1、第2章 微处理器与总线,主要内容,微处理器概述 8088/8086微处理器 总线的一般概念 *80386微处理器 *Pentium 4微处理器,返回,2.1 微处理器概述,微处理器的功能 微处理器的基本组成,了解：,返回,微处理器的功能,是计算机系统的核心能够进行算术运算和逻辑运算根据指令实现各种相应的运算实现少量数据的暂存实现与存储器和I/O接口的信息通信能够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,返回,运算器 控制器 内部寄存器组（可视为运算器的一部分）,微处理器的基本组成,返回,实现数据的算术运算和逻辑运算,运算器,算术逻辑单元（ALU） 通用或专用寄存器组 内部
2、总线,控制器,控制程序的执行，是整个系统的指挥中心,指令控制功能 时序控制功能 操作控制功能,返回,2.2 8088/8086微处理器,返回,主要内容：,8088/8086CPU的特点 8088CPU外部引线及功能 8088CPU的内部结构和特点 8088CPU内部寄存器的功能 8088的工作时序,2.2.1 8088/8086CPU的特点,程序与指令指令执行的一般过程指令的串行执行与并行流水线执行内存的分段管理技术支持多处理器系统8088/8086CPU的主要特点,了解：,返回,程序具有一定功能的指令的有序集合 指令由人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令。,1、程序和指令,返回,取指令
3、 指令译码 读取操作数 执行指令 存放结果,2、指令执行的一般过程,返回,串行工作方式 控制器和运算器交替工作，按顺序完成上述指令执行过程。,3、串行和并行方式的指令流水线,返回,8088以前的CPU采用串行工作方式,并行工作方式 运算器和控制器可同时工作，加快了程序的运行速度。,8088CPU采用并行工作方式,返回,4、内存的分段管理技术,段基地址（16位）段内偏移地址（16位）物理地址（20位）,返回,5、支持多处理器系统,最小模式（单处理器模式）最大模式（多处理器模式）,8088可工作于两种模式下最小模式最大模式 最小模式为单处理器模式，控制信号较少，一般可不必接总线控制器。 最大模式为
4、多处理器模式，控制信号较多，须通过总线控制器与总线相连。,8088CPU的两种工作模式,返回,最小模式下的连接示意图,返回,最大模式下的连接示意图,返回,时钟发生器8284,返回,时钟信号发生器提供系统所需要的时钟信号: 一个是在X1 与X2 引脚间接上晶体，由晶体振荡器产生时钟信号； 另一个是由EFI引脚加入的外接振荡信号产生时钟信号,地址锁存器8282(74LS373),返回,返回,总线驱动器8286(74LS245),总线控制器8288,返回,两种工作模式的选择方式,8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状态决定。MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模式,返回,采用并行流
5、水线工作方式 通过设置指令预取队列实现 对内存空间实行分段管理 将内存分为4个段并设置地址段寄存器，以实现对1MB空间的寻址 支持多处理器系统,CPU内部结构,存储器寻址部分,工作模式,6、8088/8086 CPU的特点,返回,引脚定义的方法可大致分为： 每个引脚只传送一种信息（RD等）； 引脚电平高低不同，信号不同（IO/M等）； CPU工作于不同方式有不同的名称和定义（WR/LOCK 等）； 分时复用引脚（AD7AD0 等） ； 引脚的输入和输出分别传送不同的信息（RQ/GT）,2.2.2 8088CPU的引线及功能,返回,处理器芯片引脚图,返回,主要引线（最小模式下）,地址线和数据线：
6、 AD7-AD0：低8位地址和数据信号分时复用。 在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。 A19-A16： 高4位地址信号和状态信号分时复用。 A15-A8 ： 输出中8位地址信号。,返回,WR： 写信号； RD： 读信号； IO/M：为“0”表示访问内存，为“1”表示访问接口； DEN： 低电平有效时，允许进行读/写操作； RESET：复位信号。,控制线和状态线,主要引线（最小模式下）,例：,当WR=1，RD=0，IO/M=0时，表示CPU当前正在进行读存储器操作,返回,INTR：可屏蔽中断请求输入端 NMI： 非屏蔽中断请求输入端(该引脚上的中断请求信号不能用软件屏蔽) INTA：
7、中断响应输出端,主要引线（最小模式下）,中断请求和响应信号,返回,HOLD：总线保持请求信号输入端。当CPU以外的其他设备要求占用总线时，通过该引脚向CPU发出请求。 HLDA：总线保持响应信号输出端。CPU对HOLD信 号的响应信号。,主要引线（最小模式下）,总线保持信号,返回,2.2.3 8088CPU的功能结构,8088内部由两部分组成：执行单元（EU）总线接口单元（BIU）,返回,一、8088/8086CPU的内部结构,返回,运算器8个通用寄存器1个标志寄存器EU部分控制电路,执行单元(EU),组成,指令译码 指令执行 暂存中间运算结果 保存运算结果特征,在标志寄存器FLAGS中,在A
8、LU中完成,在通用寄存器中,功能,返回,总线接口单元(BIU),从内存中取指令到指令预取队列； 负责与内存或输入/输出接口之间的数据传送； 在执行转移程序时，使指令预取队列复位， 并从指定的新地址取指令，并立即传给执行 单元执行。,段寄存器指令指针寄存器指令队列地址加法器总线控制逻辑,组成,功能,返回,结论,指令预取队列的存在使EU和BIU两个部分 可同时进行工作，从而提高了CPU的效率；降低了对存储器存取速度的要求。,返回,二、8088的内部寄存器,含14个16位寄存器，按功能可分为三类8个通用寄存器4个段寄存器2个控制寄存器,深入理解：每个寄存器中数据的含义,返回,1、通用寄存器,数据寄存
9、器（AX，BX，CX，DX）地址指针寄存器（SP，BP）变址寄存器（SI，DI）,返回,8088含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个 8位寄存器，即： AX BX CX DX,数据寄存器,AH，AL,CH，CL,BH，BL,DH，DL,数据寄存器特有的习惯用法,AX：累加器。所有I/O指令都通过AX与接口传送信息，中间运算结果也多放于AX中； BX：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址； CX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令中存放计数值； DX：数据寄存器。在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址；在32位乘除法运算时，存放 高16位数。,返回,地址指针寄存器,SP：堆栈指针寄存器
10、，其内容为栈顶的偏移地址； BP：基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单元的偏移地址。,返回,作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； 作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在数据段；用BP则表示所寻找的数据在堆栈段。,BX与BP在应用上的区别,变址寄存器,SI：源变址寄存器 DI：目标变址寄存器变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。 特别是在串操作指令中： SI存放源操作数的偏移地址 DI存放目标操作数的偏移地址,返回,2、段寄存器,用于存放相应逻辑段的段基地址。CS：代码段寄存器：存放指令代码DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器SS：堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置,存放操作数,
11、返回,3、控制寄存器,IP：指令指针寄存器，其内容为下一条要执行指令的偏移地址FLAGS：标志寄存器，存放运算结果的特征(16位寄存器，7位未使用。)6个状态标志位（CF，SF，AF，PF，OF，ZF）3个控制标志位（IF，TF，DF）,返回,D15,D0,OF DF IF TF SF ZF AF PF CF,进借位标志,奇偶标志,半进借位标志,零标志,符号标志,单步中断,中断允许,方向标志,溢出标志,1-有进、借位 0-无进、借位,1-低8位有偶数个1 0-低8位有奇数个1,1-低4位向高4位有进、借位 0-低4位向高4位无进、借位,1-结果为0 0-结果不为0,8088/8086标志寄存器
12、,2.2.4 8088/8086CPU的存储器组织,物理地址(20位)逻辑地址,段基地址(16位) 段内偏移地址(16位),物理地址段基地址段内偏移地址,？,返回,物理地址,逻辑地址,8088/8086：20条地址线可寻址最大物理内存容量为1MB(220),但8088/8086的内部总线和内部寄存器均为16位，因此需要通过对存储器分段生成20位地址。,段基地址和段内偏移地址称为逻辑地址。通常写成：XXXXH：YYYYH 前者是段基地址，后者是段内偏移地址（相对地址）,返回,段基地址（16位）, , ,31,0,15,0 0 0 0,段基地址（16位）,段首地址, , ,19,0,4, , ,返
13、回,段基地址与段首地址的关系,物理地址与 段基地址、段首地址、段内偏移地址的关系,段基地址 =6000H 段首地址偏移地址物理地址,数据段,60009H,00H,12H,60000H,0009H,返回,物理地址由段基地址和偏移地址组成,物理地址=段基地址16+偏移地址,0 0 0 0,段首地址, , ,19,0,4, , ,偏移地址,+,物理地址,物理地址与逻辑地址的关系,返回,例：,已知 CS=1055H，DS=250AHES=2EF0HSS=8FF0H某操作数偏移地址=0204H， 画出各段在内存中的分布、段首地址及操作数的物 理地址。,返回,设操作数在数据段，则操 作数的物理地址为： 2
14、50AH 16+0204H = 252A4H,10550H,250A0H,2EF00H,8FF00H,CS,DS,ES,SS,解：,返回,说明：CPU中四个段寄存器之间可以重合、重叠、紧密连接或间隔分开。,CS 0000,IP,代码段,DS或ES 0000,SI、DI或BX,SS 0000,SP或BP,数据段,堆栈段,存储器,段寄存器和偏移地址寄存器组合关系,返回,堆栈及堆栈段的使用,每次入栈和出栈均以字为单位； 采用“先进后出，后进先出”的原则； SS存放堆栈段地址，SP存放段内偏移地址，SS：SP构成堆栈指针； 堆栈是内存中一个特殊区域，用于存放暂时不用或需要保护的数据。 常用于响应中断或
15、子程序调用。,返回,2.2.5 8088/8086CPU的工作时序,时序的概念：CPU各引脚信号在时间上的关系 总线周期：CPU完成一次访问内存（或接口）操作所需要的时间。一个总线周期至少包括4个时钟周期。 时钟周期：由时钟发生器产生，是计算机内部最小的时间单位。,返回,概述 总线的基本功能 常用系统总线和外设总线标准,2.3 系统总线,返回,2.3.1 概述,1、含义：是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。 是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信 息的通道。,返回,2、总线分类,CPU总线(CPU-其他部件) 系统总线(主机-I/O接口) 外部总线(微机-外设),片内总线 片外总线,
16、按相对CPU的位置分,按层次结构分,地址总线（AB） 数据总线（DB） 控制总线（CB）,按传送信息的类型分,返回,3、总线结构,单总线结构 特点：简单数据传输效率和速度慢总线竞争严重,返回,多总线结构,面向CPU的双总线结构面向主存的双总线结构,双总线结构多总线结构,返回,面向CPU的双总线结构,特点：存储器与I/O接口间无直接通道，需通过CPU中转。,返回,面向存储器的双总线结构,特点：在单总线结构基础上增加一条CPU到存储器的高速总线,返回,4、总线的主要性能指标,总线带宽（B/S）：单位时间内总线上可传送的数据量 总线位宽（bit）：总线能同时传送的数据位数 总线的工作频率（MHz）：工作频率越高总线工作速度越快，总线宽度越宽 总线带宽= （位宽/8）（工作频率/每个存取周期的时钟数）,返回,2.3.2 总线的基本功能,数据传送 仲裁控制 出错处理 总线驱动,返回,2.3.3 常用系统总线和外设总线标准,ISA（8/16位） PCI（32/64位） AGP（加速图形端口，用于提高图形处理能力）,常用系统总线,返回,常用外设总线,USB IEEE1394,USB总线特点,易使用 速度较快 可靠性高 低成本 低功耗,返回,本章课外自学内容,第2.4节：80386微处理器 第2.5节： Pentium 4微处理器,返回,第 二 章 结 束,
