1、1,本章主要教学内容微处理器内部组成、寄存器结构CPU引脚特性和作用存储器和I/O组织总线周期、工作模式、操作时序高档微处理器组成结构及特点,第2章,典型微处理器的内外部特性,2,本次课教学内容及要求熟悉8086CPU内外部组成 掌握寄存器结构及其应用 掌握8086存储器组织，理解存储器分段、物理地址的计算 理解I/O编址方式,第2章,3,第2章,2.1.1 8086微处理器内部结构概述： 典型16位微处理器，HMOS工艺制造，芯片集成2.9万只晶体管，+5V电源； 40条引脚双列直插式封装； 16条数据线，字长16位； 20条地址线，寻址空间1MB（220B）； 时钟频率5MHz10MHz；
2、 基本指令执行时间0.30.6s。,4,8086 基本特点 并行流水线工作，通过设置指令预取队列实现； 内存空间分段管理，分为4个段并设置段寄存器，实现对1MB空间的寻址； 可工作于最小、最大两种模式； 与浮点运算器8087、I/O处理器8089或其他处理器组成多处理器系统，系统数据吞吐能力和数据处理能力提高。,第2章,5,8086内部有两个逻辑单元： 执行部件EU（Execution Unit） 总线接口部件BIU（Bus Interface Unit） （组成结构如图2.1所示）,第2章,6,P27: 图2.1 8086微处理器内部结构,7,第2章,1. 执行部件EU,EU的任务：负责指令
3、译码、指令执行和数据运算。EU的组成： 算术逻辑单元（ALU） 8个通用寄存器 1个状态标志寄存器 1个数据暂存寄存器 EU控制电路,8,EU的基本功能： 从BIU指令队列中取指令代码，经译码后执行规定操作； EU中各部件通过16位ALU数据总线连接，在内部可实现快速数据传输。,第2章,9,BIU功能： 从内存取指令送指令队列； CPU执行指令时，配合EU从指定内存单元或外设端口取数据，或送数据到指定内存、外设端口。,2. 总线接口部件BIU,第2章,10,BIU的组成,第2章,(1) 4个16位段地址寄存器； CS代码段寄存器 DS数据段寄存器 ES附加段寄存器 SS堆栈段寄存器 (2) 1
4、6位指令指针寄存器IP； (3) 20位地址加法器； (4) 6字节指令队列缓冲器。,11,第2章,BIU指令队列和20位地址加法器作用 执行指令同时从内存取下一条指令，存放在指令队列缓冲器中。CPU执行完一条指令可立即执行下一条指令称流水线技术，减少取指等待时间，提高效率。 (2) 8086所有寄存器都是16位，需通过地址加法器计算出20位物理地址，实现寻址1MB空间。,12,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和并行方式指令流水线： 串行工作：控制器和运算器交替工作，按顺序完成指令执行过程。 并行工作：运算器和控制器可同时工作。,第2章,13,cpu串行工作方式
5、：,取指令1,执行1,存结果1,取指令2,取操作数,执行2,CPU,BUS,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,cpu并行工作方式：,取指令2,取操作数,存结果,取指令3,取操作数,取指令4,执行1,执行2,执行3,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,BIU,EU,BUS,第2章,14,8086CPU供编程使用有14个16位寄存器，按用途分为： 8个通用寄存器； 2个控制寄存器； 4个段寄存器。如下图所示。,第2章,2.1.2 8086寄存器,15,P29： 图2.2 8086内部寄存器,16,（1）数据寄存器：4个16位寄存器 AX：累加器，完成各类运算和传送、移位操作； BX：基址寄存器，间接寻址中存
6、放基地址； CX：计数寄存器，循环或串操作指令中放计数值； DX：数据寄存器，间接寻址I/O指令中存放数据。,第2章,1. 通用寄存器,17,可将4个16位数据寄存器分成两组独立的8位寄存器： AH、BH、CH、DH AL、BL、CL、DL 16位数据寄存器主要存放数据，也可存放地址 8位数据寄存器只存放数据,第2章,18,SP：堆栈指针寄存器，指示栈顶偏移地址。 BP：基址指针寄存器，访内存时存放偏移地址，或存放堆栈段中数据区基址偏移地址。 SI：源变址寄存器，存放源操作数偏移地址。 DI：目的变址寄存器，存放目的操作数偏移地址。,第2章,（2）指针与变址寄存器 （4个16位寄存器，存放偏移
7、地址）,19,（1）指令指针寄存器IP：保存指令在代码段的偏移位置。CPU利用CS和IP获取指令，然后修改IP使之指向BIU要取的下一条指令偏移地址。 注意：IP是指令代码存放单元地址指针，不能用指令取出IP或给IP设置给定值，但可通过某些指令（转移类指令）来修改IP内容。,第2章,2.控制寄存器,20,FLAG （16位寄存器）反映指令执行结果或控制指令执行形式。共有9个可用标志位，其余7个位空闲不用。6个状态标志： 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 3个控制标志：TF-陷阱标志或单步操作标志 ；IF-中断允许标志；DF-方向标
8、志,第2章,（2）标志寄存器FLAG,21,标志位含义和特点,22,（1）代码段CS（Code Segment）存放程序。系统取指时寻址代码段，段地址和偏移地址由CS和IP给出。 （2） 数据段DS（Data Segment）保存数据。寻址该段数据时，可缺省段说明，其偏移地址可通过多种寻址方式形成。,第2章,3.段寄存器,23,（3）堆栈段SS（Stack Segment）“堆栈”是数据的一种特殊存取方式，按“先进后出”方式操作。堆栈指针SP指示栈顶。系统执行栈操作指令时寻址堆栈段，段地址和偏移地址分别由SS和SP提供。 （4）附加数据段ES（Extra Segment）用于保存数据。访问该段
9、数据时，在偏移地址前要加段说明（段跨越前缀ES）。,第2章,24,40条引脚，双列直插式封装，如图2.4所示。分以下5类： 1. 地址/数据总线（16条）：AD15AD0 2. 地址/状态总线（4条）：A19/S6A16/S3 3. 控制总线（9条） 4. 电源线和地线（3条）：VCC、GND 5. 其它控制线（8条） （地址/数据总线采用分时复用方式，引脚有双重功能，AD15AD0引脚可传送数据信号，有时也可输出地址信号。）,第2章,2.1.3 8086CPU引脚功能,25,P32：图2.4 8086CPU引脚图,26,第2章,（1）每个引脚只传送一种信息； （2）引脚电平高低代表不同传递信
10、号； （3）CPU工作于不同方式时引脚有不同名称和定义； （4）分时复用引脚； （5）引脚的输入和输出信号分别传送不同信息。,CPU引脚定义方法,27,2.2.1 存储器结构存储器内按字节组织，1MB存储空间分成两个512KB存储体： 固定与CPU低字节数据线D7D0相连称低字节存储体，该存储体中每个地址均为偶数； 固定与CPU高字节数据线D15D8相连称高字节存储体，该存储体中每个地址均为奇数。 两存储体间采用字节交叉编址方式，如图2.5所示。,第2章,2.2 存储器结构与I/O组织,28,P35：图2.5 8086存储器分体结构,29,两个存储体与CPU总线之间的连接关系 如图2.6所示。
11、 奇地址存储体的片选端 由总线高位有效控制信号,来控制。,由地址线A0控制。,偶地址存储体的片选端,第2章,30,第2章,图2.6 两个存储体与总线的连接,P36,31,8086用20位地址线寻址1MB存储空间。而CPU内所有寄存器只有16位，只能寻址64KB（216B）。把整个存储空间分成若干逻辑段，每个逻辑段最大容量为64KB。CPU允许各逻辑段在整个存储空间中浮动，可紧密相连，也可相互重叠，还可分开一段距离，如图2.7所示。,第2章,2.存储器分段,32,33,第2章,3.存储器地址,（1）段地址（Segment Address）：描述要寻址逻辑段在内存中的起始位置。 （2）偏移地址（O
12、ffset Address）：描述要寻址内存单元距本段段首的偏移量。 （3）有效地址（Effective Address）：编程中将偏移地址称为有效地址EA 。,34,第2章,（4）逻辑地址（Logic Address）：程序中使用，表示为“段地址:偏移地址”。 （5）物理地址（Physical Address）：CPU和存储器数据交换时使用的实际地址。访问内存时，编程使用16位逻辑地址，BIU使用20位物理地址。 物理地址=段地址10H偏移地址,35,36,4. 专用和保留的存储器单元 （1）00000H003FFH（共1KB）存放中断向量表 （2）B0000HB0FFFH（共4KB）单色显
13、示器的视频缓冲区 （3）B8000HBBFFFH（共16KB）彩色显示器的视频缓冲区 （4）FFFF0HFFFFFH（共16B）存放一条无条件转移指令，系统上电或复位时自动跳转到初始化程序,37,（1）统一编址：I/O端口地址置于存储器中，每个端口占一个存储单元地址。CPU访问存储器的指令和各种寻址方式都可用于寻址I/O端口。 优点：不需专门I/O指令，端口操作指令类型多，数据存取灵活，方便程序设计。 缺点：I/O端口占用存储器地址空间，程序不易阅读，不易区分哪些指令访问存储器，哪些指令访问外部设备。,第2章,2.2.2 I/O端口组织,38,（2）独立编址：单独构成I/O空间，不占存储器地址
14、。CPU设置I/O指令（IN和OUT）和接口控制信号访问端口。16条地址线可访问最多64K容量的8位端口或32K容量的16位端口。 优点：I/O端口地址独立，控制电路和地址译码电路简单，I/O指令与存储器操作指令有明显区别，程序编制清晰，容易阅读。 缺点：输入/输出指令类别少，一般只进行传送操作。,第2章,39,例题分析,【例1】16位字数据为125AH和2B89H，在存储器中地址分别为01020H和01024H，画出该数据存储示意图。,【解析】要理解数据在内存中的存储规则。 内存中一个存储单元保存一个字节数据； 一个字数据占相邻两个存储单元； 字数据在内存中存放时，低字节在前，高字节在后。该
15、题存储示意参见下图所示。,40,例题分析,两个字数据在内存单元中的存储示意图,41,【例2】已知堆栈段寄存器（SS）=2400H，堆栈基址（BP）=1200H，计算该堆栈栈顶的实际地址。,【解答】堆栈段寄存器（SS）=2400H，堆栈基址（BP）=1200H； 故堆栈栈顶实际地址即物理地址： PA=（SS）10H（BP）= 2400H10H1200H = 25200H保存在堆栈区域内的数据将从25200H地址开始存储，每个单元存放一个字节数据。,例题分析,42,【例3】内存有由10个字节组成的数据区，起始地址1100H:0020H。计算该数据区在内存的首末单元实际地址。,【解答】内存数据区逻辑
16、地址1100H:0020H，可知该数据段地址：（DS）=1100H，偏移地址为0020H，对应物理地址： PA=（DS）10H0020H =1100H10H0020H= 11020H即该数据区在内存中首单元的物理地址（实际地址）为11020H。,例题分析,43,存储空间中10个字节对应10个地址，应占用从起始地址0单元到9号单元的位置，转换为十六进制数为0000H到0009H，该数据区在内存中末单元物理地址（实际地址）： PA = 11020H0009H = 11029H所以：本题中10个字节组成的数据区，在内存首单元实际地址是11020H，内存末单元实际地址是11029H。,例题分析,44,
17、本次课小结,1. 8086内部有两大功能部件 执行部件EU和总线接口部件BIU； 两个部件并行操作，取指令和执行指令可同时进行； 减少了CPU的等待时间，充分利用了总线，从而提高了CPU的工作效率，加快了整机的运行速度。,45,2.8086供编程用有14个16位寄存器 通用寄存器（8个） 段寄存器（4个）； 控制寄存器（2个） 3. 理解8086引脚信号功能及使用特点 是高电平有效还是低电平有效； 是输入信号、输出信号还是双向信号； 对控制信号要明确是控制内存信号还是控制I/O接口信号。,本次课小结,46,4.对存储器和I/O组织的理解 存储器的分段管理； 逻辑地址和物理地址的换算； I/O端口的编址方式； 熟悉数据在内存中的存放方式及如何分别访问高字节和低字节的数据。,本次课小结,47,本章作业：教材P57： 五、分析题 1. 数据存放的首末地址计算 2. 字数据的存储图示 3. 指令的物理地址计算 要求有完整的分析过程。第2周的周五上交。,本章思考题与习题分析：,48,本次课内容到此结束,谢 谢 !,
