微处理器与总线ppt课件.ppt

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1、第2章微处理器与总线主要内容：8088/8086CPU的结构及工作原理80386CPU的工作模式及结构特点系统总线2.1微处理器概述微处理器的功能：能够进行算术和逻辑运算能对指令进行译码、寄存并执行指令所规定的操作具有与存储器和I/O接口进行数据通信的能力少量数据的暂存提供系统所需的定时和控制信号能够响应输入输出设备发出的中断请求2.1.1运算器运算器由算术逻辑单元、通用或专用寄存器组及内部总线三个部分组成ALU的内部包括负责加、减、乘、除运算的加法器，以及实现与、或、非、异或等逻辑运算的逻辑运算功能部件。其结构示意图如图2-

2、1所示。加法器逻辑运算功能部件。。。运算结果逻辑运算结果进位信号控制信号AB输入图2-1ALU结构示意图运算器的结构CPU内部总线：CPU内部用于传送数据和指令的传送通道。根据其内部总线数量的不同分为：单总线结构运算器双总线结构运算器三总线结构运算器单总线结构运算器寄存器组ABALU(1)单总线结构所有的部件都通过一条内部总线传递信息，任何时刻只有一组数据从源部件传送到目标部件。ALU的输入端有两个用来暂时存放参加运算的操作数的锁存器。当要进行一次双操作数的运算时，首先通过总线将第一个操作数放入锁存器A或B中，然后再通过总线传

3、送另一个操作数至另一个锁存器，之后进入ALU进行运算，运算结果通过总线置入某个内部通用寄存器。寄存器组ALU双总线结构是在运算器内部用两条总线来传送操作数。参加运算的两个操作数可同时通过两条总线送至ALU进行运算，运算的结果经缓冲器再通过任意一条总线传送到通用寄存器。这种结构的运算器的处理速度比单总线结构的快。(2)双总线结构缓冲区BUSBUS双总线结构运算器寄存器组ALU(3)三总线结构旁路器BUS用两条总线来传送操作数，一条专门用于传送运算结果。在传送运算结果的同时可通过另外两条总线传送参加操作数运算的操作数。只要ALU速

4、度足够快，全部操作可一步完成。三总线结构运算器2.1.2控制器指令控制控制器要能根据指令所在的地址按顺序或在遇到转移指令时按照转移地址取出指令，分析指令，传送必要的操作数，并在指令执行结束后存放运算结果，要保证计算机中指令流的正常工作。时序控制指令的执行是在时钟信号的严格控制下进行的。一条指令的执行时间称为指令周期，时序信号由控制器产生，使系统按一定的时序关系进行工作。操作控制根据指令流程，确定在指令周期的各个节拍中要产生的微操作控制信号，以有效地完成各条指令的操作过程。微操作控制部件用于产生与各条指令相对应的微操作。根据当前

5、正在执行的指令，在指令的各机器周期的各个节拍内产生相应的微操作控制信号，从而控制整个系统各部件的工作。控制器的内部组成：程序计数器PC指令寄存器IR指令译码器ID时序控制部件微操作控制部件指令译码指令寄存器地址加法器程序计数器微操作控制时序逻辑自存储器至存储器各部分微操作控制信号。。。。。。控制器结构示意图：2.2 8088/8086微处理器8088/8086CPU的特点8088CPU的外部引脚及其功能8088/8086的功能结构8088/8086的存储器结构8088/8086的工作时序2.2.18088/8086CPU的特点

6、8086CPU是Intel系列的16位微处理器，它有16根数据线和20根地址线，所以可寻址的地址空间是220＝1MB。8088CPU是准16位微处理器，它的内部寄存器、内部运算部件以及内部操作都是按16位设计的，但对外的数据总线只有8位，在处理一个16位数据时，8088需要两步操作，因而称8088是准16位微处理器。8088的外部数据总线宽度为8位，而8086的外部数据总线宽度为16位；8088的指令暂存队列为4个字节，而8086的指令暂存队列为6个字节；8088的外部引脚与8086的外部引脚稍有不同。8088/8086的功能

7、特征：指令采用并行流水线处理方式；对内存空间实行分段管理；每段64KB，用段基地址和段内偏移实现对1MB内存空间的寻址支持多处理器系统；片内无浮点运算部件，浮点运算由数学协处理器8087支持（或用软件模拟）。8088/8086的指令流水线指令的一般执行过程：取指令→指令译码→读取操作数→执行指令→存放结果串行处理方式存在的问题：CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成；CPU执行指令时总线、存储器等部件处于空闲状态。解决办法：让总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时就能立刻得到。串行处理方式指令流水线取操作数执

8、行指令存放结果CPU执行一条指令的过程类似于工厂生产流水线，被分解为多个小的步骤，称为指令流水线。原料调度分配生产线成品仓库出厂数据和程序指令控制器的调度分配ALU等功能部件处理后的数据存储器输出取指令指令译码执行单元EU:负责分析指令和执行指令总线接口单元BIU:负责取指令