微型计算机原理与应用课件 03.ppt

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1、微型计算机原理及应用中南大学中国水利水电出版社1第3章8086/8088CPU的体系结构及其指令系统3.1CPU发展概述微处理器(microprocessor)是微型计算机的运算及控制部件，也称中央处理单元(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。20世纪70年代后期，超大规模集成电路(VLSI)投人使用，出现了第三代微处理器。Intel公司的8086／8088，Motorola公司的M68000和Zilog公司的Z8000等16位微处理器相继问世，它们的运算速度比8位微处理

2、器快2～5倍，采用HMOS高密度工艺，集成度达到每片29000个晶体管，赶上或超过了20世纪70年代小型机的水平。23.28086／8088CPU的结构AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISIALU暂存寄存器ALU数据总线(16位)标志寄存器EU控制单元CSDSSSESIP内部通信寄存器123456执行部件(EU)队列总线(8位)队列接口部件(BIU)指令队列总线控制逻辑∑数据总线(16位)地址总线(20位)8086总线图3-18086微处理器结构框图通用寄存器3.2.18086/8088CPU的内部结构框图33.2.2总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）

3、BIU具有下列功能：l地址形成l取指令l指令排队l读／写操作数l总线控制它由下列各部分组成：l16位段地址寄存器l16位指令指针寄存器l20位物理地址加法器l6字节指令队列（指令缓存区）总线控制逻辑4总线接口部件BIU的工作过程如下：（1）代码段段寄存器CS中16位段基地址，与指令指针寄存器IP中16位偏移地址，在地址加法器内形成20位物理地址；（2）20位地址直接送往地址总线，通过总线控制逻辑发出存储器读信号RD，启动存储器，按给定的地址从存储器中取出指令；（3）取出的指令送到指令队列（指令缓存区）中等待执行。BIU的指令队列可存储6字节指令代码，它是先进先出的队列寄存器，允许预

4、取6字节指令代码。一般情况下，指令队列中填满指令；（4）EU可从指令队列中取出指令执行。指令代码装入指令队列输入端后，自动调整指令队列输入端指针。EU从指令队列输出端取指令，且在EU取走一字节的指令代码后，自动调整指令队列输出端指针。当指令队列有2个或2个以上的字节空余时，BIU自动将指令取到指令队列中；5（5）当指令队列已满，并且执行部件EU未向BIU申请读写存储器操作数，则BIU不执行任何总线周期，处于空闲状态；（6）EU从指令队列中取走指令，经指令译码后，向BIU申请从存储器或端口读写操作数。只要收到EU送来的逻辑地址，BIU将通过地址加法器将现行数据段及送来的逻辑地址组成2

5、0位物理地址，在当前取指令总线周期完成后，在读／写总线周期访问存储器或I／O端口完成读／写操作。最后EU执行指令，由BIU将运算结果读出；（7）指令指针寄存器IP由BIU自动修改，指向下一条指令在现行代码段内的偏移地址。当EU执行转移指令时，则BIU清除指令队列，从转移指令的新地址取得指令，立即送给EU执行，然后从后续指令序列中取指令填满队列；（8）总线控制部件发出总线控制信号，实现存储器或端口读写控制。它将8086CPU的内部总线与外部总线相连，是8086CPU与外部打交道不可缺少的路径.63.2.3指令执行部件EU（ExecutionUnit）指令执行部件EU完成指令译码和执行

6、指令的工作。它由以下几个部分组成：l算术逻辑运算单元ALUl标志寄存器PSWl4个通用16位寄存器组l4个专用16位寄存器lEU控制器指令执行部件工作过程如下：（1）EU从BIU的指令队列输出端取得指令，进行译码；（2）若执行指令需要访问存储器或端口去取操作数，则EU将操作数的偏移地址通过内部16位数据总线送给BIU，与段地址一起，在BIU的地址加法器中形成20位物理地址，申请访问存储器或端口，取得操作数送给EU，EU根据指令要求向EU内部各部件发出控制命令，完成执行指令的功能；7（3）算术逻辑运算单元ALU完成各种算术运算及逻辑运算，运算的操作数可从存储器取得，也可从寄存器组取来

7、；（4）16位暂存器暂存参加运算的操作数。运算结果由内部总线送到EU的寄存器组或送到BIU的内部寄存器，由BIU写入存储器或端口；（5）运算后结果的特征改变了标志寄存器PSW的状态，供测试、判断及转移指令使用；（6）EU控制器负责从指令队列中取指令、指令译码及发各种控制命令以完成指令要求的功能。（7）一般情况下，指令顺序执行EU从指令队列中取指令而不是访问存储器取指令，所以取指令与执行指令可并行操作。但遇到转移指令、调用指令和返回指令，要将指令队列中的内容作废，由BI