微型计算机原理与接口技术(中国科学技术大学出版社 第4版)第二章 课件

大平台课程系列《微机原理及接口技术》28086系统结构2808628086系统结构系统结构大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构2/63第二章系统结构第二章第二章系统结构系统结构„2-18086CPU结构„8086CPU内部结构„寄存器结构„2-28086CPU的引脚及其功能„2-38086存储器组织„2-48086系统配置„2-58086CPU时序大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构3/638086CPU特点8086CPU8086CPU特点特点„16位微处理器„16根数据线，能并行处理16位数据„1979年研制的8088为准16位机„20根地址线，直接寻址空间220＝1MB„处理器内部为单总线、累加器结构„可控三态电路„引脚功能复用„总线分时复用大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构4/63SSES内部寄存器CSDS16位段寄存器ALU地址加法器总线控制逻辑电路CPU总线IP132465EU控制器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI通用寄存器组AXBXCXDX暂存寄存器标志寄存器指令流队列数据总线（16位）地址总线（20位）ALU数据总线（16位）队列总线（8位）EUBIU8086CPU编程结构8086CPU编程结构大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构5/638086CPU结构特点8086CPU8086CPU结构结构特点特点„指令流水线技术„串行执行方式（8086以前的CPU）„并行执行方式（8086的EU与BIU可并行操作）大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构6/638086CPU结构特点8086CPU8086CPU结构结构特点特点„存储器的分段结构„地址总线为20位，可寻址220＝1MB的物理空间„CPU内部寄存器和内部地址总线16位，ALU能够提供的最大地址空间为216＝64KB„分段结构：将内存空间分为若干逻辑段，每个逻辑段最大64KB，并在CPU中专门设置段寄存器，用于存放逻辑段的起始地址„20位物理地址的形成：16位段地址最低位后补4个0＋16位偏移地址大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构7/63寄存器结构寄存器结构大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构8/63通用寄存器组通用寄存器组„4个16位通用寄存器„既可处理16位数据，也可将高8位和低8位分别用作两个独立的8位寄存器™AX：常用于存放算术逻辑运算中的操作数，所有的I/O指令都使用累加器与外设接口传送信息™BX：常用来存放访问内存时的基地址（通常与DS配对使用）™CX：在循环和串操作指令中用做计数器™DX：在寄存器间接寻址指令中存放I/O端口的地址™DX:AX：在做双字长乘、除法运算时合起来存放一个双字长数(32位)，DX存放高16位，AX存放低16位大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构9/63指针和变址寄存器指针和变址寄存器„4个16位寄存器™SP：在堆栈操作中存放栈顶的偏移地址™BP：在间接寻址方式中作为基地址。通常与SS寄存器配对使用™SI、DI：在变址寻址方式中作为索引指针。在字符串操作指令中，用SI作为源变址寄存器，存放源操作数的偏移地址；DI作为目标变址寄存器，存放目标操作数的偏移地址大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构10/63段寄存器段寄存器„4个16位段寄存器™CS：代码段的段基地址，与指令指针IP一起决定下一条所要执行指令的物理存储地址™DS：当前数据段的段基地址™SS：堆栈的段基地址。堆栈遵循先进后出原则，操作地址由SS和SP的内容指定。™ES：附加段的段基地址。附加段主要用在字符串操作时作为目标地址使用大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构11/63指令指针寄存器指令指针寄存器„1个16位段寄存器™IP：存放下一条要执行指令的偏移地址„CPU取指令时总是以CS的内容为段基地址，以IP为段内偏移地址„当CPU从CS:IP的内存单元中取出指令代码的一个字节后，IP自动加1，指向指令代码的下一个字节„遇到过程调用、转移及返回等指令时，系统将根据程序确定新的IP的内容，IP不再自动加1„用户程序不能直接访问IP大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构12/63标志寄存器标志寄存器„1个16位寄存器，也称程序状态字(PSW)„记录算术和逻辑运算结果的一些特征„包括6个状态标志位和3个控制标志位大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构13/63标志寄存器－状态标志标志寄存器－状态标志状态标志„CF(进位标志)：CF=D7CY或D15CY„执行算术运算指令后，结果的最高位(D7CY或D15CY)产生进位，则CF=1，否则CF=0„该标志主要用于多字节加、减运算.例:3FH＋0B4H0BFH＋0B4H0011111110111111+10110100+1011010011110011;CF=0101110011;CF=1›注：对CF操作有三条专用指令:STCÆCF=1;CLCÆCF=0;CMCÆCF=CF大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构14/63标志寄存器－状态标志标志寄存器－状态标志状态标志„PF(奇偶校验标志)：PF=D7⊕…⊕D0„运算结果的低8位中“1”的个数为偶数，则PF=1，否则PF=0。该标志主要用于检测数据通信中是否发生错误„AF(辅助进位标志)：AF=D3CY„字节运算中，低4位向高4位有进位或借位时，则AF=1，否则AF=0。该标志主要用于BCD码运算的调整指令中例:38H+49H00111000+0100100110000001;AF=1,PF=1大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构15/63标志寄存器－状态标志标志寄存器－状态标志状态标志„ZF(零标志)：ZF=D7+…+D0或D15+…+D0„运算结果为0，则ZF=1；结果非0，则ZF=0„SF(符号标志)：SF=D7或D15„运算结果为正数，则SF=0；为负数，则SF=1„OF(溢出标志)：OF=D7CY⊕D6CY或D15CY⊕D14CY„运算结果超出了机器所能表示的范围，则OF=1，否则OF=0例:3FH＋B4H＝F3H;ZF=0,SF=1,OF=0BFH＋B4H＝173H;ZF=0,SF=0,OF=1›注意：机器把所有数都当无符号数运算，把结果都当符号数来设置标志。›注意：机器把所有数都当无符号数运算，把结果都当符号数来设置标志。大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构16/63标志寄存器－状态标志标志寄存器－状态标志状态标志„例：执行一条加法指令5439H＋476AH后各状态标志位的状态为何?„解：0101010000111001+01000111011010101001101110100011„运算结果为－645DH，则执行这条加法指令后标志位为：CF=,PF=,AF=,ZF=,SF=,OF=011011大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构17/63标志寄存器－控制标志标志寄存器－控制标志控制标志„DF(方向标志)：控制串操作中地址的步进方向„DF=0，地址增址；DF=1，地址减址„专用于DF的指令：CLDÆDF=0;STDÆDF=1„IF(中断允许标志)：控制CPU是否开中断„IF=1，允许CPU响应外部可屏蔽中断；IF=0，禁止CPU响应外部可屏蔽中断„专用于IF的指令：CLIÆIF=0；STIÆIF=1„TF(跟踪标志)：用于程序调试，又称陷井标志„TF=1，CPU处于单步工作方式，即CPU每执行一条指令就自动产生一个内部中断，使用户能逐条跟踪程序；TF=0，CPU正常执行程序大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构18/63第二章系统结构第二章第二章系统结构系统结构„2-18086CPU结构„2-28086CPU的引脚及其功能„最小模式中引脚定义„最大模式中引脚定义„2-38086存储器组织„2-48086系统配置„2-58086CPU时序大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构19/638086CPU引脚8086CPU8086CPU引脚引脚„8086/8088CPU芯片采用40条引脚的双列直插式封装„CPU的引脚分布„20条地址线„16条数据线„控制与状态线„电源与定时线1234567891011121314151617181920GNDAD14NMIINTRCLKGND8086CPUVCC(+5V)RESET4039383736353433323130292827262524232221MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)M/IO(S2)ALE(QS0)READYTESTAD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)DT/R(S1)DEN(S0)INTA(QS1)BHE/S7AD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构20/638086的两种工作模式8086的两种工作模式„最小模式：又称单微处理器模式，系统所需要的控制信号全部由8086CPU直接提供„最大模式：又称多微处理机模式，系统中除了8086CPU外，还可接另外的处理器（如8087协处理器）。系统所需要的控制信号由总线控制器对状态信号进行译码后产生„两种工作模式通过在引脚MN/MX上加不同电平来选择：1为最小模式；0为最大模式大平台课程《微机原理及接口技术》L.J.Zhu第2章体系结构21/631234567891011121314151617181920GNDAD14NMIINTRCLKGND8086CPUVCC(+5V)RESET4039383736353433323130292827262524232221MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)M/IO(S2)ALE(QS0)READYTESTBHE/S7AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0AD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)DT/R(S1)DEN(S0)INTA(QS1)两种模式:最小模式(最大模式)8086CPU引脚与工作模式8086CPU8086CPU引脚与引脚与工作模式两种模式共用的地址/数据总线两种模式共用的控制总线大平台课程系列《微机原理及接口技术》L.J.Zhu地址/数据总线1/18086两种工作模式的公用引脚80868086两种工作模式的公用引脚两种工作模式的公用引脚„地址/数据总线„AD0~ADl5（AddressDatabus）：分时复用的地址/数据总线，三态，地址为输出，数据为双向„在总线周期T1状态，传输地址信号；„在T2～T4状态，传输数据信号„A16~A19/S3~S6（Address/Status）：分时复用的地址/状态线，三态，输出„在总线周期T1状态，传送高4位地址A16~A19；„在T2～T4状态，传送状态信号S3~S61100S4中断允许IF的状态S5DS1CS或未使用任何段寄存器0SS1ES00当前正在使用的段寄存器S3S6大平台课程系列《微机原理及接口技术》L.J.Zhu控制总线1/38086两种工作模式的公用引脚80868086两种工作模式的公用引脚两种工作模式的公用引脚„控制总线：共有16根，其中两种工作模式共用的有8根引脚„MN/MX：工作模式控制输入。高电平时，CPU处于最小模式；低电平时，CPU处于最大模式„RD：读选通信号，三态，低电平有效。有效时表示CPU正在对存储器或I/O口进行读操作„READY：就绪输入信号，高电平有效。有效时表示存储器或I/O设备已准备好，CPU可以进行数据传送