2.1 8088内部结构

1,复习,微机由哪些硬件组成？,2,复习,内存单元的地址和内容数据在内存中的存储方式,地址5AA00H的双字？,地址5AA00H的字？,地址5AA00H的字节？,字数据1234H的地址是？,字节数据5AH的地址是？,3,复习,指令的一般执行过程：,4,第2章8088微处理器,微机原理,5,掌握8088CPU的内部结构和特点；了解8088CPU外部引线及功能；掌握各内部寄存器的功能；掌握8088的存储器组织；了解8088的工作时序。,本章主要内容,6,串行工作方式：,8088以前的CPU采用串行工作方式：1）CPU执行指令时总线处于空闲状态2）CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成缺点：CPU无法全速运行解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到,取指令1,执行1,取操作数2,执行2,CPU,总线,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,存结果1,取指令2,空闲,空闲,2.0微处理器的工作方式,7,并行工作方式：流水线,8088CPU采用并行工作方式,取指令2,取操作数,BIU,存结果1,取指令3,取操作数,取指令4,执行指令1,执行2,执行3,EU,总线,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,8,2.1概述,8088、8086基本类似16位CPU、地址总线（AB）宽度20位差别：指令队列：8088为4字节，8086为6字节数据总线：8088有8根，8086有16根8088为准16位CPU:与当时已有的8位外设接口芯片兼容本课程主要介绍8088（IBMPC采用）,9,8088/86CPU的特点,采用并行流水线工作方式对内存空间实行分段管理支持多处理器系统片内无浮点运算部件，浮点运算由数学协处理器8087支持（也可用软件模拟）注：80486DX以后的CPU均将数学协处理器作为标准部件集成到CPU内部,10,2.28088的内部结构,执行单元（ExecuteUnit）总线接口单元（BusInterfaceUnit）,8088的内部结构,1234,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,输入/输出控制电路,外部总线,执行部分控制电路,ALU,标志寄存器,AHAL,BHBL,CHCL,DHDL,SP,BP,SI,DI,通用寄存器,地址加法器,指令队列缓冲器,执行部件(EU),总线接口部件(BIU),16位,20位,16位,8位,12,总线接口单元BIU,功能：从内存中取指令送入指令队列负责与内存或I/O接口之间的数据传送,13,执行单元EU,功能:执行指令从指令队列中取指令代码译码在ALU中完成数据的运算运算结果的特征保存在标志寄存器FLAGS中。,8088的内部结构,1234,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,输入/输出控制电路,外部总线,执行部分控制电路,ALU,标志寄存器,AHAL,BHBL,CHCL,DHDL,SP,BP,SI,DI,通用寄存器,地址加法器,指令队列,执行部件(EU),总线接口部件(BIU),16位,20位,16位,8位,BIU功能：负责与内存、I/O端口传送数据。从内存取指令送到指令队列；CPU执行指令时，要配合执行部件从指定的内存单元或者端口中取数据，将数据传送给EU；把EU的操作结果存储到指定的内存或I/O口。,15,指令队列8086的为6个字节,8088的为4个字节。BIU具有预取指令的功能，是一种先进先出（FIFO）的数据结构。不论是8086还是8088都会在执行指令的同时从内存中取下一条或几条指令，取来的指令放在指令队列中.指令执行顺序顺序指令执行：指令队列存放紧接在执行指令后面的那一条指令。执行转移指令：BIU清除指令队列中的内容，从新的地址取入指令，立即送往执行单元，然后再从新单元开始重新填满队列。,1234,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,输入/输出控制电路,外部总线,执行部分控制电路,ALU,标志寄存器,AHAL,BHBL,CHCL,DHDL,SP,BP,SI,DI,通用寄存器,地址加法器,指令队列,执行部件(EU),总线接口部件（BIU),16位,20位,16位,8位,8088的内部结构,执行部件(EU)功能：负责指令执行。组成：4个通用寄存器：AX、BX、CX、DX4个专用寄存器：BP、SP、SI、DI1个标志寄存器算术逻辑单元：16位加法器执行部件控制系统：接收从总线接口单元的指令队列中取来的指令代码，译码和向EU内各有关部分发出时序命令信号，协调执行指令规定的操作。,17,DS,ES,SS,CS,IP,数据暂存器,PSW标志寄存器,执行部件控制电路,指令译码器,AXBXCXDX,AH,BH,CH,DH,SI,DI,BP,SP,AL,BL,CL,DL,寄存器组,指令队列,总线接口控制电路,运算器,地址加法器,、指令1指令2指令3指令4、数据1数据2数据3、,地址总线AB,数据总线DB,控制总线CB,地址译码器,CPU总线内存,工作原理:取指令,执行指令,18,并行工作方式：流水线,取指令2,取操作数,BIU,存结果1,取指令3,取操作数,取指令4,执行指令1,执行2,执行3,EU,总线,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,指令预取队列的存在使EU和BIU可同时工作FIFO先进先出提高了CPU的效率；降低了对存储器存取速度的要求。,空闲,19,8088的流水线操作,8088CPU包括两大部分：EU和BIUBIU不断地从M取指令送入指令队列（IPQ），EU不断地从IPQ取出指令执行一个简单的2级流水线IPQ是实现流水线操作的关键新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执行更多的指令例如，PIII为14个阶段，P4为20个阶段(超级流水线),8088的内部寄存器,21,2.3存储器组织,2.3.1内存物理地址的形成2.3.2逻辑地址与物理地址2.3.3内存单元内容的存放及表示,22,取指令、存取数时，都要访问内存，被访问内存单元的地址由CPU提供。CPU送到AB上的20位的地址，就是物理地址。8088：20根地址线，可寻址1MB，范围：00000H0FFFFFH。,2.3.1内存物理地址的形成,DS,ES,SS,CS,IP,数据暂存器,PSW标志寄存器,执行部件控制电路,指令译码器,AXBXCXDX,AH,BH,CH,DH,SI,DI,BP,SP,AL,BL,CL,DL,寄存器组,指令队列,总线接口控制电路,运算器,地址加法器,AB,23,物理地址,.60000H60001H60002H60003H60004H.,12H,F0H,1BH,08H,存储器的操作完全基于物理地址。问题：8088的内部总线和内部寄存器均为16位，如何生成20位地址？解决：存储器分段,24,1.存储器分段,高地址,低地址,段地址,段地址,段地址,段地址,最大64KB,段i-1,段i,段i+1,最小16B,16位二进制数可表示216=65536=64K个地址范围：0000HFFFFH,25,2.物理地址的形成,段地址:只取段起始地址高16位值，存放于段寄存器（CS、DS、ES、SS）；偏移地址:段内某内存单元物理地址相对段起始地址的偏移值，通常来自于IP、SP、SI和DI中。,物理地址=段地址16+偏移地址物理地址=段地址10H+偏移地址,BIU中的地址加法器用来实现逻辑地址到物理地址的变换8088可同时访问4个段，4个段寄存器指示了每个段的段地址,16位段地址,16位段内偏移,20位物理地址,+,16位,20位,0000,28,段寄存器:专门存放段地址,代码段寄存器:CS数据段寄存器:DS堆栈段寄存器:SS附加段寄存器:ES,29,特殊的内存区域,中断矢量区：00000H003FFH共1K字节，用以存放256种中断类型的中断矢量，每个中断矢量占用4个字节，共2564=1024=1K,启动区：FFFF0HFFFFFH共16个单元，用以存放一条无条件转移指令的代码，转移到系统的初始化部分。,显示缓冲区：B0000HB0F9FH约4000（25802）字节，是单色显示器的显示缓冲区，存放文本方式下，所显示字符的ASCII码及属性码；B8000HBBF3FH约16K字节，是彩色显示器的显示缓冲区，存放图形方式下，屏幕显示象素的代码。,8088/8086系统中，有些内存区域的作用是固定的，用户不能随便使用。,30,指令的地址固定由CS和IP决定：,例：开机或RESET后，(CS)=FFFFH，(IP)=0。故8088执行的第一条