微机系统中的微处理器.ppt

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1、第三章微机系统中的微处理器3.28086的内部结构3.38086的寄存器结构3.48086的存储器组织3.58086的I/O组织3.68086的数据寻址方式3.7高档CPU的寄存器和存储器微处理器的是组成计算机系统的核心部件，其基本功能为：（1）支持功能完善的指令系统，进行各种算术、逻辑运算，通过程序完成复杂的科学计算。（2）支持各种结构的程序的执行，如程序的分支、循环、嵌套、子程序的调用和返回、中端服务程序。（3）控制与存储器、外设等相连接，组成完整的微机系统。3.1微处理器的一般结构3.1.1微处理器

2、的内部结构一、微处理器的功能程序计数器（PC）指令寄存器（IR）指令译码器（ID）控制逻辑部件堆栈指示器（SP）处理机状态字（PSW）控制器I/O控制逻辑工作寄存器地址寄存器数据寄存器......ALU3.1.1微处理器的内部结构指令的执行过程3.1.1微处理器的内部结构外部结构——输入/输出引脚——微处理器级总线微处理器通过微处理器级总线与外部部件和设备相联系。1．总线的功能⑴和存储器之间交换信息⑵和I/O设备之间交换信息⑶为了系统工作而接收和输出必要的信号，如输入时钟脉冲、复位信号、电源和接地等2．总

3、线的分类⑴数据总线（DataBus）⑵地址总线（AddressBus）⑶控制总线（ControlBus）一．总线功能与分类3.1.2微处理器的外部结构存储器通常由几个模块组成，每个模块有几千个单元，每个存储单元有唯一的存储器地址与其对应。二．存储器和I/O地址空间I/O接口——保证数据、控制与状态信息在CPU和I/O设备之间正常传送的电路。I/O和CPU之间的通信利用称为I/O端口的寄存器来完成。对应一个I/O设备的I/O接口，可能包括几个I/O端口，每个I/O端口都有一个唯一的I/O地址与其对应。3.1

4、.2微处理器的外部结构存储单元和I/O端口以字节为单位存放数据，每个字节对应一个标识地址。地址总线的条数即为二进制地址码的位数，它可能表示的不同地址的集合称为地址空间。地址码的位数决定了地址空间的大小：2n二．存储器和I/O地址空间单地址空间：对存储器和I/O端口统一进行编址。双地址空间：对存储器和I/O端口独立进行编址。存储器：高位——选择模块，低位——选择模块内的存储单元。I/O设备：高位——选择I/O接口，低位——选择I/O端口。3.1.2微处理器的外部结构8086由两个独立的逻辑单元组成，即总线接

5、口单元（BIU）和执行单元（EU）。BIU的任务：执行总线操作。（1）访问存储器，包括取指令、取操作数、存结果等。（2）与I/O之间的信息传输。EU的任务：执行指令，进行全部算术和逻辑运算、完成偏移地址的计算，向BIU提供指令执行结果的数据和访问存储器需要的偏移地址，并对通用寄存器和标志寄存器进行管理。3.28086的功能结构123456内部寄存器IPESSSDSCS总线控制电路EU控制器∑ALU标志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用寄存器地址加法器指令队列执行单元（EU）总线接口

6、单元（BIU）16位20位16位8位ALU数据总线数据总线8086总线3.28086的内部结构（3）EU取得指令，译码并执行指令。若指令需要取操作数或存操作结果，需要访问存储器或I/O，EU向BIU发出访问总线请求。当BIU接到EU的总线请求，若正忙，则须等BIU执行完当前的总线周期，才能响应EU的请求；若BIU空闲，则立即执行EU申请总线的请求。（1）BIU的指令队列有两个或两个以上字节为空时，BIU自动启动总线周期，取指填充指令队列。直至队列满，进入空闲状态。（2）EU每执行完一条指令，从指令队列的队

7、首取指。特殊情况：系统初始化后，指令队列为空，EU等待BIU从内存取指，填充指令队列。（4）EU执行转移、调用和返回指令时，若下一条指令不在指令队列中，则队列被自动清除，BIU根据本条指令执行情况重新取指填充指令队列。流水线技术原则CPU取指1执行1存结果1取指2执行2取指3取操作数3执行3BUS忙闲忙忙闲忙忙闲EU执行1执行2执行3执行4BIU取指1取指2存结果1取指3取操作数3取指4存结果3取指5BUS忙忙忙忙忙忙忙忙取指令——取操作数(如果需要)——执行指令——写入存储器。8086首次引入了流水线技

8、术，执行指令和总线访问可以同时进行，提高了总线利用率。8086/8088以前的CPU指令流水线3.38086的寄存器结构AXAHALBXBHBL数据寄存器CXCHCL（8/16位）DXDHDL通用寄存器SP堆栈指针BP基址指针指针/变址寄存器SI源变址（16位）DI目的变址CS代码段DS数据段段寄存器SS堆栈段（16位）ES附加段专用寄存器IP指令指针控制寄存器FLAG标志寄存器（16位）3.3.1通用寄存器组一、数据寄存器（