本特征、工作原理和应用领域。
8086 CPU 的特点1.16 位架构： 8086 CPU 是一种 16 位微处理器，相对于 8 位微处理器，它能够处理更多的数据，提高计算机的处理能力。
2.寻址能力强： 8086 CPU 支持 1MB 的物理内存寻址，这在当时是非常先进的。
它通过分段的方式来实现 1MB 内存的寻址，其中代码段和数据段的概念对于内存管理非常重要。
3.复杂指令集： 8086 CPU 拥有丰富的指令集，包括算术运算、逻辑运算、条件分支、循环等指令。
这使得编程人员能够更灵活地进行程序设计。
4.支持多种工作模式： 8086 CPU 支持实模式和保护模式两种工作模式，实模式是与早期的 8080 和 8085 微处理器兼容的模式，保护模式则是为了在用户程序和操作系统之间提供更高的安全性和稳定性。
8086 CPU 的工作原理8086 CPU 主要包括以下几个部分：1.总线接口单元（BIU）：负责处理与外部器件之间的数据传输，例如内存读写、I/O 设备访问等。
2.执行单元（EU）：负责指令的解码和执行，包括算术逻辑运算、数据传输等操作。
3.时钟发生器（CLK）：生成 CPU 的时钟信号，控制CPU 的工作频率。
8086 CPU 的工作过程如下：1.取指令（Fetch）： BIU 从指令队列（Instrution Queue）中读取指令，并将其送往指令寄存器（Instruction Register）中进行解码。
2.解码指令（Decode）： EU 解码指令，并将执行所需的数据从寄存器堆或内存中读取出来。
3.执行指令（Execute）： EU 执行指令中的操作，包括算术运算、逻辑运算、数据传输等。
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。
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 。
8086cpu的组成
8086CPU的组成8086CPU是一种早期的微处理器，用于计算机的中央处理单元（CPU）。
它由多个组件组成，包括逻辑单元、寄存器、内存控制器、输入/输出单元等。
以下是对8086CPU组成的详细描述：1. 逻辑单元：8086CPU的逻辑单元包括各种控制单元和调度单元，用于处理指令、数据和内存访问请求。
这些逻辑单元负责协调各个组件之间的操作，确保CPU能够高效地执行任务。
2. 寄存器：8086CPU使用多个寄存器来存储数据和处理指令。
这些寄存器用于临时存储数据、操作数和结果，并支持CPU执行各种操作。
3. 内存控制器：8086CPU的内存控制器负责与主存储器（如RAM）进行通信，以快速访问数据和指令。
内存控制器通过内部总线与逻辑单元和其他组件进行交互，确保数据传输的效率和准确性。
4. 输入/输出单元：8086CPU的输入/输出单元负责与外部设备进行通信。
这些设备包括显示器、键盘、鼠标、硬盘驱动器等。
输入/输出单元通过接口与外部设备连接，并处理与它们的通信和数据传输。
5. 时钟和电源管理：8086CPU需要一个时钟信号来控制其操作速度。
时钟信号的频率决定了CPU的执行速度。
此外，8086CPU还具有电源管理功能，以确保各个组件在需要时获得适当的电源，并在不需要时关闭以节省能源。
总的来说，8086CPU由多个组件组成，这些组件协同工作以实现高效的计算任务。
它具有强大的逻辑单元、寄存器、内存控制器和输入/输出单元，以及时钟和电源管理功能，使其成为早期计算机系统的重要组成部分。
这些组件的组合和协同工作，使得8086CPU能够处理复杂的指令和数据，并支持计算机系统的正常运行。
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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 、T 2 、T 3 和T 4 。
(二)80286\80386\80486微处理器
1.80286微处理器
(1)80286的特征
80286是一种高性能的16位微处理器，向上兼容8086/8088，可以有效地利用8086系列软件。
80286引入虚拟地址空间的概念，具有存储器管理功能，能为每一个任务分配多达1G字节的虚拟地址空间并映射到16M字节的物理地址中去。
80286具有保护功能，可对段的边界、属性和访问权等进行自动检查，通过四级环结构和任务之间相互隔离，可建立可靠性高的系统软件。
80286具有高效率的任务转换功能，适用于多用户、多任务系统。
80286工作时钟为8～12MHz，工作时钟多样化，便于组成高性能价格比的系统。
(2)80286的结构
80286内部结构中，除了EU执行单元外，总线接口部件BIU又细分成地址部件AU、指令部件IU和总线部件BU。
(3)80286的工作方式
80286微处理器有两种工作方式:实地址方式和保护虚拟地址方式。
2.80386微处理器
(1)80386的特征
80386是一种灵活的32位微处理器，可以处理8位、16位、32位等多种类型的数据，有8个32位通用寄存器。
80386可直接输出32位的物理地址，最大可支持4GB字节的物理内存空间。
(2)80386微处理器内部结构
80386的内部结构是由6个能并行操作的功能部件组成，即总线接口部件、代码预取部件、指令译码部件、存储器管理部件、指令执行与控制部件。
这些部件按流水线结构设计，指令的预取、译码、执行等步骤由各自的处理部件并行处理。
这样，可同时处理多条指令，提高微处理器的处理速度。
(3)80387协处理器
80387协处理器使用80位内部结构，实现了IEBB浮点格式。
其中包括32位单精度实型数、64位双精度实型数、80位的扩展实型数、16位字整型数、32位短整型数、64位长整型数和18位BCD整数7种数据类型的运算。
80387还扩充了80386的指令系统。
3.80486微处理器
80486完全兼容80386系列机体结构和软件。
与80386相比，80486采用RISC技术，并将以前的微代码控制改为布线逻辑直接控制，从而大大加快了指令执行速度，基本指令可在一个时钟周期内完成。
采用单倍时钟，最高时钟频率达100MHz。
80486开始将8KB的数据和指令混合型高速缓冲存储器和浮点运算部件FPU集成在芯片内。
内部数据总线宽度为64位。
处理速度比大大提高。
4.80486的内部构成
80486是增强性能的80386，80486芯片内集成有自己的数值协处理器和自己的芯片Cache(这两者在80386系统中是两块独立的芯片)，这大大增强了80486的整体性能。