微机原理与接口技术 第2章 微处理器

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1、第2章微处理器2.1微处理器概述2.28086/8088微处理器结构2.38086/8088微处理器工作模式及外部结构2.48086/8088微处理器的基本时序2.580x86至Pentium系列微处理技术概述2.6嵌入式系统和嵌入式处理器概述本章目标2.1微处理器概述计算机运算器控制器存储器输入设备输出设备微处理器集成在一个芯片2.1.1微处理器的基本概念微计算机单片机单板机通用微机微处理器有各种型号：Intel公司的8080、8086/8088、80286/386/486、PentiumZilog公司的Z80、Z8000Motorola公司的6800、6809、680

2、00等2.1.1微处理器的基本概念又称微控制器，属于嵌入式微处理器微机早期的一种简化形式2.1.2微处理器基本结构和功能不同型号的微处理器有不同的内部结构，但在功能结构上具有相似性和共通性微处理器内部寄存器阵列算术逻辑运算单元控制器浮点运算部件及高速缓冲存储器cache通用寄存器和专用寄存器指令寄存器、指令译码器和各种定时与控制信号的产生电路现代的微处理器中还集成了1971年第一块微处理器问世，Intel4040Intel4040ROM、RAM、I/O芯片MCS-4Intel8008ROM、RAM、I/O芯片MCS-81972年第一代微处理器2.1.3微处理器及发展过程类

3、型时期代表产品重要特征第一代1971-1973Intel40044040字长4位集成度2300管/片时钟频率1MHz第二代1973—1977年Intel8080/85ZilogZ80Motorola6800RockweH6502字长8位地址线16根集成度1万管/片时钟频率2～4MHz第三代1978—1980年Intel8086/88Motorola68000字长16位地址线20根集成度2万～6万管/片时钟频率4～8MHz1981—1984年Intel80286Motorola68010字长16位地址线24根集成度约13万管/片时钟频率6～20MHz类型时期代表产品重要特征

4、第四代1985—1989年Intel80386、Motorola68020字长32位、地址线32根集成度15万～50万管/片、时钟频率16～40MHz1989—1992年Intel、AMD、Cyrix的80486、IBMPowerPC601字长32位、地址线32根、集成度120万管/片、时钟频率33～100MHz1993—1994年Intel的Pentium、AMD、Cyrix的5X86及K5、M系列、IBMPowerPC604、DECAlpha21064集成度350万管/片、时钟频率50～166MHz1995年之后PentiumPro、PentiumMMX等字长都是32

5、位、数据通道64位、地址线32根2005年至今Pentium8XX处理器、9XX处理器多核2.28086/8088微处理器结构8088/8086CPU寄存器组算术逻辑单元ALU标志寄存器FR暂存器执行单元EU（ExecutionUnit)总线接口单元BIU（BusInterfaceUnit)完成取指令和存取数据操作负责分析指令和执行指令内部控制逻辑段寄存器（CS、SS、DS、ES）地址加法器指令队列输入/输出控制电路指令指针寄存器IP地址总线20位控制总线数据总线168088/8086的内部结构图AHBHCHDHALBLCLDLSPBPSIDICSDSSSESIP内部暂存

6、寄存器暂存寄存器FREU控制系统123456总线控制逻辑数据总线16ALU∑通用寄存器8088指令队列8088/8086外部总线数据总线地址总线20位执行部件EU总线接口部件BIU16位控制总线EU控制系统ALUEU控制系统ALU数据总线16地址总线20位控制总线AXBXCXDX150AXBXCXDX①通用寄存器AHALBHBLCHCLDHDL87累加器基地址寄存器计数器数据寄存器2.2.1执行部件（ExecutionUnit）堆栈指针寄存器基地址寄存器源变址寄存器目的变址寄存器SPBPSIDI②专用寄存器1、算术逻辑单元ALU4、EU控制器2、寄存器组状态标志寄存器FR

7、1503、标志寄存器标志寄存器的安排×××OFDFIFTFSFZF×AF×PF××CF1511109876543210进位标志奇偶标志半进位标志零标志符号标志中断标志单步标志溢出标志方向标志控制标志状态标志FR寄存器2.2.2总线接口部件（BusInterfaceUnit）CSDSSSES代码段寄存器数据段寄存器堆栈段寄存器附加段寄存器段寄存器IP指令指针寄存器20位的地址加法器BIU总线控制逻辑1234566个字节的指令队列80884个字节2.2.3BIU与EU的动作协调原则BIU和EU是并行工作的,按流水线技术原则管理4.