微机第1章微处理器及微机的基本结构

1、主讲教师主讲教师: 吕月娥吕月娥微机系统与接口技术微机系统与接口技术课程在课程在2008年被为校年被为校级精品课程，这门课程的电子教案，作业及部分作业的级精品课程，这门课程的电子教案，作业及部分作业的答案，教学大纲，考试大纲，历年的部分考试题等内容答案，教学大纲，考试大纲，历年的部分考试题等内容已经放在青岛大学网。有关内容的获取方法如下：已经放在青岛大学网。有关内容的获取方法如下：1、登录青岛大学网、登录青岛大学网http:/2、在首页左侧选择教学平台、在首页左侧选择教学平台3、在网络教学综合平台页面，选择顶部的精品课程、在网络教学综合平台页面，选择顶部的精品课程4、在出现的页面左侧选择校级精

2、品课程、在出现的页面左侧选择校级精品课程5、找到、找到微机系统与接口技术微机系统与接口技术，选择查看，即可进，选择查看，即可进入该课程网页。入该课程网页。u1.1 微型计算机系统概述微型计算机系统概述u1.2 16位微处理器及其结构位微处理器及其结构u1.3 32位微处理器及其结构位微处理器及其结构u1.4 64位微处理器位微处理器u1.5 双核心微处理器双核心微处理器1.1.1 微机系统的组成微机系统的组成 1.1.2 微机系统的性能指标微机系统的性能指标1.1.3 微型计算机的发展微型计算机的发展图图1-1 微型计算机的典型结构微型计算机的典型结构 图图1-2 微型计算机系统的组成微型计算

3、机系统的组成 1. 字长字长 字长，即字长，即CPU中运算器一次能处理的最大数据位中运算器一次能处理的最大数据位数，它是反映微机系统数据处理能力的重要技术指标。数，它是反映微机系统数据处理能力的重要技术指标。 2. 运算速度运算速度 主频反映了主频反映了CPU的速度，在同一类的速度，在同一类CPU中，频中，频率越高，率越高，CPU的运算速度越快。主频的单位是的运算速度越快。主频的单位是GHz， 反映微机系统运算速度的另一个单位是反映微机系统运算速度的另一个单位是MIPS(millions of instructions per second )，即每秒执行，即每秒执行百万条指令数。百万条指令数

4、。评价微处理器的性能最基本的评价指标评价微处理器的性能最基本的评价指标: :字长与运算速度字长与运算速度 计算机的存储器系统主要分为内存储器和外计算机的存储器系统主要分为内存储器和外存储器两种存储器两种 。评价其性能的指标主要有：。评价其性能的指标主要有：1. 存储容量存储容量 2. 存取速度存取速度内存储器主要用于存放当前需运行的程序和加内存储器主要用于存放当前需运行的程序和加工的数据。通常衡量内存容量大小的单位是工的数据。通常衡量内存容量大小的单位是MB。外。外存储器的主要作用是为内存储器提供后备的程序和数存储器的主要作用是为内存储器提供后备的程序和数据。衡量外存容量大小的单位通常是据。衡

5、量外存容量大小的单位通常是GB。 在计算机运行时，存储器的存取速度直接影响在计算机运行时，存储器的存取速度直接影响到整个计算机系统的运行速度。到整个计算机系统的运行速度。 u1.2.1 161.2.1 16位微处理器内部结构位微处理器内部结构u1.2.2 161.2.2 16位微处理器的基本时序位微处理器的基本时序u1.2.3 161.2.3 16位微处理器的存储器组织位微处理器的存储器组织n 8086 8086 CPUCPUuDBDB：真正的真正的1616位位CPUCPU，内外总线都是内外总线都是1616位。位。uABAB：有有2020位地址线，可直接寻址位地址线，可直接寻址1 1MBMB空

6、间。空间。u8088 8088 CPUCPUu80868086的改进型处理器，指令系统与的改进型处理器，指令系统与80868086系统兼容。系统兼容。uDBDB：准准1616位机，内总线为位机，内总线为1616位，外总线为位，外总线为8 8位。位。uABAB：有有2020位地址线，可直接寻址位地址线，可直接寻址1 1MBMB空间。空间。1616位微处理器位微处理器: :8086/8088CPU8086/8088CPUu1.BIU(Bus Interface Unit)：总线接口单元：总线接口单元 （a）BIU的功能：的功能：负责负责CPU与存储器和与存储器和I/O端口传送数据端口传送数据 从内

7、存取指令送到指令队列；从内存取指令送到指令队列； 配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行部件，或者把执行部件的操作结果据，将数据传送给执行部件，或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或传送到指定的内存单元或I/O端口中。端口中。（b）BIU的组成的组成u（b b）BIUBIU的组成的组成4 4个个1616位段地址寄存器：位段地址寄存器：1616位指令指针寄存器：位指令指针寄存器：2020位物理地址加法器：位物理地址加法器：6 6字节指令队列：字节指令队列：总线控制逻辑：总线控制逻辑：各部分介绍各部分介绍u 4 4个

8、个1616位段地址寄存器：指出了一个逻辑段在内存位段地址寄存器：指出了一个逻辑段在内存中的起始地址。中的起始地址。代码段寄存器：代码段寄存器：CS(code segment register)CS(code segment register)数据段寄存器：数据段寄存器：DS(data segment register)DS(data segment register)附加段寄存器：附加段寄存器：ES(extra segment register)ES(extra segment register)堆栈段寄存器：堆栈段寄存器：SS(stack segment register)SS(stack

9、segment register)；2.EU(Execution Unit)：指令执行部件：指令执行部件 （a）EU的功能的功能从指令队列中读指令，从指令队列中读指令，完成指令的译码和执行。完成指令的译码和执行。 （b）EU的组成的组成算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALU：4个通用的个通用的16位寄存器：位寄存器：4个专用的个专用的16位寄存器：位寄存器：标志寄存器标志寄存器PSW：EU控制器：控制器：各部分介绍各部分介绍 ALUALU：完成完成8 8位或位或1616位的二进制运算位的二进制运算 ，1616位暂存器可位暂存器可暂存参加运算的操作数；暂存参加运算的操作数； 4 4个通用的个通用

10、的1616位寄存器：位寄存器：AX(accumulator)AX(accumulator)：又称为累加器：又称为累加器BX(base)BX(base)：基址寄存器：基址寄存器CX(count)CX(count)：计数器：计数器DX(data) DX(data) ：数据寄存器：数据寄存器u 4 4个专用的个专用的1616位寄存器位寄存器SI(source index)SI(source index)：源变址寄存器：源变址寄存器DI(destination index)DI(destination index)：目的变址寄存器：目的变址寄存器SP(stack pointer)SP(stack po

11、inter)：堆栈指针寄存器：堆栈指针寄存器BP(base pointer)BP(base pointer)：基址指针寄存器：基址指针寄存器u PSWPSW(Processor Status Word)(Processor Status Word)：标志寄存器：标志寄存器FLAGFLAG存放存放ALUALU运算结果的特征和程序控制标志运算结果的特征和程序控制标志；u EUEU控制器控制器：取指令控制和时序控制部件。取指令控制和时序控制部件。（c）EU工作过程工作过程 3. 3.寄存器结构寄存器结构 8086CPU8086CPU内部包含有内部包含有4 4组组1616位寄存器位寄存器（1 1）段寄

12、存器组）段寄存器组（2 2）通用寄存器组）通用寄存器组（3 3）指针和变址寄存器组）指针和变址寄存器组（4 4）指令指针及标志寄存器）指令指针及标志寄存器（1）段寄存器组）段寄存器组（1 1）段寄存器组：包含）段寄存器组：包含CSCS、DSDS、ESES、SSSS代码段寄存器代码段寄存器CSCS数据段寄存器数据段寄存器DSDS附加段寄存器附加段寄存器ESES堆栈段寄存器堆栈段寄存器SSSS段寄存器指出其对应段的首地址段寄存器指出其对应段的首地址段基址。段基址。段基址与段内偏移地址经运算形成段基址与段内偏移地址经运算形成2020位物理地址。位物理地址。 （2）通用寄存器组）通用寄存器组 （2 2

13、）通用寄存器组：包括）通用寄存器组：包括AXAX、BXBX、CXCX、DXDX 用来保存算术或逻辑运算的操作数及中间运算结果。用来保存算术或逻辑运算的操作数及中间运算结果。它们既可以作为一个它们既可以作为一个1616位的寄存器使用，也可以分位的寄存器使用，也可以分别作为两个别作为两个8 8位的寄存器使用，分别是：位的寄存器使用，分别是：AHAH、ALAL、BHBH、BLBL、CHCH、CLCL、DHDH、DLDL。u （3 3）指针和变址寄存器组：包括）指针和变址寄存器组：包括SPSP、BPBP、SISI、DIDIBPBP和和SPSP称为指针寄存器，与堆栈段寄存器称为指针寄存器，与堆栈段寄存器

14、SSSS联用，进行联用，进行对现行堆栈段的访问。对现行堆栈段的访问。BPBP在间接寻址中使用，操作数在堆栈段中，由在间接寻址中使用，操作数在堆栈段中，由SSSS段寄存器段寄存器与与BPBP组合形成操作数地址，组合形成操作数地址，BPBP存放现行堆栈段中一个数据区存放现行堆栈段中一个数据区的的“基址基址”的偏移量，因此称的偏移量，因此称BPBP为基址指针寄存器。为基址指针寄存器。 SPSP在堆栈操作中使用，堆栈操作指令在堆栈操作中使用，堆栈操作指令PUSHPUSH和和POPPOP是从是从SPSP得得到现行堆栈段的段内地址偏移量。到现行堆栈段的段内地址偏移量。SPSP始终指向栈顶。始终指向栈顶。例

15、子例子 FFFFHFFFCH堆栈堆栈FFFEHFFFAHFFFDHFFFBH 堆栈：堆栈： 存储器的一个连续区域。在这个区域存储器的一个连续区域。在这个区域, ,数据的存数据的存取原则为：后进先出（取原则为：后进先出（LIFOLIFO）从栈顶存取信息。）从栈顶存取信息。栈底：栈底：堆栈的最低部堆栈的最低部栈顶：栈顶：最后放进信息的所在地址最后放进信息的所在地址栈底栈底SP始终指向栈顶始终指向栈顶SP=FFFEH栈顶栈顶栈顶栈顶栈顶栈顶SP=FFFCHSP=FFFAHSS:SISI和和DIDI称为称为变址寄存器，通常与数据段寄存器变址寄存器，通常与数据段寄存器DSDS一起使一起使用，为访问现行数

16、据段提供段内地址偏移量。用，为访问现行数据段提供段内地址偏移量。 例子例子寄存器寄存器特殊用途特殊用途隐含性隐含性AXAL在输入输出指令中作数据寄存器用在输入输出指令中作数据寄存器用在乘法指令中存放被乘数或乘积；在乘法指令中存放被乘数或乘积；在除法指令中存放被除数或商在除法指令中存放被除数或商不能隐含不能隐含隐含隐含隐含隐含AH在在LAHF指令中，作目标寄存器用指令中，作目标寄存器用隐含隐含AL在十进制运算指令中作累加器用在十进制运算指令中作累加器用在在XLAT指令中作累加器用指令中作累加器用隐含隐含隐含隐含BX在间接寻址中作基址寄存器用在间接寻址中作基址寄存器用在在XLAT指令中作基址寄存器

17、用指令中作基址寄存器用不能隐含不能隐含隐含隐含CX在串操作指令和在串操作指令和LOOP指令中作计数器用指令中作计数器用隐含隐含CL用在移位用在移位/循环移位指令中作移位次数计数器循环移位指令中作移位次数计数器 不能隐含不能隐含寄存器寄存器特殊用途特殊用途隐含性隐含性DX在字乘法在字乘法/除法指令中存放乘积高位或被除数除法指令中存放乘积高位或被除数高位或余数高位或余数在间接寻址的输入输出指令中作地址寄存器用在间接寻址的输入输出指令中作地址寄存器用隐含隐含不能隐含不能隐含SI在字符串运算指令中作源变址寄存器用在字符串运算指令中作源变址寄存器用在间接寻址中作变址寄存器用在间接寻址中作变址寄存器用隐含

18、隐含不能隐含不能隐含DI在字符串运算指令中作目标变址寄存器用在字符串运算指令中作目标变址寄存器用在间接寻址中作变址寄存器在间接寻址中作变址寄存器隐含隐含不能隐含不能隐含BP在间接寻址中作基址指针用在间接寻址中作基址指针用不能隐含不能隐含SP在堆栈操作中作堆栈指针在堆栈操作中作堆栈指针隐含隐含（4）指令指针和标志寄存器）指令指针和标志寄存器 （4 4）指令指针及标志寄存器）指令指针及标志寄存器（a a）指令指针寄存器）指令指针寄存器IPIP指令指针寄存器指令指针寄存器IPIP用来存放将要执行的下一条指令在现行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。代码段中的偏移地址。在程序运行过程

19、中，在程序运行过程中，BIUBIU自动修改自动修改IPIP，因此，因此IPIP始终指向将始终指向将要执行的下一条指令在现行代码段中的偏移地址，它是用来控要执行的下一条指令在现行代码段中的偏移地址，它是用来控制指令序列的执行流程的。制指令序列的执行流程的。 说明说明u （b）标志寄存器）标志寄存器 标志寄存器，也叫程序状态字标志寄存器，也叫程序状态字PSW（Program Status Word），用来存放运算结果的特征和程序控制标志。），用来存放运算结果的特征和程序控制标志。PSW中一共定义了个有效位：中一共定义了个有效位：u6个状态标志位：包括：个状态标志位：包括：OF、SF、 ZF、 AF

20、、 PF和和CF。 u3个控制标志位：编程时设置，包括：个控制标志位：编程时设置，包括：DF、 IF和和TF。PSW的标志位的标志位OF DFIFTFSFZFAFPFCF标志位的用法及含义标志位的用法及含义CFCF（ Carry FlagCarry Flag）：进位标志位。）：进位标志位。反映最高有效位反映最高有效位MSBMSB（字为（字为D15D15、字节为、字节为D7D7位）有无进位）有无进位位( (加加) )或借位或借位( (减减) )，主要针对无符号运算。，主要针对无符号运算。 若若CFCF1 1，表示有进位或借位；，表示有进位或借位；若若CF= 0CF= 0，表示无进位或借位，表示无

21、进位或借位 PFPF（Parity FlagParity Flag）：奇偶校验标志位。）：奇偶校验标志位。反映运算结果中低反映运算结果中低8 8位位1 1的个数是否为偶数。的个数是否为偶数。若若PFPF1 1，表示运算结果，表示运算结果低低8 8位位中有偶数个中有偶数个1 1；若若PFPF0 0，表示运算结果，表示运算结果低低8 8位位中有奇数个中有奇数个1 1。AFAF（Auxiliary FlagAuxiliary Flag）：辅助进位）：辅助进位/ /半进位标志位。半进位标志位。反映反映D3D3向向D4D4有无进位有无进位( (加加) )或借位或借位( (减减) )。主要用于。主要用于B

22、CDBCD码码运算后的调整。运算后的调整。若若AFAF1 1，表示有进位或借位；，表示有进位或借位；若若AFAF0 0，表示无进位或借位。，表示无进位或借位。ZFZF（ Zero FlagZero Flag）：零标志位。）：零标志位。反映运算结果是否为全反映运算结果是否为全0 0。若若ZFZF1 1，则表示运算结果为全，则表示运算结果为全0 0（各位均为（各位均为0 0）；）；若若ZFZF0 0，则表示运算结果非全，则表示运算结果非全0 0（各位不全为（各位不全为0 0）。）。 SFSF（Sign FlagSign Flag）：）：符号标志位。符号标志位。反映运算结果的最高有效位反映运算结果的

23、最高有效位( (MSB)MSB)为为0/10/1；对有符号运算，；对有符号运算，反映运算结果的正反映运算结果的正/ /负。负。若若SFSF1 1，则表示最高有效位为则表示最高有效位为1 1（或结果为负）；（或结果为负）；若若SFSF0 0，则表示最高有效位为则表示最高有效位为0 0（或结果不为负）。（或结果不为负）。OFOF（Overflow FlagOverflow Flag）：）：溢出标志位。溢出标志位。反映运算结果是否超出其所能表示的反映运算结果是否超出其所能表示的范围。范围。若若OFOF1 1，则表示结果溢出；则表示结果溢出；若若OFOF0 0，表示结果未溢出。表示结果未溢出。1 0

24、0 1 1 0 1 00 1 0 1 1 0 0 11 0 1 1 1 1 1 11001 1010B1011 1111B？CF=1PF=1AF=1ZF=0SF=0101控制标志位控制标志位OF=1DFDF（Direction FlagDirection Flag）：方向控制位。）：方向控制位。在串操作中，若：在串操作中，若：设置设置DFDF0 0，源和目的操作数的地址均向增址方向调整；，源和目的操作数的地址均向增址方向调整；设置设置DFDF1 1，源和目的操作数的地址均向减址方向调整。，源和目的操作数的地址均向减址方向调整。IFIF（Interrupt Enable FlagInterrup

25、t Enable Flag）：中断允许控制位。）：中断允许控制位。若：若：设置设置IFIF1 1，则允许，则允许CPUCPU响应可屏蔽中断（开中断）；响应可屏蔽中断（开中断）；设置设置IFIF0 0，则不允许，则不允许CPUCPU响应可屏蔽中断（关中断）。响应可屏蔽中断（关中断）。TFTF（Trap FlagTrap Flag）：陷井控制位。）：陷井控制位。主要用于程序的单步执行，若：主要用于程序的单步执行，若：设置设置TFTF1 1，则，则CPUCPU每执行一条指令就产生一个单步每执行一条指令就产生一个单步中断，用户可以在中断服务中对当前指令的执行进中断，用户可以在中断服务中对当前指令的执行

26、进行调试；行调试；设置设置TFTF0 0，表示不设置陷井。，表示不设置陷井。符号符号标志名标志名标志位为标志位为1 1标志位为标志位为0 0OFOF溢出（是溢出（是/ /否）否）OVOVNVNVDFDF方向（减量方向（减量/ /增量）增量）DNDNUPUPIFIF中断（允许中断（允许/ /关闭）关闭）EIEIDIDISFSF符号（负符号（负/ /正）正）NGNGPLPLZFZF零（是零（是/ /否）否）ZRZRNZNZAFAF辅助进位（是辅助进位（是/ /否）否）ACACNANAPFPF奇偶（偶奇偶（偶/ /奇）奇）PEPEPOPOCFCF进位（是进位（是/ /否）否）CYCYNCNC表表1-

27、2 PSW1-2 PSW中标志位的符号表示中标志位的符号表示 u 1.8086 1.8086的引脚分类的引脚分类封装形式：采用封装形式：采用4040条引线双列直插条引线双列直插(DIP)(DIP)封装。封装。总线信号：地址总线、数据总线、控制总线总线信号：地址总线、数据总线、控制总线专用信号：电源、地、时钟等。专用信号：电源、地、时钟等。为了减少引脚数量，部分引脚采用分时复用技术。为了减少引脚数量，部分引脚采用分时复用技术。2 引脚功能引脚功能u(1)AD15(1)AD15AD0AD0（Address Data BusAddress Data Bus）1616条地址条地址/ /数据引脚，分时复

28、用。数据引脚，分时复用。传送地址时三态输出，传送数据时三态双向输入传送地址时三态输出，传送数据时三态双向输入/ /输出。输出。u(2)A19/S6(2)A19/S6A16/S3 (Address/Status)A16/S3 (Address/Status)地址地址/ /状态复用引脚，三态输出，分时复用。状态复用引脚，三态输出，分时复用。在总线周期在总线周期T1T1状态作地址线使用，状态作地址线使用，A19A19A16A16与与AD15AD15AD0AD0一一起构成起构成2020位物理地址，访问存储器；位物理地址，访问存储器；其中其中S6S6：为：为0 0用以指示用以指示8086/8088CPU

29、8086/8088CPU当前与总线连通；当前与总线连通； S5S5：为：为1 1表明表明8086/8088CPU8086/8088CPU可以响应可屏蔽中断；可以响应可屏蔽中断； S4S4、S3S3共有四个组态，用以指明当前使用的段寄存器共有四个组态，用以指明当前使用的段寄存器 ： 00ES00ES，01SS01SS， 11DS11DS，10CS10CS（存储器寻址）或不（存储器寻址）或不需要段寄存器（对需要段寄存器（对I/OI/O或中断矢量寻址）。或中断矢量寻址）。u（3 3）ALE(Address Latch Enable)ALE(Address Latch Enable)地址锁存允许信号，

30、输出，高电平有效；地址锁存允许信号，输出，高电平有效；ALEALE有效，说明地址有效，说明地址/ /数据复用总线上传送的是地址信号；数据复用总线上传送的是地址信号；ALEALE的下跳沿将地址信息锁存到地址锁存器。的下跳沿将地址信息锁存到地址锁存器。u（4 4） (Read) 读选通信号，三态输出，低电平有效；读选通信号，三态输出，低电平有效；有效时，允许有效时，允许CPUCPU读存储器或读存储器或I/OI/O端口。端口。u（5 5） （WriteWrite）写选通信号，三态输出，低电平有效；写选通信号，三态输出，低电平有效；有效时，允许有效时，允许CPUCPU写存储器或写存储器或I/OI/O端

31、口。端口。u（6 6） （Memery/Input and OutputMemery/Input and Output）读存储器或读存储器或I/OI/O端口控制信号，三态输出。端口控制信号，三态输出。高电平，表示高电平，表示CPUCPU正在访问存储器；正在访问存储器；低电平，表示低电平，表示CPUCPU正在访问正在访问I/OI/O端口。端口。WRRDIOM /u（7 7）NMINMI（Non Maskable Interrupt RequestNon Maskable Interrupt Request）非屏蔽中断请求线，输入，上升沿触发。非屏蔽中断请求线，输入，上升沿触发。此类中断不受中断允

32、许标志此类中断不受中断允许标志IFIF的影响，也不能用软件屏蔽。的影响，也不能用软件屏蔽。NMINMI引脚一旦收到一个上升沿触发信号，在当前指令执行完引脚一旦收到一个上升沿触发信号，在当前指令执行完后，自动引发中断类型号为后，自动引发中断类型号为2 2的中断，转入处理类型的中断，转入处理类型2 2中断处中断处理子程序。理子程序。经常用于处理电源掉电等紧急情况。经常用于处理电源掉电等紧急情况。u（8 8）INTR (Interrpt Request) INTR (Interrpt Request) 可屏蔽中断请求线，输入，高电平有效。可屏蔽中断请求线，输入，高电平有效。当外设向当外设向CPUCP

33、U发出中断请求时，发出中断请求时，INTRINTR引脚变为高电平。引脚变为高电平。CPUCPU在执行每条指令的最后一个时钟周期就检测该引脚，在执行每条指令的最后一个时钟周期就检测该引脚，一旦检测到一旦检测到INTRINTR信号有效，并且中断允许标志信号有效，并且中断允许标志IF=1IF=1时，时，转入中断服务子程序。转入中断服务子程序。 u（9 9） (Interrupt Acknowledge) (Interrupt Acknowledge)中断响应信号，输出，低电平有效。中断响应信号，输出，低电平有效。是是CPUCPU对外设发来的中断请求信号对外设发来的中断请求信号INTRINTR的响应信

34、号，通知的响应信号，通知外设已接受它的中断请求。外设已接受它的中断请求。INTAu（1010）RESET(Reset)RESET(Reset)复位信号，输入，高电平有效。复位信号，输入，高电平有效。当当RESETRESET信号保持高电平至少信号保持高电平至少4 4个时钟周期以上，当它变为个时钟周期以上，当它变为低电平时低电平时CPUCPU进行重启动，同时恢复为正常状态。进行重启动，同时恢复为正常状态。标志寄存器标志寄存器清零清零IP0000HCSFFFFHDS0000HSS0000HES0000H指令队列指令队列空空其它寄存器其它寄存器0000Hu（1111）READY(Ready)READY

35、(Ready)准备就绪信号，输入，高电平有效准备就绪信号，输入，高电平有效. .CPUCPU与存储器及与存储器及I/OI/O端口速度同步的控制信号。端口速度同步的控制信号。是由是由I/OI/O端口发来的响应信号，表示外设已端口发来的响应信号，表示外设已准备好准备好, ,可以进行数据传送了。可以进行数据传送了。u（1212） （Bus High Enable/StatusBus High Enable/Status）：高：高8 8位数位数据总线允许据总线允许/ /状态复用引脚。状态复用引脚。分时输出分时输出 有效，表示高有效，表示高8 8为数据线为数据线ADAD1515ADAD8 8上的数据有效

36、上的数据有效但但S7S7未定义任何实际意义。未定义任何实际意义。7S/BHEBHEu（1313） (Minimum/Maximum) (Minimum/Maximum)最大最大/ /最小工作模式选择信号，输入。最小工作模式选择信号，输入。用来决定用来决定80868086工作模式：工作模式：当接当接+5V+5V时，时，80868086为最小模式；为最小模式； 当接地时，当接地时，80868086为最大模式。为最大模式。MXMN/3.8088/8086的区别的区别 HOLDHOLD为总线请求保持信号，输入；为总线请求保持信号，输入； HLDAHLDA为总线请求响应，输出为总线请求响应，输出u808

37、6外部数据总线有外部数据总线有16位（位（16位处理器）。位处理器）。u8088外部数据总线有外部数据总线有8位（准位（准16位处理器）。位处理器）。u8086的指令队列可容纳的指令队列可容纳6个字节。个字节。u8086的指令队列只能容纳的指令队列只能容纳4个字节。个字节。（3） 引脚特性的差别引脚特性的差别uA A）ADAD1515ADAD0 0的定义不同的定义不同80868086中都定义为地址中都定义为地址/ /数据复用线数据复用线80888088中只有中只有ADAD7 7ADAD0 0定义为地址定义为地址/ /数据复用线，对应于数据复用线，对应于8086 8086 ADAD1515ADA

38、D8 8的引脚定义为的引脚定义为A A1515A A8 8，只作地址线使用。，只作地址线使用。uB B）2828号引脚的相位不同号引脚的相位不同80868086中为中为80888088中为中为uC C）3434号引脚的定义不同号引脚的定义不同80868086中定义为中定义为80888088中定义为中定义为IOM/MIO/BHESS0CPU对比图对比图图图1-5 8086/8088的外部引脚的外部引脚 u1.1.为适应各种使用场合，为适应各种使用场合，8086/80888086/8088的有两种工的有两种工作模式：最小模式和最大模式。作模式：最小模式和最大模式。u（1 1）最小模式：）最小模式：

39、系统中只有一个系统中只有一个8088/80868088/8086微处理器；微处理器；所有的总线控制信号，都是直接由所有的总线控制信号，都是直接由8088/8086CPU8088/8086CPU产生产生的；的；MN/MXMN/MX接接+5V+5V；该模式适用于规模较小的微机应用系统。该模式适用于规模较小的微机应用系统。（2）最大模式）最大模式u（2）最大模式）最大模式:系统中至少包含两个微处理器，其中一个为主处理器，系统中至少包含两个微处理器，其中一个为主处理器，即即8086/8086CPU，其它的微处理器称之为协处理器，其它的微处理器称之为协处理器，它们是协助主处理器工作的。它们是协助主处理器

40、工作的。 与与8088/8086CPU配合工作的协处理器有两类，配合工作的协处理器有两类，一类是数值协处理器一类是数值协处理器8087另一类是输入另一类是输入/输出协处理器输出协处理器8089。MN/#MX接地接地总线不再由总线不再由8086直接控制，系统中增加了一片专用的总直接控制，系统中增加了一片专用的总线控制器线控制器8288。 8086CPU 8288提供提供该模式适用于中、大规模的微机应用系统中。该模式适用于中、大规模的微机应用系统中。S2 S1 S03.最大模最大模式系统式系统u 3. 3.最大模式系统最大模式系统硬件连接特点：硬件连接特点：MN/#MXMN/#MX接接0V0V。时

41、钟发生器：时钟发生器：8284A8284A地址总线锁存器：地址总线锁存器：三片三片8282/74LS3738282/74LS373数据总线收发器：数据总线收发器：两片两片8286/82878286/8287控制总线控制器：控制总线控制器：828882883.3.最大模式系统最大模式系统u最大模式配置和最小模式配置有一个主要最大模式配置和最小模式配置有一个主要的差别：的差别： 最大模式下多了最大模式下多了8288总线控制器。总线控制器。u1 1 什么是时序什么是时序时序是计算机操作运行的时间顺序。时序是计算机操作运行的时间顺序。u2. 2. 为什么要研究时序为什么要研究时序可以进一步了解在微机系

42、统的工作过程中，可以进一步了解在微机系统的工作过程中，CPUCPU各引脚各引脚上信号之间的相对时间关系；上信号之间的相对时间关系；可以深入了解指令的执行过程；可以深入了解指令的执行过程；一、一、 相关的基本概念相关的基本概念微机系统的工作，必须严格按照一定的时间关系来进行，微机系统的工作，必须严格按照一定的时间关系来进行，CPUCPU定时所用的周期有三种，定时所用的周期有三种，即指令周期、机器周期（总线即指令周期、机器周期（总线周期）和时钟周期周期）和时钟周期。3. 指令周期、总线周期及时钟周期指令周期、总线周期及时钟周期（2）总线周期）总线周期(1)(1)指令周期（指令周期（Instruct

43、ion CycleInstruction Cycle） 执行一条指令所需要的时间。执行一条指令所需要的时间。 由于不同指令所需完成的操作差别很大，因此不同指由于不同指令所需完成的操作差别很大，因此不同指令的指令周期是不等长的。令的指令周期是不等长的。一个指令周期至少由一个或者是多个总线周期组成。一个指令周期至少由一个或者是多个总线周期组成。 u（2 2）总线周期）总线周期：CPUCPU访问内存或访问内存或I/OI/O端口执行一次读端口执行一次读/ /写操写操作所需的时间称作一个总线周期。作所需的时间称作一个总线周期。u一个总线周期一个总线周期4 4T TW W状态，状态，u（3 3）时钟周期）

44、时钟周期：一个：一个T T状态就是一个时钟周期，是状态就是一个时钟周期，是CPUCPU最小最小的定时单位，它由计算机的主频决定。的定时单位，它由计算机的主频决定。CLKT1 T2 T3 1nTW T4两个状态两个状态时钟频率时钟频率 一个一个T T状态时间状态时间5MHz5MHz 200ns(0.2s)200ns(0.2s)50MHz50MHz 20ns(0.02s)20ns(0.02s)100MHz 100MHz 10ns(0.01s)10ns(0.01s)200MHz 200MHz 5ns(0.005s)5ns(0.005s)uTw:Tw:用以延长总线周期的用以延长总线周期的T T状态，称

45、为状态，称为“等待状态等待状态”(Tw)(Tw)。当当RAMRAM或或I/OI/O接口速度较慢时，接口速度较慢时，T3T3与与 T4 T4 之间可插入若干之间可插入若干个等待状态个等待状态 Tw Tw 。Ti状态状态CLKT1 T2 T3 Tw Tw Tw T4 READY(4)(4)两个状态两个状态TwTw、 TiTiTi：称为空闲状态，以时钟周期：称为空闲状态，以时钟周期T为单位。为单位。如果在一个总线周期后不立即执行下一个总线周期，即如果在一个总线周期后不立即执行下一个总线周期，即总线上无数据传输操作，此时总线则处于总线上无数据传输操作，此时总线则处于 “空闲状态空闲状态”，在这期间，在

46、这期间，CPU执行空闲周期执行空闲周期Ti 。下图表示了下图表示了8086CPU的总线周期及其的总线周期及其“等待状态等待状态”和和“空闲状态空闲状态”的情况。的情况。图图u最基本的总线周期由最基本的总线周期由4个个T状态组成（状态组成（T1、T2、T3、T4）。）。一个总线周期（插入1个Tw）一个总线周期（插入0个Tw）空闲状态一个总线周期（插入2个Tw）T1T4T3T2T1T4TwT3T2TwT3T2T1TiT4TwTiTi总线周期读时序总线周期读时序1. 8086总线总线周期的读时序周期的读时序T1：1、M/#IO高电平，表示在这个读周期中读的高电平，表示在这个读周期中读的是存储器中的数

47、据。是存储器中的数据。2、 地址线信号有效，地址线信号有效，A19/S6A16/S3和和AD15AD0送出送出20位的物理地址。位的物理地址。3、 ALE：高电平，在：高电平，在T1状态结束时信号、地状态结束时信号、地址信号均有效，址信号均有效，ALE的下降沿将地址所存到地的下降沿将地址所存到地址锁存器址锁存器8282中。中。4、#BHE有效，用来表示高有效，用来表示高8位数据总线上的位数据总线上的信息有效。信息有效。5、DT/#R变低，表示数据的方向是由存储器变低，表示数据的方向是由存储器到到CPU。T2： 1、高四位地址、高四位地址/状态线状态线A19/S6A16/S3送出状态信息送出状态

48、信息S6S3，指示出当前正在使用的段寄存器及指示出当前正在使用的段寄存器及中断允许情况。中断允许情况。 2、低、低16位地址位地址/数据线数据线AD15AD0浮空进入高阻状态，为下面浮空进入高阻状态，为下面读取数据作准备。读取数据作准备。 3、 #BHE/S7变成高电平，输出变成高电平，输出状态信息状态信息S7（无定义）。（无定义）。 4、#RD信号有效，表示要对信号有效，表示要对存储器进行读操作。存储器进行读操作。 5、#DEN有效，选通总线收发器有效，选通总线收发器8286可以接收数据。可以接收数据。T3： 当当READY信号有效时，信号有效时，将选中的内存单元中的将选中的内存单元中的数据

49、送到数据总线上。数据送到数据总线上。T4： 在在T4前一状前一状态的下降沿态的下降沿采集数据，采集数据，读总线周期读总线周期结束。结束。2. 8086总线周期的写时序总线周期的写时序写与读的差别写与读的差别u 3. 3.写总线操作的与读总线操作有如下不同点：写总线操作的与读总线操作有如下不同点：ADAD1515ADAD0 0引脚在引脚在T T2 2期间没有变为高阻而是接着就输出待期间没有变为高阻而是接着就输出待写入的数据。写入的数据。T2T2一开始处理器就提供数据和写入命令一开始处理器就提供数据和写入命令WRWR，这就为存储，这就为存储器和器和I IO O接口在完成地址译码后可尽早启动写入操作

50、提接口在完成地址译码后可尽早启动写入操作提供条件。供条件。由于写操作性质决定，由于写操作性质决定，DTDT#R#R信号在整个总线周期期间信号在整个总线周期期间保持为高电平。保持为高电平。#DEN#DEN引脚在引脚在T2T2前就提供有效电平，让数据总线缓冲器提前就提供有效电平，让数据总线缓冲器提早作好传送待写数据的准备。早作好传送待写数据的准备。总线请求总线请求/ /响应时序分为三个阶段：请求、使用和释响应时序分为三个阶段：请求、使用和释放总线，在放总线，在80868086系统的最小模式下，使用一对联络信号系统的最小模式下，使用一对联络信号HOLDHOLD和和HLDAHLDA控制三个阶段的转换。

51、控制三个阶段的转换。 复位后复位后 8086 CPU的内部寄存器状态为：的内部寄存器状态为：标志寄存器、指令指针（标志寄存器、指令指针（IP）、）、DS、SS和和ES清零；清零；CS置置FFFFH；指令队列清空。指令队列清空。u8086/80888086/8088系统中，地址总线是系统中，地址总线是2020位的，它可以直接寻址位的，它可以直接寻址1MB1MB空间；空间；u而而CPUCPU中寄存器都是中寄存器都是1616位的，只能对位的，只能对64KB64KB寻址；寻址；u为了解决此矛盾，将内存空间分为若干逻辑段，每个逻辑为了解决此矛盾，将内存空间分为若干逻辑段，每个逻辑段的容量段的容量=64KB=64KB，逻辑段中每个单元可用其逻辑地址表示。，逻辑段中每个单元可用其逻辑地址表示。u逻辑段可重叠、可分开、可连续、可不连续。逻辑段可重叠、可分开、可连续、可不连续。段起始地址，两种地址概念段起始地址，两种地址概念1.2.3 16位微处理器存储器组织位微处理器存储器组织 16的整数倍的整数倍u（1 1）逻辑地址：）逻辑地址： 段基址：偏移量段基址：偏移量 u作用：编程时使用作用：编程时使用u来源：根据来源：根据CPUCPU访问存储器数据类型不同，其来源不同访问存储器数据类型不同，其来源不同 如：从内存中取指令，段基址（如：从内存中取指令，