第4章 16位微处理器资料
复习知识点16微机原理
复习知识点第1章1、8086是一种16位微处理器，80486是一种32位微处理器。
2、CPU由运算器和控制器组成。
运算器的主要功能是算术运算与逻辑运算。
运算器的逻辑部件为算数逻辑单元。
3、ASCII码表中数字和字母的值。
’0’~’9’的ASCII码为30H~39H，’A’~’Z’的ASCII码为41H~5AH，’a’~’z’的ASCII码为61H~7AH。
4、无符号数，有符号数，数的补码表示。
①11000110为某数的二进制补码,该数的十进制原码为(-58)。
②十进制数+15的二进制补码为00001111。
③十进制数-15的二进制补码为11110001。
④现有8位二进制内容：00111001B，如果把它看成一个无符号整数，则它表示十进制数57；如果把它看成一个有符号的数，则它表示+57，这时它的最高位表示数的正负，为0表示正数，为1表示负数，且这个数用补码表示；如果把它看成一个ASCII码表示的字符，则它表示字符'9'；如果把它看成一个组合的BCD码，则它表示十进制数39。
5、微处理器通常包括运算器和控制器，一个微机系统应该由运算器、控制器、存储器和输入输出接口电路组成。
第2章1、8086有14个寄存器，4个数据寄存器为AX,BX,CX,DX，这四个16位的寄存器，每一个又可以分为2个8位的寄存器，分别称为AH,AL;BH,BL;CH,CL;DH,DL。
2、标志寄存器有9个标志位，其中状态标志有6个，控制标志有3个，各自的含义，哪些指令影响标志位，影响哪些标志位？，哪些指令不影响标志位？6个状态标志：AF：辅助进位标志CF：进位标志ZF：零标志SF：符号标志OF：溢出标志PF：奇偶标志3个控制标志：IF：中断允许标志DF：方向标志TF：单步执行标志一般算数逻辑指令会影响状态标志，但各个指令影响的标志位个数不同。
①8086CPU中零标志ZF=0表示运算结果不为0。
ZF=1表示运算结果为0。
第4章16位微处理器
EU
BIU
M I/O
CPU
组成：
1、用于存放逻辑段的段基地址(后面将要介绍)
CS：代码段寄存器，用于存放指令代码 DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器，数据段和附加段用来存放
操作数。 SS：堆栈段寄存器，用于存放返回地址，保存
寄存器内容，传递参数等。
2、IP：指令指针寄存器 3、20位的地址加法器 4、6字节（或4字节）的指令队列 5、输入/输出控制电路（总线控制逻辑）
●中断标志IF（Interrupt Enable Flag）：如果 IF置“1”，则CPU可以接受可屏蔽中断请求； 反之，则CPU不能接受可屏蔽中断请求。
指令系统中有两条专门的指令可以置“1”或 置“0” IF标志位：
STI 使IF置“1”，即开放中断。
CLI 使IF清“0”，即关闭中断
●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）。
6个状态标志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF) 3个控制标志位(IF，TF，DF)
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF
标志寄存器的格式及各位的含义
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 OF DF IF TF SF ZF
4、指令周期、时钟周期
（1）执行一条指令所需要的时间称为指令周期 （Instruction Cycle） 指令周期
总线周期 …… 总线周期 时钟周期……时钟周期 时钟周期…… 时钟周期
（2）每两个时钟脉冲上升（下降）沿之间的时 间间隔称为T状态，也称为时钟周期（Clock Cycle）
16位微处理器
3.1 8086/8088的引线及功能
8086/8088均为40条引线、双列直插式封装，某些引线 有多重功能，其功能转换有两种情况：一种是分时复用， 另一种是按组态定义. 用8088微处理器构成系统时，有两种不同的组态： 最小组态→用8088微处理器构成一个较小系统，即所连 的存储器容量不大，I/O端口也不多，此时系统的控制 总线由8088直接提供. 最大组态→用8088构成一个较大系统时，系统的控制信 号不能由CPU直接提供，而必须由总线控制器控制产生.
2.1 8086/8088CPU的结构
9
2.1 8086/8088CPU的结构
（1）执行单元EU(execution unit)
EU负责执行指令，完成两种操作：算术逻辑运算、 计算存储器操作数的偏移地址 （2）总线接口单元BIU(bus interface unit) BIU完成所有的总线操作 EU和BIU并行工作，可以同时进行读/写操作和执行 指令的操作 10
位寄存器使用：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL
AX——累加器，BX——基址寄存器
CX——计数寄存器，DX——数据寄存器
SP——堆栈指示器，BP——基址指示器 SI——源变址寄存器，DI——目的变址寄存器 12
2.2 8086/8088 的寄存器 2.指令指示器IP(instruction point)
1 微处理器概述
1985年，第四代微处理器80386及M68020推出市 场，集成度达45万个晶体管／片。它们是32位微处理器， 时钟频率达40MHz，速度之快、性能之高，足以同高档 小型机相匹敌。 总之，20世纪70年代至今，微处理器的发展是其他许 多技术领域望尘莫及的，如1989年推出了80486，1993 年推出了Pentium及80586等更高性能的32位及64位微处 理器，它也促进了其他技术的进步。 本章以讲解16位8086／8088微处理器为中心，第 5章再介绍80386，80486及Pentium等芯片的原理。因为 它们是当今许多流行的微型计算机，如IBM PC及许多兼 容机联想，同方，COMPAQ等个人计算机的CPU。 5
第四章 16位微处理器
2013-5-19
1
4.2 8086/8088 CPU的结构
8086 CPU从功能上可分为两部分，即: 总线接口部件BIU（Bus 1nterface 和执行部件EU（Execution Unit）。
Unit）
8086的内部结构如图4-1所示.
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A B(20位 ) 通用寄存器 AH 数 据 寄存器 BH CH DH SP 指针和变址 寄存器 BP SI DI ALU 数 据 总 线 (16位 ) AL BL CL DL AX BX86总 线 D B(16位 ) 地址 加法器 ∑
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3．加法器是算术逻辑的主要部件，绝大部分指令的执 行都由加法器来完成。 4．标志寄存器FR共有16位，其中7位未用，所用的各位 含义如下：
15 11 10 9 8 7 6 4 AF 2 PF 0 CF O F D F IF TF SF ZF
控 制 标 志 位 ： TF 、 IF、 D F 状 态 标 志 位 ： CF、 PF 、 A F、 ZF 、 SF 、 O F
IP：指令指针寄存器。存放下一条要读取的指
令在代码段内的偏移地址。 用户程序不能直接访问IP。注意PC与IP的区别。
在程序执行过程中，PC始终指向下一条要执行的指令。因此可得 结论：PC中的地址是需要转移、循环、调用子程序等操作时的断点。 8086CPU中有两个功能部件，即总线接口部件BIU和执行部件EU， BIU负责取指令，EU负责译码执行。 当BIU执行的六个字节装满后， EU开始从出栈口取指令进行译码执行，同时BIU并行操作向入栈口补 充一条取指令命令。 指令指针IP则指向下条要取指的指令。而断点则 应是要执行的指令内存地址，而不是IP内的下一条要取指的指令地址， 且IP比断点超前了六个字节。由此可得结论：IP中并不是需要作转移、 循环等操作时的断点。
第4章 中央处理器
2.控制器 控制器是整个计算机的控制、指挥部件，它控制 计算机各部分自动、协调地工作。控制器主要由程 序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和控制 逻辑PLA等部件组成。 控制器是根据人们预先编写好的程序，依次从存 储器中取出各条指令，存入指令寄存器中，通过指 令译码器进行译码（分析）确定应该进行什么操作， 然后通过控制逻辑在规定的时间，向确定的部件发 出相应的控制信号，使运算器和存储器等各部件自 动而协调地完成该指令所规定的操作。当这一条指 令完成以后，再顺序地从存储器中取出下一条指令， 并照此同样地分析与执行该指令。如此重复，直到 完成所有的指令为止。
Βιβλιοθήκη 控制器应主要由下列部件组成： ⑴ 程序计数器PC 程序计数器PC中存放着下一条指令在内存中的地 址。控制器利用它来指示程序中指令的执行顺序。当 计算机运行时，控制器根据PC中的指令地址，从存 储器中取出将要执行的指令送到指令寄存器IR中进行 分析和执行。 ⑵ 指令寄存器IR 指令寄存器IR用于暂存从存储器取出的当前指令码， 以保证在指令执行期间能够向指令译码器ID提供稳定 可靠的指令码。 ⑶ 指令译码器ID 指令译码器ID用来对指令寄存器IR中的指令进行译 码分析，以确定该指令应执行什么操作。
4.6.4 一些其他指标
1.工作电压 2.总线宽度 3.制作工艺
4.引脚个数
5.封装技术
⑴通用寄存器
通用寄存器又称数据寄存器，既可作为16
位数据寄存器使用，也可作为两个8位数据 寄存器使用。当用作16位时，称为AX、BX、 CX、DX。当用作8位时，AH、BH、CH、 DH存放高字节，AL、BL、CL、DL存放低 字节，并且可独立寻址，这样，4个16位寄 存器就可当作8个8位寄存器来使用。
《计算机硬件技术基础(第三版)》第2章 16位微处理器
最小模式下的连接示意图
ALE 地址/数据 地址 数据
地址 锁存器
时钟发 生 器 8284A
8086 CPU
DT/R DEN
8282
数据总线 缓冲器
地址总 线 数据总线
8286
Vcc
MN/MX
控制总线
计算机硬件技术基础
最大模式下的连接示意图
ALE
地址 锁存器
地址总线
时钟发 生 器 8284A
READY：输入
准备就绪。用于与存储器或I/O接口的同步。 =0时CPU进入等待状态（插入1个或多个等待周期）。
计算机硬件技术基础
中断请求和响应信号
INTR：输入
可屏蔽中断请求输入端，CPU要检查IF状态
NMI：输入
非屏蔽中断请求输入端， CPU不检查IF状态
INTA：输出
中断响应信号，表示CPU已进入中断响应周期。 此信号常用来选通中断向量号。
A19-A16/S6-S3：输出，三态
地址/状态复用引脚。ALE=1时作为地址线 A19～A16，ALE=0时作为控制信号。
计算机硬件技术基础
最小模式下的主要引线
控制信号： WR：输出，三态
写选通信号，表示CPU正在写数据到MEM或I/O设备。
RD：输出，三态
读信号，表示CPU正在从总线上读来自于MEM或I/O设 备的数据。
计算机硬件技术基础
地址指针寄存器
SP：堆栈指针寄存器
其内容为堆栈栈顶的偏移地址； 任何堆栈操作后，SP都会自动增/减量。
BP：基址指针寄存器
在间接寻址 间接寻址中用于存放操作数的基地址； 间接寻址 常用于访问存放在堆栈中的数据。
计算机硬件技术基础
第4章INTEL80X86系列微处理器习题参考答案
第4章 Intel80X86系列微处理器习题解答 4.1 8086/8088内部寄存器有哪些？哪些属于通用寄存器？哪些用于存放段地址？标志寄存器的含义是什么？答：8086/8088内部有14个16位的寄存器。
位的寄存器。
88个通用寄存器AX AX、、BX BX、、CX CX、、DX DX、、SP SP、、BP BP、、SI SI、、DI DI。
4个16位的段寄存器CS CS、、DS DS、、SS SS、、ES ES，用于存放段地址。
标志寄存器，用于存放段地址。
标志寄存器FLAGS 用于存放指令执行结果的特征和CPU 工作方式，其内容通常称为处理器状态字PSW PSW。
4.2 对于8086/8088CPU ，确定以下运算的结果与标志位。
（1）5439H+456AH（2）2345H+5219H （3）54E3H-27A0H （4）3881H+3597H （5）5432H-6543H （6）9876H+1234H略。
4.3 8086/8088为什么要对存储器采用分段管理？一个段最多包含多少存储单元？答：8086/8088内部与地址有关的寄存器都是16位的，只能处理16位地址，对内存的直接寻址范围最大只能达64KB 64KB。
为了实现对。
为了实现对1MB 单元的寻址，单元的寻址，8086/80888086/8088系统采用了存储器分段技术。
一个段最多包含64K 个存储单元。
个存储单元。
4.4 8086/8088CPU 内部共有多少个段？分别称为什么段？段地址存放在哪些寄存器中？答：8086/8088 CPU 内部共有4个段。
分别称为代码段、数据段、堆栈段和附加段。
段地址存放在4个16位的段寄存器，位的段寄存器，CS CS 代码段寄存器、代码段寄存器、DS DS 数据段寄存器、数据段寄存器、SS SS 堆栈段寄存器、堆栈段寄存器、ES ES 附加段寄存器中。
附加段寄存器中。
4.5 简述物理地址、逻辑地址、段基地址和偏移量的含义及其相互关系。
8086-16位微处理器介绍
8086-16位微处理器介绍第⼆章 8086/8088（16位）微处理器第⼀节、16位微处理器第⼀代微处理器 1971年Intel 公司推出4004和8008，是4和8位微处理器，采⽤PMOS ⼯艺。
第⼆代微处理器 1974年推出的8080、M6800、Z-80等，是8位微处理器，采⽤NMOS ⼯艺。
第三代微处理器 70年代后期Intel 公司推出8086/8088、Motorola 公司M68000、Zilog 公司的Z8000，是16位微处理器，采⽤HMOS ⼯艺。
80年代以来，Intel 公司推出80186⽤80286，与8086/8088兼容。
第四代微处理器 1985年，推出的80386及M68020是32位微处理器。
1989年推出80486。
1993年推出Pentium 及80586等更⾼性能的32位和64位微处理器。
第⼆节8086/8088CPU 结构微处理器 8086, 8088结构类似，内部都是16位总线，但外部性能是有区别。
8086CPU 功能结构分为两部分：总线接⼝部件BIU ，执⾏部件EU 。
两部分各⾃执⾏⾃⼰的功能并⾏⼯作，这种⼯作⽅式与传统的计算机在执⾏指令时的串⾏⼯作相⽐极⼤的提⾼了⼯作效率。
计算机执⾏程序时，CPU 的⼯作顺序是：取指令执⾏指令再取指令再执⾏指令．．．特点：CPU 串⾏⼯作。
8086CPU ⼯作顺序是：取指令，执⾏指令同时进⾏。
特点：CPU 并⾏⼯作。
⼀、执⾏部件数据4个通⽤寄存器 : A X , B X , C X , D X4个专⽤寄存器 S P , B P , S I , D I算术逻辑部件：ALU8086/8088的EU 的特点1个标志寄存器： F R ；分成两类：状态标志、控制标志F R 的格式：⼆、总线接⼝部件BIU功能：负责与存储器、I/O 端⼝传送数据BIU 的组成：4个段地址寄存器（16位）：CS 、DS 、ES 、SS16位指令指针寄存器IP20位地址加法器6字节的指令队列⼀条指令20地址的形成：由代码段CS 左移4位后与指令指针寄存器IP 内容相加得到注意：指令执⾏单元（EU ）的功能：⼀般情况下，指令按照它存放的顺序先后执⾏，EU 源源不断地从指令队列中取得指令代码，达到满负荷地连续执⾏指令⽽省去“取指令”的时间。
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发展历程
1. 第一代——4位或低档8位微处理器
第一代微处理器的典型产品是Intel公司1971 年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出 的低档8位CPU 8008。
电子科学系
2.第二代——中高档8位微处理器
之后逐渐形成以Intel公司、Motorola公司、 Zilog公司产品为代表的三大系列微处理器。第 二代微处理器的典型产品有1974年Intel公司生 产的8080 CPU， Zilog 公司生产的Z80 CPU、 Motorola公司生产的MC6800 CPU以及Intel 公 司1976年推出的8085CPU。它们均为8位微处 理器，具有16位地址总线。
第4章 16位微处理器
4.1 16位微处理器概述 4.2 8086/8088 CPU的结构 4.3 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式 4.4 8086/8088的主要操作功能
电子科学系
4.1 16位微处理器概述
微处理器(microprocessor)是微型计算机 的运算及控制部件，也称中央处理单元 (Central Processing Unit, CPU)。它本身不 构成独立的工作系统，因而它也不能独立地执 行程序。通常，微处理器由算术逻辑部件 (ALU)、控制部件、寄存器组和片内总线等几 部分组成，这些都已在前面讲过了。
CX作为计数寄存器；
DX在乘除运算中做辅助累加器。
电子科学系
15 SP BP SI DI
0
堆栈指针 基址指针 源变址 目的变址
地址指针寄存器 变址寄存器
SP、BP、SI、DI，都是16位寄存器，可以存放数据， 通常用来存放逻辑地址的偏移量，是形成20位物理地址的其 中一部分。
SP—堆栈指针，是栈顶的偏移量。
1985年，Intel公司推出了32位微处理器芯片80386 ，其地址总线也为32位。80386SX内部结构位32位， 外部数据总线为16位；80386DX内部结构、外部数据 总线皆为32位，采用80387作为协处理器。
1990年，Intel公司在80386基础上研制出新一代 32位微处理器芯片80486，其地址总线仍然为32位。 它相当于把80386、80387及8KB高速缓冲存储器 (Cache)集成在一块芯片上，性能比80386有较大提高 。
Power PC是一种精简指令集计算机，也是一 种性能优异的64位微处理器，其中也采用了先进的 超标量流水线技术及双高速缓冲存储器。
电子科学系
4.2 8086／8088 CPU的结构
8086 CPU从功能上可分为两部分，即总线接 口部件(bus interface unit，缩写为BIU)和执行 部件EU(execution unit)。8086的内部结构如图 4.1所示。
为方便原8位机用户，Intel公司在8086推出后
不久便很快推出准16位的8088CPU，其指令系统
与8086完全兼容，CPU内部结构仍为16位，但外
部数据总线是8位的。并以8088为CPU组成了
IBM PC、PC/XT等准16位微型计算机，由于其
性能价格比高，很快占领了市场。
电子科学系
4．第四代——32位高档微处理器
可使用汇编语言及BASIC、FORTRAN等 高级语言编写程序。
电子科学系
3．第三代——16位微处理器
第三代微处理器的典型产品是1978年Intel公司
生产的8086 CPU，286、Zilog公司的Z8000
CPU和Motorola公司的MC6800 CPU。它们均为
16位微处理器，具有20位地址总线。
电子科学系
8086／8088的EU有如下特点：
(1) 4个通用寄存器既可以作为16位寄存器使用， 也可以作为8位寄存器使用。例如当BX寄存器 作为8位寄存器时，分为BH和BL，BH为高8位， BL为低8位。
(2) AX寄存器也常称为累加器，8086指令系统中 有许多指令都是通过累加器的动作来执行的。 当累加器作为16位来使用时，可以进行按字乘 操作、按字除操作、按字输入／输出和其他字 传送等；当累加器作为8位来使用时，可以实现 按字节乘操作、按字节除操作、按字节输入／ 输出和其他字节传送，以及十进制运算等。
电子科学系
15 8 7
AX
AH
AL
BX
BH
BL
CX
CH
CL
DX
DH
DL
0 累加器 基址 计数 数据
数据寄存器
AX、BX、CX、DX，用于存放16的数据和地址。
可以拆分成AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、 DL，用来存放8位数据，可以独立寻址，独立使 用。
隐含使用：AX作为累加器；
BX作为基址寄存器；
BP—基址指针，用于存放位于堆栈段中的一个数据区基址的 偏移地址。
SI—源变址寄存器，存放源操作数地址的偏移量；
DI—目的变址寄存器，存放目的操作数地址的偏移量；
SP、BP的段基址由寄存器SS提供，SI、DI其段基址由 寄存器DS提供。
电子科学系
8086／8088的EU有如下特点：（续） (3) 加法器是算术逻辑的主要部件，绝大部分指令
图4.1
电子科学系
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4.2.1 执行部件
执行部件(EU)的功能就是负责指令的执行。将指 令译码并利用内部的寄存器和ALU对数据进行所需的 处理。
从结构图4.1中，可见到执行部件由下列部分组成： (1) 4个通用寄存器，即AX，BX，CX，DX； (2) 4个专用寄存器，即
基数指针寄存器BP， 堆栈指针寄存器SP， 源变址寄存器SI， 目的变址寄存器DI； (3) 标志寄存器(FR)； (4) 算术逻辑部件(ALU)。
的执行都由加法器来完成。
(4) 标志寄存器FR共有16位，是一个16寄存器， 其中9位作标志位,另外7位未用，所用的各第五代——64位高档微处理器
第五代微处理器的典型产品是1993年Intel公司 推出的Pentium(奔腾，Intel 586)以及IBM、Apple和 Motorola三家公司联合生产的Power PC。
Pentium微处理器数据总线为64位，地址总线 为36位，有两条超标量流水线，两个并行执行单元 及双高速缓冲存储器，工作频率有1.4 GHz 、 1.6GHz 、2.0GHz 和2.3GHz等。