第2章CPU系统结构.ppt

第2章8086系统结构 2 18086CPU的结构2 28086的存储器组织2 38086操作时序 第1节 结构 一 主要特性二 内部结构三 寄存器结构四 外部引脚五 系统配置图 一 主要特性 数据线 16条地址线 20条内存空间 20地址线可直接寻址1MB存储器空间 端口地址 16条地址线寻址64K个I O端口 二 内部结构 9图 3两部分 总线接口部件BIU执行部件EU 1 总线接口部件BIU 是8086CPU同存储器和I O 设备之间的接口部件 它提供了16位双向数据总线 20位地址总线及若干条控制总线 完成所有外部总线操作 1 功能 负责CPU与存储器及I O设备之间的数据传送 即 地址形成 取指令 指令排队 读 写操作数和总线控制 2 组成 16位段地址寄存器16位指令指针寄存器IP20位物理地址加法器6字节指令队列总线控制逻辑 2 执行部件EU 执行部件与外部系统没有直接联系 1 功能 负责指令的执行 完成指令的译码和执行指令操作 2 组成算术逻辑单元 标志寄存器 寄存器组 EU控制电路等 三 寄存器结构 14个16位的寄存器分为4组 通用寄存器组指针和变址寄存器组段寄存器指令指针及标志寄存器 1 通用寄存器组 4个16位通用寄存器 AX BX CX DX 8个8位寄存器 AL BL CL DL 高8位是AH BH CH DH 某些通用寄存器用作专门用途 如 AX 通用寄存器 累加器 BX 通用寄存器 间 基 址寄存器 CX 通用寄存器 计数器 DX 通用寄存器 间址寄存器 2 指针和变址寄存器组 4个16位 基址指针寄存器BP 堆栈指针寄存器SP 源变址寄存器SI 目的变址寄存器DI这组寄存器存放的内容是某一段内地址偏移量 用来形成操作数地址 主要在堆栈操作和变址运算中使用 BP和SP称为指针寄存器 与SS联用 为访问现行堆栈段提供方便 SI和DI称为变址寄存器 与DS一起使用 为访问现行数据段提供段内地址偏移量 3 段寄存器 4个16位 CS DS SS和ES是段寄存器 用来寄存段的基地址 CS 代码段寄存器 存放的是当前执行程序所在的代码段的段基址 CPU执行的指令将从代码段取得 DS 数据段寄存器 存放的是程序当前使用的数据段的段基址 一般情况下 程序中所使用的数据均在数据段中 SS 堆栈段寄存器 存放当前使用的堆栈段的段基址 堆栈操作的数据就在这个段中 ES 附加段寄存器 存放程序当前使用的附加段的段基址 通常情况下 它用来存放数据 典型用法是存放CPU处理后的数据 如串操作等 4 指令指针 一个16位指令指针寄存器IP 用来存放将要执行的下一条指令在现行代码段中的偏移地址 程序运行中 它由BIU自动将其修改 使IP始终指向下一条将要执行指令的地址 因此它是用来控制指令序列的执行流程的 它具有自动加 功能 每当执行一次取指操作 它将自动加 使它指向要取的下一个单元 5 标志寄存器F 16位标志寄存器F用来存放运算结果的特征 常用作后续条件转移指令的转移控制条件 两大类 一类为状态标志 表示运算后结果的状态特征 它影响后面的操作 状态标志有6个 CF PF AF ZF SF 和OF 另一类为控制标志 用来控制CPU操作 控制标志有3个 TF IF和DF 具体格式如图 P33 6个状态标志位 SF 符号标志 ZF 零标志 PF 奇 偶标志 CF 进位标志 AF 辅助进位标志 OF 溢出标志 3个控制标志位 DF 方向标志 IF 中断标志 TF 跟踪标志 调试程序时可以设置为单步工作方式 四 外部引脚 P205 1 工作模式最大工作模式最小工作模式2 最小工作模式下的引脚定义3 8088与8086的区别 1 工作模式 1 最小工作模式是在系统只有8086或8088一个微处理器 在这种系统中 所有总线控制信息都直接由8086产生 系统中总线控制逻辑电路被减到最少 控制信号由8086 8088直接提供 2 最大工作模式系统包含两个或多个微处理器 其中一个是主处理器8086 8088 其它的处理器为协处理器或辅助处理器 承担某一方面的专门工作 和8086匹配有两个 一个是专用数值运算的处理器8087 另一个是专用于输入 输出处理的处理器8089 2 最小工作模式下的引脚定义 P204图5 3是8086CPU的外部引脚 AD15 AD0 分时复用的地址 数据总线 A19 S6 A16 S3 分时复用的地址 状态线 P207表5 1 BHE S7 高8位数据总线允许 状态信号MN MX 最大 最小工作模式选择信号 RD WR M IO ALE DEN DT RREADY RESET TESTINTR INTA NMIHOLDHLDA DMA方式时使用 CLK 8086为5MHZ 8086 1为10MHZ 8086 2为8MHZ VCCGND 3 8088与8086的区别 8088CPU内部总线宽度是16 位 外部数据总线宽度是8 位 所以8088CPU称为准16位微处理器 主要不同之处有下面几点 1 8088指令队列的长度为4个 2 8088外部数据总线只有8条 所以分时复用的地址 数据总线为AD7 AD0 而AD15 AD8成为仅传递地址信息的A15 A8 3 8088中 用IO M信号代替M IO 五 系统配置图 P206图5 4 第 节存储器组织 P35 一 存储器地址的分段二 物理地址的形成三 8086存储器的分体结构四 堆栈的概念 一 存储器地址的分段 在存储器中是以字节为单位存储信息的 每个存储单元有唯一的地址来确定 地址空间 00000H 0FFFFFH采用 段地址 段内偏移量二级方式当前段的基地址存放在段寄存器中偏移量存放在IP SP或16位通用寄存器中 二 物理地址的形成 1物理地址与逻辑地址2段基址与偏移地址3物理地址的形成4存储空间中的特殊单元 1 物理地址与逻辑地址 物理地址是存储器的绝对地址 从00000 FFFFFH 是CPU访问存储器的实际地址 是由20位地址线来决定的 它由逻辑地址变换而来 存储器的任一个逻辑地址由段基址和偏移地址组成 都是无符号的16位数 程序设计时采用逻辑地址 2 段基址与偏移地址 将段地址放在段寄存器中 称为 段基址 8086CPU有4个段寄存器 CS DS ES SS 段内 偏移地址 指出了从段地址开始的相对偏移位置 它可以放在指令寄存器IP中 或16位通用寄存器中 3 物理地址的形成 地址加法器将有关的段寄存器内容 段的起始地址 左移 位 与16位偏移地址相加 形成一个20位的物理地址 以对存储单元寻址 物理地址 段基址 16 偏移地址 4 存储空间中的特殊单元 00000 003FFH共1K区域用来存放中断向量 这一区域称为中断向量表 B0000H B0F9FH B8000 BBF3FH是显示器的显示缓冲区从0FFFF0H开始到存储器底部0FFFFFH共16个单元 用来存放一条无条件转移指令 转到系统的初始化程序 这是因为系统加电或复位时 会自动转到0FFFF0H执行 三 8086存储器的分体结构 1分体结构及选择2存储单元地址与内容 字和字节的读 写操作 1 分体结构及选择 8086系统中 1M的存储空间分成两个存储体 偶地址存储体和奇地址存储体 各为512K字节当A0 0时 选择访问偶地址存储体 偶地址存储体与数据总线低8 位相连 所以从低8位数据线上读 写一个字节 当 BHE 0时 选择访问奇地址存储体 奇地址存储体与数据总线的高8位相连 所以由高8位数据线上读 写一个字节 当A0 0 BHE 0时 访问两个存储体 读 写一个字 2 存储单元地址与内容 存储器中存放的信息称为存储单元的内容 如存储单元00100H中的内容为34H 表示 00100H 34H 一个字 16位 在存储器中按相邻两个字节存放 存入时以低位字节在低地址 高位字节在高地址的次序存放 字单元的地址以低位地址表示 如 00100H 1234H 00103H 0152H在内存中存放的位置 字和字节的读 写操作 一个字可以从偶地址开始存放 也可以从奇地址开始存放 但8086CPU访问存储器时 都是以字为单位进行的 并从偶地址开始 CPU操作时可以对字 字节操作 若读 写一个字节 只启动某个存储体 只有相应8位数据在数据总线上有效 即启动偶地址存储体 低8位数据线有效 或启动奇地址存储体 高8位数据线有效 另外8位被忽略 当CPU读 写一个字时 若字单元地址从偶地址开始 只需访问一次存储器 低位字节在偶地址单元 高位字节在奇地址单元 若字单元地址从奇地址开始 CPU要两次访问存储器 第一次取奇地址上的数据 偶地址8位数据被忽略 第二次取偶地址上的数据 奇地址8位数据被忽略 因此 为了加快程序运行速度 编程时注意从存储器偶地址开始存放字数据 这种存放方式也称为 对准存放 在8088CPU系统中 外部数据线为8位 CPU每次访问存储器只读 写一个字节 读 写一个字要两次访问存储器 整个存储器 字节看成一个存储体 由A0 A19直接寻址 无需 BHE A0来选择高8位与低8位数据 整个系统的运行速度也慢 四 堆栈的概念 1定义2工作方式3作用4注意 1 定义 所谓堆栈是在存储器中开辟一个区域 用来存放需要暂时保存的数据 段基址由堆栈段寄存器SS指定 栈顶由堆栈指针SP指定 SP指向当前栈顶单元 堆栈的地址增长方式一般是由向上增长 栈底设在存储器的高地址区 堆栈地址由高向低增长 减少 2 工作方式 压入PUSH弹出POP 1 堆栈的工作方式是 先进后出 方式 用入栈指令PUSH 和出栈指令POP可将数据压入堆栈或从堆栈中弹出数据 栈顶指针SP的变化由CPU 自动管理 2 堆栈以字为单位进行操作 堆栈中的数据项以低字节在偶地址 高字节在奇地址的次序存放 这样可保证每访问一次堆栈就能压入 弹出一个字 3 压入时 SP 2 SP 压低位 SP 压高位 SP 1 弹出时 SP 低位 SP 1 高位 SP 2 SP 3注意 1 先进后出 2 压入与弹出匹配 第3节时序及操作 一 时序 P201 二 主要操作 一 时序 P201 时钟周期机器周期指令周期总线周期 T1状态 发地址 T2状态 撤消地址 提供数据通路 T3状态 传输数据 T4状态 P202图5 1 二 主要操作 包括 系统的复位和启动操作暂停操作总线操作中断操作最小模式下的总线保持最大模式下的总线保持 允许 复位时内部寄存器的值 标志寄存器 清零指令指针IP 0000HCS 0FFFFHDS SS ES 0000H其他寄存器 0000H指令队列 变空 第2章总结 共讲了4部分内容 CPU内部结构外部引脚及总线形成存储器组织CPU的时序 1 CPU内部结构 1 内部结构 两大部分 BIU和EU 应掌握各部分的作用及