1、1第第2 2章章微處理器2主要內容：n80888088/8086/8086微處理器微處理器n特點特點n主要引線功能和內部結構主要引線功能和內部結構n內部寄存器內部寄存器n實地址模式下的存儲器尋址實地址模式下的存儲器尋址n總線時序總線時序3一、80888088/8086 cpu/8086 cpu的特點41. 8088cpu的兩種工作模式n8088可工作于兩種模式下可工作于兩種模式下 最小模式最小模式 最大模式最大模式n最小模式為單處理器模式，控制信號較少，最小模式為單處理器模式，控制信號較少，一般可不必接總線控制器。一般可不必接總線控制器。n最大模式為多處理器模式，控制信號較多，最大模式為多處理

2、器模式，控制信號較多，須通過總線控制器與總線相連。須通過總線控制器與總線相連。5最小模式下的總線連接示意圖8088cpu控制總線控制總線數據總線數據總線地址總線地址總線地址地址鎖存鎖存數據數據收發收發ale時鐘發時鐘發生生 器器6最大模式下的總線連接示意圖8088cpu數據總線數據總線地址總線地址總線地址地址鎖存鎖存數據數據收發收發ale時鐘發時鐘發生生 器器總總 線線控制器控制器控制總線控制總線7兩種工作模式的選擇方式n80888088是工作在最小還是最大模式由是工作在最小還是最大模式由mn/mxmn/mx引線引線的狀態決定。的狀態決定。nmn/mx=0mn/mx=0工作于最大模式工作于最大

3、模式nmn/mx=1mn/mx=1工作于最小模式工作于最小模式82. 8088/8086 cpu的特點n采用并行流水線工作方式采用并行流水線工作方式 通過設置指令預取隊列實現通過設置指令預取隊列實現n對內存空間實行分段管理對內存空間實行分段管理 將內存分為將內存分為4 4個段并設置地址段寄存器，以實個段并設置地址段寄存器，以實 現對現對1 1mbmb空間的尋址空間的尋址n支持多處理器系統支持多處理器系統cpu內內部結構部結構存儲器尋存儲器尋址部分址部分工作模式工作模式9二、二、8088/8086的引線及功能101. 主要引線最小模式下的最小模式下的8088引線引線n地址線和數據線：地址線和數據

4、線：nadad0 0adad7 7：低低8 8位地址和低位地址和低8 8位數據信號分時復用。位數據信號分時復用。在傳送地址信號時為單向，傳送數據信號時為雙在傳送地址信號時為單向，傳送數據信號時為雙向。向。na a1616-a-a1919：高高4 4位地址信號，與狀態信號分時復用。位地址信號，與狀態信號分時復用。na a8 8a a15 15 ：8 8位地址信號位地址信號11主要的控制和狀態信號nwrwr： 寫信號；寫信號；nrdrd： 讀信號；讀信號；nio/mio/m：為為“0 0”表示訪問內存，表示訪問內存， 為為“1 1”表示訪問接口；表示訪問接口；ndenden： 低電平有效時，允許進

5、行讀低電平有效時，允許進行讀/ /寫操作；寫操作；ndt/rdt/r：數據收發器的傳送方向控制；數據收發器的傳送方向控制； naleale：地址鎖存信號；：地址鎖存信號；nresetreset：復位信號。復位信號。12例：n當當wr=1wr=1，rd=0rd=0，io/m=0io/m=0時，時， 表示表示cpucpu當前正在進行當前正在進行讀存儲器讀存儲器操作操作13ready信號t t1 1t t2 2t t3 3twaittwaitt t4 414中斷請求和響應信號nintr：可屏蔽中斷請求輸入端可屏蔽中斷請求輸入端nnmi： 非屏蔽中斷請求輸入端非屏蔽中斷請求輸入端ninta：中斷響應輸

6、出端中斷響應輸出端15總線保持信號nhold：總線保持請求信號輸入端。當總線保持請求信號輸入端。當cpu 以外的其他設備要求占用總線時，以外的其他設備要求占用總線時， 通過該引腳向通過該引腳向cpu發出請求。發出請求。nhlda：總線保持響應信號輸出端。總線保持響應信號輸出端。cpu對對 hold信號的響應信號信號的響應信號。162. 80888088和8086cpu8086cpu引線功能比較n數據總線寬度不同數據總線寬度不同n8088的外部總線寬度是的外部總線寬度是8位，位，8086為為16位。位。n訪問存儲器和輸入輸出控制信號含義不同訪問存儲器和輸入輸出控制信號含義不同n8088io/m=

7、0表示訪問內存；表示訪問內存；n8086io/m=1表示訪問內存。表示訪問內存。n其他部分引線功能的區別其他部分引線功能的區別17三、三、8088/8086的內部結構181. 組成n8088/8086內部由兩部分組成：內部由兩部分組成： 執行單元（執行單元（eu） 總線接口單元（總線接口單元（biu）192. 執行單元 運算器運算器 8個通用寄存器個通用寄存器 1個標志寄存器個標志寄存器 eu部分控制電路部分控制電路教材第教材第43頁頁圖圖2-6圖圖20執行單元n功能功能n指令譯碼指令譯碼n指令執行指令執行n暫存中間運算結果暫存中間運算結果n保存運算結果特征保存運算結果特征指令的執行指令的執行

8、在標志寄存器在標志寄存器flags中中在在alu中完成中完成在通用寄存器中在通用寄存器中213. 總線接口單元功能：功能：n從內存中取指令到指令預取隊列從內存中取指令到指令預取隊列n指令預取隊列是并行流水線工作的基礎指令預取隊列是并行流水線工作的基礎n負責與內存或輸入負責與內存或輸入/輸出接口之間的數據傳送輸出接口之間的數據傳送n在執行轉移程序時，在執行轉移程序時，biu使指令預取隊列復位，從使指令預取隊列復位，從指定的新地址取指令，并立即傳給執行單元執行。指定的新地址取指令，并立即傳給執行單元執行。22結論n指令預取隊列的存在使指令預取隊列的存在使eu和和biu兩個部分可兩個部分可同時進行工

9、作，從而：同時進行工作，從而：n提高了提高了cpu的效率；的效率；n降低了對存儲器存取速度的要求降低了對存儲器存取速度的要求23四、內部寄存器24內部寄存器的類型n含含14個個16位寄存器，按功能可分為三類位寄存器，按功能可分為三類 8個通用寄存器個通用寄存器 4個段寄存器個段寄存器 2個控制寄存器個控制寄存器深入理解：每個寄存器中數據的含義深入理解：每個寄存器中數據的含義251. 通用寄存器 數據寄存器（數據寄存器（ax，bx，cx，dx） 地址指針寄存器（地址指針寄存器（sp，bp） 變址寄存器（變址寄存器（si，di）26數據寄存器n8088/8086含含4個個16位數據寄存器，它們又位

10、數據寄存器，它們又可分為可分為8個個8位寄存器，即：位寄存器，即：naxnbxncxndxah，alch，clbh，bldh，dl27數據寄存器特有的習慣用法nax：累加器。所有累加器。所有i/o指令都通過指令都通過ax與接口傳送與接口傳送 信息，中間運算結果也多放于信息，中間運算結果也多放于ax中；中；nbx：基址寄存器。基址寄存器。在間接尋址中用于存放基地址；在間接尋址中用于存放基地址；ncx：計數寄存器。用于在循環或串操作指令計數寄存器。用于在循環或串操作指令 中存放計數值；中存放計數值；ndx：數據寄存器。數據寄存器。在間接尋址的在間接尋址的i/oi/o指令中存放指令中存放 i/oi/

11、o端口地址端口地址；在；在32位乘除法運算時，存放位乘除法運算時，存放 高高16位數。位數。28地址指針寄存器nsp：堆棧指針寄存器，其內容為棧頂的：堆棧指針寄存器，其內容為棧頂的 偏移地址；偏移地址；nbp：基址指針寄存器，常用于在訪問內基址指針寄存器，常用于在訪問內 存時存放內存單元的存時存放內存單元的偏移地址。偏移地址。29bx與bp在應用上的區別n作為通用寄存器，二者均可用于存放數據；作為通用寄存器，二者均可用于存放數據；n作為基址寄存器，用作為基址寄存器，用bx表示所尋找的數據在表示所尋找的數據在數據段數據段；用；用bp則表示數據在則表示數據在堆棧段堆棧段。30變址寄存器nsi：源變

12、址寄存器源變址寄存器ndi：目標變址寄存器目標變址寄存器n變址寄存器在指令中常用于存放數據在內變址寄存器在指令中常用于存放數據在內存中的地址。存中的地址。312. 控制寄存器nipn指令指針寄存器，其內容為下一條要執行指令的指令指針寄存器，其內容為下一條要執行指令的偏移地址。偏移地址。nflagsn標志寄存器，存放運算結果的特征標志寄存器，存放運算結果的特征n6個狀態標志位（個狀態標志位（cf，sf，af，pf，of，zf）n3個控制標志位（個控制標志位（if，tf，df）內存中的程序內存中的程序指令指令1指令指令2指令指令n分析分析獲取操作數獲取操作數執行執行存放結果存放結果程序計程序計數器

13、數器pc（ip）地址地址cpu取出取出操作數操作數32狀態標志位（1）ncf（carry flag） n進位標志位。加進位標志位。加(減減)法運算時，若最高位有進法運算時，若最高位有進(借借)位則位則cf=1 npf（parity flag）n奇偶標志位。運算結果的低奇偶標志位。運算結果的低8位中位中“1”的個數為偶的個數為偶數時數時pf=l naf（auxiliary carry flag）n輔助進位標志位。加輔助進位標志位。加(減減)操作中，若操作中，若bit3向向bit4有有進位進位(借位借位)，af=1 33狀態標志位（2）nzf（zero flag）n零標志位。當運算結果為零時零標志

14、位。當運算結果為零時zf=1 nsf（sign flag）n符號標志位。當運算結果的最高位為符號標志位。當運算結果的最高位為1時，時，sf=l nof（overflow flag）n溢出標志位。當算術運算的結果超出了有符號數的溢出標志位。當算術運算的結果超出了有符號數的可表達范圍時，可表達范圍時，of=l 34狀態標志位例n給出以下運算結果及運算后各狀態標志位的狀態：給出以下運算結果及運算后各狀態標志位的狀態：n10110110+11110100 10110110 + 11110100 101010101cf= of=af= pf=sf= zf=11101035控制標志位ntf（trap fl

15、ag）n陷井標志位，也叫跟蹤標志位。陷井標志位，也叫跟蹤標志位。tf=1時，使時，使cpu處于單步執行指令的工作方式。處于單步執行指令的工作方式。nif（interrupt enable flag）n中斷允許標志位。中斷允許標志位。if=1使使cpu可以響應可屏蔽中可以響應可屏蔽中斷請求。斷請求。ndf（direction flag）n方向標志位。在數據串操作時確定操作的方向。方向標志位。在數據串操作時確定操作的方向。 363. 段寄存器n作用作用n用于存放相應邏輯段的段基地址用于存放相應邏輯段的段基地址n8086/8088內存中邏輯段的數量內存中邏輯段的數量n最多為最多為64k個個n8086

16、/8088內存中邏輯段的類型內存中邏輯段的類型n代碼段代碼段n數據段數據段n附加段附加段n堆棧段堆棧段存放指令代碼存放指令代碼存放操作的數據存放操作的數據存放操作的數據存放操作的數據存放暫時不用但需保存的數據。存放暫時不用但需保存的數據。為什么叫邏輯段？為什么叫邏輯段？每個段寄存器中存放的內容每個段寄存器中存放的內容=？37段寄存器ncsn代碼段寄存器，存放代碼段的段基地址。代碼段寄存器，存放代碼段的段基地址。ndsn數據段寄存器數據段寄存器 ，存放數據段的段基地址。，存放數據段的段基地址。nesn附加段寄存器，存放數據段的段基地址。附加段寄存器，存放數據段的段基地址。nssn堆棧段寄存器，堆

17、棧段寄存器， 存放堆棧段的段基地址存放堆棧段的段基地址段寄存器的值表明相應邏輯段在內存中的位置段寄存器的值表明相應邏輯段在內存中的位置38五、存儲器尋址391. 內存單元的編址（1）n每個內存單元在整個內存空間中都具有惟一每個內存單元在整個內存空間中都具有惟一的地址的地址n每個內存單元的地址碼都由兩部分組成：每個內存單元的地址碼都由兩部分組成：n段（基）地址段（基）地址n16位位n段內地址段內地址n16位位相對地址相對地址/ /偏移地址偏移地址物理地址物理地址80888088為為1616位結構，所以段地址和偏移地址均為位結構，所以段地址和偏移地址均為1616位位40存儲器的編址（2）n段基地址

18、：段基地址：n決定存儲單元在內存中的位置決定存儲單元在內存中的位置n相對地址（偏移地址）相對地址（偏移地址）n決定該存儲單元相對段內第一個單元的距離決定該存儲單元相對段內第一個單元的距離n邏輯段的起始地址稱為段首邏輯段的起始地址稱為段首n每個邏輯段內的第一個單元每個邏輯段內的第一個單元段首的偏移地址段首的偏移地址=0=041存儲器的編址（3）0 0 0 0段基地址（段基地址（16位）位）段首地址（段首的物理地址）段首地址（段首的物理地址） 1904段首的偏移地址：段首的偏移地址：0000h段基地址（段基地址（16位）位） 31015 42存儲器的編址（4）n例：例：n段基地址段基地址 =600

19、0hn段首地址段首地址n偏移地址偏移地址=0009hn物理地址物理地址數數據據段段60009h00h12h60000h9n物理地址：物理地址：n內存單元在整個內存空間中的惟一地址內存單元在整個內存空間中的惟一地址432. 實地址模式下的存儲器地址變換n內存內存物理地址由段基地址和物理地址由段基地址和偏移地址組成偏移地址組成物理地址物理地址=段基地址段基地址16+偏移地址偏移地址0 0 0 0段首地址段首地址 1904 偏移地址偏移地址+物物理理地地址址44例：n已知已知 cs=1055h， ds=250ah es=2ef0h ss=8ff0hn畫出各段在內存中的分布。畫出各段在內存中的分布。4

20、5例：ncs=1055hn段首地址段首地址=10550hnds=250ahn段首地址段首地址=250a0hnes=2ef0hnss=8ff0h10550h250a0h2ef00h8ff00h代碼段代碼段數據段數據段附加段附加段堆棧段堆棧段 46例n設某操作數存放在數據段，設某操作數存放在數據段，ds=250ah，數據，數據所在單元的偏移地址所在單元的偏移地址=0204h。則該操作數所在。則該操作數所在單元的物理地址為：單元的物理地址為：n250ah 16+0204h = 252a4h473. 存儲器的保護模式n保護模式：保護模式：n支持多任務的工作模式，提供了多任務保護機制；支持多任務的工作模

21、式，提供了多任務保護機制；n內存段的訪問受到限制，不能再隨意存取數據段。內存段的訪問受到限制，不能再隨意存取數據段。 n保護模式下的內存訪問保護模式下的內存訪問n不再直接從段寄存器中獲得段基地址，段基地址不再直接從段寄存器中獲得段基地址，段基地址存放在內存的段描述符表中，由段描述符寄存器存放在內存的段描述符表中，由段描述符寄存器給出段描述符表的基地址，段寄存器中僅存放段給出段描述符表的基地址，段寄存器中僅存放段選擇符。選擇符。48保護模式下的存儲器地址變換494. 堆棧及堆棧段的使用n堆棧：堆棧：n內存中一個特殊區域，用于存放暫時不用或需內存中一個特殊區域，用于存放暫時不用或需要保護的數據。要

22、保護的數據。n常用于響應中斷或子程序調用。常用于響應中斷或子程序調用。50例：n已知已知nss=1000h，sp=0100hn則：則：n堆棧段的段首地址堆棧段的段首地址= n棧頂（偏移）地址棧頂（偏移）地址=n若該段最后一個單元若該段最后一個單元 地址為地址為10200h，則：，則：n棧底偏移地址棧底偏移地址=段首段首棧底棧底棧頂棧頂堆堆棧棧區區10000h0100h0200h515. 內部寄存器小結n全部為全部為16位寄存器位寄存器n只有只有4個數據寄存器分別可分為個數據寄存器分別可分為2個個8位寄存器位寄存器n所有所有16位寄存器中：位寄存器中：n全部通用寄存器中，只有全部通用寄存器中，只

23、有ax和和cx中的內容一定為參加運算的中的內容一定為參加運算的數據，其余通用寄存器中的內容可能是數據，也可能是存放數據，其余通用寄存器中的內容可能是數據，也可能是存放數據的地址；數據的地址；nsp中的內容通常為堆棧段的棧頂地址；中的內容通常為堆棧段的棧頂地址；n段寄存器中的內容為相應邏輯段的段地址；段寄存器中的內容為相應邏輯段的段地址；nip中的內容為下一條要取的指令的偏移地址；中的內容為下一條要取的指令的偏移地址；nflags中有中有9位標志位位標志位526. 實模式下的存儲器尋址小結n每個內存單元在整個內存空間中都具有惟一地址每個內存單元在整個內存空間中都具有惟一地址n每個內存單元的地址都

24、由兩部分組成：每個內存單元的地址都由兩部分組成：n段基地址段基地址 段內相對地址（偏移地址）段內相對地址（偏移地址）n段基地址決定了邏輯段在內存中所占的區域，改段基地址決定了邏輯段在內存中所占的區域，改變段基地址，則改變了邏輯段的位置。變段基地址，則改變了邏輯段的位置。n一個邏輯段的默認長度為一個邏輯段的默認長度為64kb，最小長度值為，最小長度值為16b。n邏輯段可以有多個，但只有邏輯段可以有多個，但只有4種類型。在一個程種類型。在一個程序模塊中，每種類型的邏輯段最多只能有一個。序模塊中，每種類型的邏輯段最多只能有一個。53六、總線時序54時序n時序：時序：ncpu各引腳信號在時間上的關系各

25、引腳信號在時間上的關系n總線周期：總線周期：ncpu完成一次訪問內存（或接口）操作所需要的時間。完成一次訪問內存（或接口）操作所需要的時間。n一個總線周期至少包括一個總線周期至少包括4個時鐘周期。個時鐘周期。55七、8088系統總線56主要內容：n總線的基本概念和分類；總線的基本概念和分類；n總線的工作方式；總線的工作方式；n常用系統總線標準。常用系統總線標準。571. 概述n總線：總線： 是是一組導線和相關的控制、驅動電路一組導線和相關的控制、驅動電路的的集合。集合。是計算機系統各部件之間傳輸地址、數據和控是計算機系統各部件之間傳輸地址、數據和控制信息制信息的的通道。通道。地址總線（地址總線（ab）數據總線（數據總線（db）控制總線（控制總線（cb）582. 總線分類cpu總線總線系統總線系統總線外部總線外部總線片內總線片內總線片外總線片外總線按相對按相對cpu的位置分的位置分按層次結構分按層次結構分593. 總線的系統結構n單總線結構單總線結構cpu m m i/o i/o i/o60多總線結構面向面向cpu的雙總線結構的雙總線結構面向主存的雙總線結構面向主存的雙總線結構雙總線結構雙總線結構多總線結