第2章8086系统结构

微型计算机原理与接口技术第二章8086系统结构讲师：课时：微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构28086系统结构8086微处理器的内部结构及其寄存器结构8086微处理器的外部引脚特性8086微处理器的存储器组织8086的最小/最大模式8086CPU时序微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构38086内部处理器的结构微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构48086流水线执行方式等待取指1执行1等待取指2执行2等待取指3执行3MPU总线忙闲忙闲忙闲传统微处理器的指令执行过程取指1取指2取指3取指4取指5取指6EU总线执行1执行2执行3执行4执行5执行6忙忙忙忙忙忙BIU微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构58086CPU的寄存器结构8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器，如图所示。微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构6通用寄存器通用寄存器分为数据寄存器与指针和变址寄存器两组。数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用来存放16位数据，故称为数据寄存器。其中的每一个又可根据需要将高8位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使用。指针和变址寄存器包括指针寄存器SP、BP和变址寄存器SI、DI，都是16位寄存器，一般用来存放地址的偏移量。这8个16位通用寄存器都具有通用性，从而提高了指令系统的灵活性。但在有些指令中，这些通用寄存器还各自有特定的用法。微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构7通用寄存器的特定用法寄存器操作寄存器操作AX字乘，字除，字I/OCL变量移位，循环移位AL字节乘，字节除，字节I/O，查表转换，十进制运算DX字乘，字除，间接I/OAH字节乘，字节除SP堆栈操作BX查表转换SI数据串操作指令CX数据串操作指令，循环指令DI数据串操作指令微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构8控制寄存器指令指针寄存器IP：是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪。标志寄存器F：是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用作状态标志，3个用作控制标志。（1）状态标志：状态标志用来反映EU执行算术和逻辑运算以后的结果特征。CF：进位标志；PF：奇偶标志；AF：辅助进位标志；ZF：零标志；SF：符号标志；OF：溢出标志微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构98086/8088程序状态寄存器（标志寄存器）微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构108086寄存器组织（2）控制标志：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工作状态。TF：陷阱标志或单步操作标志：IF：中断允许标志DF：方向标志3．段寄存器8086CPU共有4个16位的段寄存器，用来存放每一个逻辑段的段起始地址。（1）代码段寄存器CS（2）数据段寄存器DS（3）堆栈段寄存器SS（4）附加段寄存器ES微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构118086引脚介绍引脚信号的基本知识：：指引脚信号的定义、作用；通常采用英文单词或其缩写表示信号从芯片向外输出，还是从外部输入芯片，或者是双向的起作用的逻辑电平高、低电平有效上升、下降边沿有效输出正常的低电平、高电平外，还可以输出高阻的第三态⑶有效电平⑷三态能力⑵信号的流向⑴引脚的功能（5）引脚的复用以少量的引脚提供更多的功能微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构128086的两种工作方式两种方式构成两种不同规模的应用系统最小工作方式构成小规模的应用系统8086本身提供所有的系统总线信号最大工作方式构成较大规模的应用系统，例如可以接入数值协处理器8087和总线控制器8288共同形成系统总线信号微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构138086引脚介绍8086CPU引脚地址/数据分时复用引脚，传送地址时单向输出，传送数据时双向输入或输出，三态。地址状态分时复用引脚，输出、三态总线。采用分时输出，即在T1状态作地址线用，T2T4输出状态信息。BHE在总线周期的T1状态时输出，当该引脚输出为低电平时，表示当前数据总线上高8位数据有效。读控制信号，输出表示将要执行一个对存储器或I/O端口的读操作是所寻址的存储器或I/O端口发来的数据准备就绪信号，高电平有效。可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效。非屏蔽中断请求信号，输入，上升沿触发。复位信号使处理器马上结束现行操作，对处理器内部寄存器进行初始化。等待测试信号，输入。若为高电平，CPU就仍处于空转状态进行等待，直到引脚变为低电平INTR微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构148086引脚8086CPU引脚当8086之外的总线主设备要求占用总线时，通过该引脚向CPU发一个高电平的总线保持请求信号。该信号用来区分CPU是进行存储器访问还是I/O端口访问。用于对外设的中断请求(经INTR引脚送入CPU)作出响应。它是8086提供给地址锁存器的控制信号，高电平有效。WR有效时，表示CPU当前正在进行存储器或I/O写操作当CPU接收到HOLD信号后，这时如果CPU允许让出总线，就在当前总线周期完成时，在T4状态发出高电平有效的HLDA信号给以响应该信号用来控制数据的传送方向。当其为高电平时，CPU通过数据总线收发器进行数据发送；当其为低电平时，则进行数据接收。当使用数据总线收发器时，该信号为收发器的OE端提供了一个控制信号，该信号决定是否允许数据通过数据总线收发器。微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构158086引脚8086CPU引脚QS1、QS0两个信号电平的不同组合指明了BIU中内部指令队列的状态.当LOCK为低电平时，系统中其他总线主设备就不能获得总线的控制权而占用总线。低电平有效的三个状态信号连接到总线控制器8288的输入端，8288对这些信号进行译码后产生内存及I/O端口的读写控制信号微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构161.8086指令队列长度为6个字节，8088为4个。8086要在指令队列中至少出现2个空闲字节时才预取后续指令，而8088只要出现一个空闲字节BIU就会自动访问存储器；2.8088CPU中，BIU总线控制电路与外部交换数据的总线宽度是8位，总线控制电路与专用寄存器组之间的数据总线宽度也是8位，而EU的内部总线是16位，这样，对16位数的存储器读/写操作要两个读/写周期才可以完成；3.8086和8088有若干引脚信号不同，分别是2~8腿，39腿，28腿，34腿；8086和8088CPU的不同之处微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构178086微处理器的存储器存储器的组织1．存储器空间与存储器结构存储器是按字节进行组织的，两个相邻的字节被称为一个“字”。存放的信息若是以字节（8位）为单位的，将在存储器中按顺序排列存放；若存放的数据为一个字（16位）时，则将每一个字的低字节（低8位）存放在低地址中，高字节（高8位）存放在高地址中，并以低地址作为该字的地址微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构18存储器分段∶∶∶∶00000H存储器分段示意图逻辑段1起点逻辑段2起点逻辑段3起点逻辑段4起点FFFFFH逻辑段1≤64KB逻辑段2≤64KB逻辑段3≤64KB逻辑段4≤64KB微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构19逻辑地址（LA）和物理地址（PA）物理地址：就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器进行数据交换时所使用的地址（20位）。逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地址两部分组成（16位）。逻辑地址的表示形式为“段地址∶偏移地址”。微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构20逻辑地址（LA）和物理地址（PA）物理地址是由CPU内部总线接口单元BIU中的地址加法器根据逻辑地址产生的。由逻辑地址形成20位物理地址的方法为：段地址10H+偏移地址。其形成过程如下图所示。∑015段内偏移地址段寄存器190340000段地址左移4位20位物理地址190微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构21存储器操作时段地址和段内偏移地址的来源微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构22存储器操作时段地址和段内偏移地址的来源程序的指令序列必须安排在代码段程序使用的堆栈一定在堆栈段程序中的数据默认是安排在数据段，也经常安排在附加段，尤其是串操作的目的区必须是附加段数据的存放比较灵活，实际上可以存放在任何一种逻辑段中微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构23存储器操作时段地址和段内偏移地址的来源微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构248086存储器的分体结构微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构258086存储器高低位库的连接高位(奇地址)库512K×8D15～D8A19～A1SELBHE低位(偶地址)库512K×8D7～D0A19～A1SELD15～D8D7～D0A0A19～A1微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构268086存储器高低位库选择A0对应操作00同时访问两个存储体，读/写一个字的信息01只访问奇地址存储体，读/写高字节的信息10只访问偶地址存储体，读/写低字节的信息11无操作BHE微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构27从8086存储器的偶数和奇数地址读字节和字××偶地址奇地址8086CPU被读字节忽略字节(a)偶地址奇地址8086CPU(b)××被读字节忽略字节××偶地址奇地址8086CPU被读字(c)××××偶地址奇地址××偶地址奇地址8086CPU被读字节忽略字节被读字节忽略字节(d)(a)读偶地址单元中的字节；(b)读奇地址单元中的字节；(c)读偶地址单元中的字；(d)读奇地址单元中的字微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构28堆栈的概念所谓堆栈是在存储器中开辟一个区域，用来存放需要暂时保存的数据，其工作方式是“先进后出”或“后进先出”的方式。8086系统中的堆栈段是由段定义语句在存储器中定义的一个段，堆栈段容量小于等于64K字节。段基址由堆栈寄存器SS指定，栈顶由堆栈指针SP指定，堆栈地址由高向低增长，栈底设在存储器的高地址区。微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构29堆栈的概念例如:若SS=1000H,SP=2000H要把AX寄存器中的内容压入堆栈,用入栈指令PUSHAX微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构30主程序调用子程序和嵌套微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构318086的最小组态RESETTESTHOLDHLDANMIINTRINTAM/IOWRRDREADYCLKREADYMN/MX+5V控制总线地址总线A19~A0数据总线D7~D0ALEA19~A16AD15~AD0DT/RDEN8086CPUSTB8282OETOE82868284A系统总线微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构328282内部逻辑符号图微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构338282内部逻辑符号图微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构348086最大组态8086CPU＋5VCLKREADY0SRESETA19/S6～A16/S3AD15/AD08284A时钟发生器VCC等待状态产生器地址锁存器8282(3片)数据收发器8286(2片)OE地址总线AB数据总线DB控制总线CB1S2S8288总线控制器0S1S2SCLKCENAENINTAIOBMRDCMWTCAMWCIORCIOWCAIOWCSTBBHE1TOEMX/MNDENR/DTALE微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构358288内部框图和结构微型计算机原理与接口技术06:268086系统结构368086C