第章微处理器 - 微机原理与接口技术

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1、第2章8086微处理器本章重点介绍8086微处理器的一般性能特点，内部编程结构的两大组成部分及在信息处理中的相互协调关系，处理器状态字PSW及各个标志位，8086微机系统的存储器组织。2.18086微处理器的结构8086/8088微处理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片，它们的内部结构基本相同，都采用16位结构进行操作及存储器寻址，但外部性能有所差异。8086CPU是Intel系列的16位微处理器，它采用HMOS工艺制造，双列直插，有40个引脚。8086CPU的电源为单一5V，主时钟频率为

2、5MHz～10MHz。它的外部数据总线为16位，地址线为20根。因为可用20位地址，所以可寻址的地址空间达1MB。8086CPU在内部采用了并行流水线结构，可以提高CPU的利用率和处理速度。8086CPU被设计为支持多处理器系统，因此能方便地与数值协处理器8087或其他协处理器相连，构成多处理器系统，从而提高系统的数据处理能力。8086CPU还具有一个功能相对完善的指令系统，能对多种类型的数据进行处理，使程序设计方便、灵活。8086CPU利用第16位的地址总线来进行I/O端口寻址，可寻址64K个

3、I/O端口；中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断源可达256个；2.1.18086的功能结构8086CPU的内部结构框图如图3.1所示。从功能上讲，8086分为两部分，即总线接口部件BIU(BusInterfaceUnit)和执行部件EU(ExecutionUnit)。图2.18086CPU的功能结构1.总线接口部件BIU功能：负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。具体来看，完成取指令送指令队列，配合执行部件的动作，从内存单元或I/O端口取操作数，或者将操作结果送内存单元或者I/

4、O端口。BIU由下列各部分组成：4个16位段地址寄存器，即代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加段寄存器ES和堆栈段寄存器SS，它们分别用于存放当前代码段、数据段、附加段和堆栈段的段基址。段基址表示20位段起始地址的高16位，段起始地址的低4位固定是0。16位指令指针IP：IP用于存放下一条要执行指令的有效地址EA(即偏移地址)，IP的内容由BIU自动修改，通常是进行加1修改。当执行转移指令、调用指令时，BIU装入IP中的是转移目的地址。偏移地址表示离段起始地址之间的距离，用字节数表示。如偏移

5、地址=0064H,表示该地址距离段起始地址有100个字节，偏移地址为0就表示该地址为段起始地址。由段基址（段寄存器的内容）和偏移地址两部分构成了存储器的逻辑地址，如CS:IP=3000:2000H，CS:IP=0200:1020H等，都是逻辑地址。20位物理地址加法器：加法器用于将逻辑地址变换成读／写存储器所需的20位物理地址，即完成地址加法操作。方法是将某一段寄存器的内容（代表段基址）左移4位(相当乘16)再加上16位偏移地址以形成20位物理地址。6字节的指令队列：当执行单元EU正在执行指令中

6、，且不需要占用总线时，BIU会自动进行预取下一条或几条指令的操作，并按先后次序存入指令队列中排队，由EU按顺序取来执行。总线控制逻辑：总线控制逻辑用于产生并发出总线控制信号，以实现对存储器和IO端口的读／写控制。它将CPU的内部总线与16位的外部总线相连，是CPU与外部打交道(读／写操作)必不可少的路径。2.执行部件EU功能：就是负责指令的执行。由图2.1可知，EU包括下列几个部分：算术逻辑单元ALU:ALU完成16位或8位的二进制数的算术逻辑运算，绝大部分指令的执行都由ALU完成。在运算时数据

7、先传送至16位的暂存寄存器中，经ALU处理后，运算结果可通过内部总线送入通用寄存器或由BIU存入存储器。标志寄存器FR：它用来反映CPU最近一次运算结果的状态特征或存放控制标志。FR为16位，其中7位未用。通用寄存器组：它包括4个数据寄存器AX、BX、CX、DX，其中AX又称累加器，4个专用寄存器，即基址指示器BP、堆栈指示器SP、源变址寄存器SI和目的变址寄存器DI。EU控制器：它接收从BIU中指令队列取来的指令，经过指令译码形成各种定时控制信号，向EU内各功能部件发送相应的控制命令，以完成每

8、条指令所规定的操作。3.BIU和EU的动作管理BIU和EU并不是同步工作的，但是两者的动作管理原则是按流水线技术原则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务。BIU从内存取指令，并送到指令队列。取指令时的地址由代码段寄存器CS中的16位段基址的最低位后补4个0，再与指令指针IP中的16位偏移地址在地址加法器中相加得到20位物理地址。然后通过总线控制逻辑发出存储器读命令，从而启动存储器，从存储器中取出指令并送入指令队列供EU执行。BIU必须保证指令队列始终有指令可供执行。指令队列允许预取指令代码，当