第二章 80X86微处理器的结构.doc

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1、第二章80X86微处理器的结构内容提要：1． 8086微处理器基本结构2．8086微处理器寄存器结构3．8086微处理器引脚功能4． 8086微处理器存储器和I/O组织5． 8086最小/最大模式系统总线的形成6． 8086CPU时序7． 从80286到奔腾微处理器的结构学习目标：1．掌握8086/88微处理器CPU基本结构、寄存器结构及作用、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8086/88微处理器存储器读/写时序；3．了解80X86系列其他微处理器的结构等。重点：1．8086微处理器的组成及其寄存器结构；2．8086微处理器的存储

2、器和I/O组织难点：8086微处理器的存储器和I/O组织学时：102．18086/8088微处理器的基本结构1．基本性能指标v16位微处理器；v采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；v使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装；v时钟频率为5MHz~10MHz，基本指令执行时间为.3ns~0.6nsv8086有16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MBv8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。2．8086/8088微处理器的结构8086/8088CPU的内部是由两个独立的工作

3、部件构成,分别是总线接口部件BIU(BusInterfaceUnit)和执行部件EU(ExecutionUnit)。图中虚线右半部分是BIU，左半部分是EU。两者并行操作，提高了CPU的运行效率。（1）总线接口部件BIU8086/8088总线接口部件BIU由以下六个部分组成：l20位地址加法器l4个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ESl1个16位指令指针寄存器IPl内部寄存器(用于通信、暂存)l输入输出总线控制电路l1个6字节指令队列缓冲器功能及工作过程：总线接口部件的功能是负责与存储器、I/O接口传送信息。主要工作过程如下：l当指令队列中

4、出现两个以上的指令字节空隙（8086是1个字节空隙）时，BIU会自动按CS和IP值所形成的20位实际物理地址对应的程序存储器单元中取指令字节l一次从程序存储器中取两个指令字节，顺序存放在指令队列寄存器中l由EU从队列指令中取走位于前列的指令，若指令需要在内存单元中读取数据，此时根据EU的请求在BIU中形成一个20位的存放数据的实际物理地址lCPU从物理地址单元中取得操作数，经BIU送到内部的运算部件（ALU）数据总线，再由EU执行响应操作l根据指令的性质，若需要，再由EU提出请求，将运算结果写入由BIU所指出的内存单元或者I/O端口中（2）执行部件EU8086和8088的执行部件EU的具体结构

5、都是相同的，包含以下六个部分：l4个16位的通用寄存器组（AX、BX、CX、DX）l4个16位的专用寄存器（BP、SP、SI、DI）l1个16位的算术逻辑单元（ALU）l1个16位的状态标志寄存器l1个数据暂存寄存器l执行部件的控制电路功能及工作过程：lEU从BIU的指令队列中取出指令代码l由EU控制电路的译码器对指令进行译码后执行指令所规定的全部功能l执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向BIU发出命令，对存储器或I/O接口进行读/写操作l反映本次操作结果的状态写入到响应的状态寄存器（3）EU和BIU的关系从上面的操作过程可以看出EU只负责执行指令，BIU则负责取指令，读出操作数和

6、写入结果。对于一般简单的处理器指令周期中，各种操作是顺序进行的。首先取指并译码，如果译码的结果需要从存储器取操作数，则启动一个总线周期去读操作数；其次执行指令；最后存储操作的结果。如下左图所示。在8086/8088中，BIU和EU这两个部件既有独立工作的一面，又有互相配合的一面。大多数情况下，取指和执行指令在时间上是重叠进行的，如上图的右半部分所示。2.2．8086CPU的（基本）寄存器的结构8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，用于对指令及操作数的寻址、控制指令的执行和提供操作数。按功能可以分为：通用寄存器组、控制寄存器组和段寄存器组。注：在80386以上的微处理器中新增加了两

7、个附加的段存储区FS、GS用来定义附加的存储区的起始地址。1.通用寄存器通用寄存器包括四个数据寄存器，两个地址指针寄存器和两个变址寄存器。(1)．数据寄存器AX、BX、CX、DX数据寄存器一般用于存放参与运算的操作数或运算结果。每个数据寄存器都是16位的，但又可将高、低8位分别作为两个独立的8位寄存器来用。高8位分别记作AH、BH、CH、DH，低8位分别记作AL，BL，CL，DL。例如AX可当作两