第2章8088/8086微處理器主要內(nèi)容2.18088/8086微處理器特點(diǎn)2.28088/8086微處理器結(jié)構(gòu)2.38088/8086微處理器工作模式和引腳2.48088/8086的總線時(shí)序2.5微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2.6高性能微機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介NUIST2.18088/8086CPU的特點(diǎn)采用并行流水線工作方式20位地址，尋址1M空間，對(duì)內(nèi)存空間實(shí)行分段管理：每段容量不超過(guò)64KB用段地址和段內(nèi)偏移實(shí)現(xiàn)對(duì)1MB空間的尋址設(shè)置地址段寄存器指示段的首地址支持多處理器系統(tǒng)；片內(nèi)沒(méi)有浮點(diǎn)運(yùn)算部件，浮點(diǎn)運(yùn)算由數(shù)學(xué)協(xié)處理器8087支持（也可用軟件模擬）

注：80486DX以后的CPU均將數(shù)學(xué)協(xié)處理器作為標(biāo)準(zhǔn)部件集成到CPU內(nèi)部（書上有7點(diǎn)---這都是對(duì)當(dāng)時(shí)而言）NUIST2.18088/8086微處理器特點(diǎn)比較特點(diǎn)(差別):指令預(yù)取隊(duì)列：8088為4字節(jié)，8086為6字節(jié)數(shù)據(jù)總線引腳：8088有8根，8086有16根8088為準(zhǔn)16位CPU，內(nèi)部DB為16位，但外部?jī)H為8位，16位數(shù)據(jù)要分兩次傳送NUIST2.28088/8086微處理器結(jié)構(gòu)2.2.1功能結(jié)構(gòu)—接口單元和執(zhí)行單元2.2.28088CPU的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)2.2.3存儲(chǔ)器尋址NUIST2.2.1功能結(jié)構(gòu)—接口單元和執(zhí)行單元80868088:8位數(shù)據(jù)線4個(gè)單元指令流隊(duì)列從功能上講，可分為兩個(gè)獨(dú)立的部分，并行重疊操作NUIST總線接口部件（BIU）

包括一組段寄存器，指令指針，6字節(jié)指令隊(duì)列。（8088是4字節(jié)），20位總線地址形成部件及總線控制邏輯。主要任務(wù)：完成CPU與主存或I/O端口之間的信息傳送功能：b.從主存或I/O端口取操作數(shù)或存放運(yùn)算結(jié)果c.計(jì)算并形成訪問(wèn)主存的20位物理地址a.從主存取指令送到指令隊(duì)列中排隊(duì)NUIST總線接口部件組成4個(gè)16位段地址寄存器代碼段寄存器（Codesegment），取得CPU所執(zhí)行的指令。數(shù)據(jù)段寄存器（Datasegment），存放程序所使用的數(shù)據(jù)。堆棧段寄存器（Stacksegment），堆棧操作的執(zhí)行地址在此段中16位指令指針寄存器（InstructionPointer）6/4字節(jié)指令隊(duì)列緩沖器20位地址加法器總線控制器NUIST指令隊(duì)列緩沖器先進(jìn)先出的原則，按順序存放，并按順序取到EU中去執(zhí)行①當(dāng)指令隊(duì)列緩沖器中存滿1條指令，EU開始執(zhí)行。②指令隊(duì)列緩沖器中只要空出1個(gè)（8086為2個(gè)）指令字節(jié)時(shí)，BIU便自動(dòng)執(zhí)行取指操作，直到填滿為止。③EU執(zhí)行指令時(shí)，如需對(duì)M或I/O設(shè)計(jì)存取數(shù)據(jù)時(shí)，BIU將在執(zhí)行完現(xiàn)行取的存儲(chǔ)器周期后的下一個(gè)存儲(chǔ)器周期，對(duì)內(nèi)存單元或I/O設(shè)備進(jìn)行存取操作，交換的數(shù)據(jù)經(jīng)BIU由EU進(jìn)行處理。④當(dāng)EU執(zhí)行完轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回指令時(shí)，要清除指令隊(duì)列緩沖器，并要求BIU從新的地址重新執(zhí)行?？偩€接口部件組成NUIST執(zhí)行部件EU由一個(gè)16位算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、EU控制器、一組通用寄存器和標(biāo)志寄存器構(gòu)成。a.從指令隊(duì)列中取出指令代碼，由EU控制器進(jìn)行譯碼后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)到各部件完成指令規(guī)定的操作。b.對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果的特征狀態(tài)存放在標(biāo)志寄存器中。c.當(dāng)需要與主存或I/O端口傳送數(shù)據(jù)時(shí)，EU向BIU發(fā)出命令，并為BIU提供16位有效地址及傳送的數(shù)據(jù)。EU功能為：NUIST16位算術(shù)邏輯單元（ALU）算術(shù)、邏輯運(yùn)算，計(jì)算16位偏移量16位標(biāo)志寄存器

CPU的運(yùn)算狀態(tài)特征或存放控制標(biāo)志數(shù)據(jù)暫存寄存器協(xié)助ALU完成運(yùn)算通用寄存器組

4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器，4個(gè)16位指針與變址寄存器EU控制電路控制、定時(shí)與狀態(tài)邏輯電路執(zhí)行單元組成NUIST串行工作方式：取指令1執(zhí)行1取操作數(shù)2執(zhí)行2CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌存結(jié)果1取指令28088以前的CPU采用串行工作方式：1）CPU執(zhí)行指令時(shí)總線處于空閑狀態(tài)2）CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器(存取數(shù)據(jù)或指令)時(shí)要等待總線操作的完成缺點(diǎn)：CPU無(wú)法全速運(yùn)行解決：總線空閑時(shí)預(yù)取指令，使CPU需要指令時(shí)能立刻得到NUIST并行工作方式：8088CPU采用并行工作方式取指令2取操作數(shù)BIU存結(jié)果取指令3取操作數(shù)取指令4執(zhí)行1執(zhí)行2執(zhí)行3EUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌NUIST8088的流水線操作8088CPU包括兩大部分：BIU和EUBIU不斷地從存儲(chǔ)器取指令送入IPQ，EU不斷地從IPQ取出指令執(zhí)行BIU和EU構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的2工位流水線指令預(yù)取隊(duì)列IPQ是實(shí)現(xiàn)流水線操作的關(guān)鍵（類似于工廠流水線的傳送帶）新型CPU將一條指令劃分成更多的階段，以便可以同時(shí)執(zhí)行更多的指令例如，PIII為14個(gè)階段，P4為20個(gè)階段(超級(jí)流水線)NUIST結(jié)論指令預(yù)取隊(duì)列的存在使BIU和EU兩個(gè)部分可同時(shí)進(jìn)行工作，從而提高了CPU的效率；降低了對(duì)存儲(chǔ)器存取速度的要求NUIST2.2.2

8088\8086CPU的內(nèi)部寄存結(jié)構(gòu)重點(diǎn)講控制寄存器NUIST控制寄存器IP：指令指針寄存器，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行的指令的偏移地址FLAGS：標(biāo)志寄存器狀態(tài)標(biāo)志：存放運(yùn)算結(jié)果的特征控制標(biāo)志：控制某些特殊操作

6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF)3個(gè)控制標(biāo)志位(IF，TF，DF)NUISTCF進(jìn)位標(biāo)志，記錄運(yùn)算時(shí)從高位有效位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位PF奇偶標(biāo)志，操作結(jié)果中有偶數(shù)個(gè)1時(shí)，PF=1，否則PF=0AF輔助進(jìn)位標(biāo)志，記錄運(yùn)算時(shí)第3位和第4位之間的進(jìn)位或借位。ZF零標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，ZF=1，否則ZF=0SF符號(hào)標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果為負(fù)，SF=1，否則SF=0OF溢出標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果超出機(jī)器能夠表示的范圍OF=1，否則，OF=0。TF陷阱標(biāo)志，TF=1，執(zhí)行指令時(shí)產(chǎn)生單步中斷。IF中斷標(biāo)志，IF=1，則CPU允許可屏蔽中斷，否則禁止。DF方向標(biāo)志，串處理時(shí)控制SI和DI遞增或遞減，DF=1，寄存器自動(dòng)遞減，DF=0，則寄存器自動(dòng)遞增。NUIST2.2.38088/8086存儲(chǔ)器尋址物理地址8088：20根地址線，可尋址220(1MB)個(gè)存儲(chǔ)單元CPU送到AB上的20位的地址稱為物理地址Why?NUIST物理地址物理地址..60000H60001H60002H60003H60004H...12HF0H1BH08H存儲(chǔ)器的操作完全基于物理地址。問(wèn)題：8088的內(nèi)部總線和內(nèi)部寄存器均為16位，如何生成20位地址？解決：存儲(chǔ)器分段NUIST存儲(chǔ)器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大64KB段i-1段i段i+1NUIST邏輯地址段基地址和段內(nèi)偏移組成了邏輯地址

段地址偏移地址(偏移量)格式為：段地址:偏移地址物理地址=段基地址×16+偏移地址60002H00H12H60000H0000段基地址（16位）段首地址×××???×××NUISTBIU中的地址加法器用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換8088可同時(shí)訪問(wèn)4個(gè)段，4個(gè)段寄存器指示了每個(gè)段的基地址段基址段內(nèi)偏移（16位）物理地址+16位20位0000NUIST[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H，DS段有一操作數(shù)，其偏移地址=0204H， 1)畫出各段在內(nèi)存中的分布2)指出各段首地址3)該操作數(shù)的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS

CSDSES解：各段分布及段首址見(jiàn)右圖所示。操作數(shù)的物理地址為：250AH×10H+0204H=252A4HNUIST2.38088/8086微處理器工作模式和引腳NUIST2.38088/8086微處理器工作模式和引腳最小模式（最大模式）NUIST引腳定義的方法可大致分為：：每個(gè)引腳只傳送一種信息（RD等）；引腳電平的高低不同的信號(hào)（IO/M等）；CPU工作于不同方式有不同的名稱和定義（WR/LOCK等）；分時(shí)復(fù)用引腳（AD7～AD0等）；引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信息（RQ/GT等）。NUIST主要引線（最小模式下）8088是工作在最小還是最大模式由MN/MX端狀態(tài)決定：MN/MX=0時(shí)工作于最大模式，反之工作于最小模式。數(shù)據(jù)信號(hào)線(DB)與地址信號(hào)線(AB)：AD7～AD0：三態(tài)，地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。ALE有效時(shí)為地址的低8位。地址信號(hào)有效時(shí)為輸出，傳送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)為雙向。A19～A16：三態(tài)，輸出。高4位地址信號(hào)，與狀態(tài)信號(hào)

S6-S3分時(shí)復(fù)用。A15～A8：三態(tài)，輸出。輸出8位地址信號(hào)。NUIST主要的控制和狀態(tài)信號(hào)WR：三態(tài)，輸出。寫命令信號(hào)；RD：三態(tài)，輸出。讀命令信號(hào)；IO/M：三態(tài)，輸出。指出當(dāng)前訪問(wèn)的是存儲(chǔ)器還是I/O接口。高：I/O接口，低：內(nèi)存DEN：三態(tài)，輸出。低電平時(shí)，表示DB上的數(shù)據(jù)有效；RESET：輸入，為高時(shí)，CPU執(zhí)行復(fù)位；ALE：三態(tài)，輸出。高：AB地址有效；DT/R：三態(tài)，輸出。數(shù)據(jù)傳送方向，高：CPU輸出，低：CPU輸入NUIST[例]：當(dāng)WR=1，RD=0，IO/M=0時(shí)，表示CPU當(dāng)前正在進(jìn)行讀存儲(chǔ)器操作。NUISTREADY信號(hào)(輸入)：用于協(xié)調(diào)CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間的速度差異READY信號(hào)由存儲(chǔ)器或I/O接口發(fā)出。READY=0時(shí)，CPU就在T3后插入TW周期，插入的TW個(gè)數(shù)取決于READY何時(shí)變?yōu)楦唠娖?。NUIST中斷請(qǐng)求和響應(yīng)信號(hào)INTR：輸入，可屏蔽中斷請(qǐng)求輸入端。高：有INTR中斷請(qǐng)求NMI：輸入，非屏蔽中斷請(qǐng)求輸入端。低高，有NMI中斷請(qǐng)求INTA：輸出，對(duì)INTR信號(hào)的響應(yīng)。NUIST總線保持信號(hào)HOLD：總線保持請(qǐng)求信號(hào)輸入端。當(dāng)CPU以外的其他設(shè)備要求占用總線時(shí)，通過(guò)該引腳向CPU發(fā)出請(qǐng)求。HLDA：輸出，對(duì)HOLD信號(hào)的響應(yīng)。為高電平時(shí)，表示CPU已放棄總線控制權(quán)，所有三態(tài)信號(hào)線均變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。NUIST2.48088/8086的總線時(shí)序最小模式——僅支持單處理器主要需解決：地址與數(shù)據(jù)的分離地址鎖存電路實(shí)現(xiàn)方案用3片8位的鎖存器8282實(shí)現(xiàn)地址鎖存。ALE為鎖存控制信號(hào)，OE≡0使鎖存的地址直接輸出；用1片雙向三態(tài)門8286用作數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)和隔離，DT/R作為方向控制，DEN作為開門信號(hào)；其他控制信號(hào)由8088直接產(chǎn)生。NUIST最小模式下的連接示意圖8088CPU??控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址鎖存數(shù)據(jù)收發(fā)器ALE時(shí)鐘發(fā)生器3片8282DT/RDEN8286NUIST最大模式最大模式——可支持多處理器大多數(shù)控制信號(hào)是由總線控制器8288對(duì)S0、S1、S2三個(gè)信號(hào)譯碼得到，如DT/R、ALE、DEN、IOR、IOW、MEMR、MEMW信號(hào)。DB和AB的構(gòu)成基本同最小模式。PC/XT機(jī)的總線采用了最大模式，但有三點(diǎn)區(qū)別：地址總線驅(qū)動(dòng)用2個(gè)74LS373和1個(gè)74LS244代替3個(gè)8282；數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)用74LS245代替8286；支持DMA傳送。NUIST最大模式下的連接示意圖8088CPU數(shù)據(jù)總線地址總線地址鎖存數(shù)據(jù)收發(fā)ALE時(shí)鐘發(fā)生器總線控制器控制總線828282868288S0S1S2NUIST常用接口芯片介紹8282/74LS373——具有三態(tài)正相輸出的鎖存器內(nèi)部包含8個(gè)D觸發(fā)器引腳：DI0～DI7輸入DO0～DO7輸出STB鎖存信號(hào)OE輸