微机原理微处理器课件

1、微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器 基于现有的硅技术，摩尔定律将在今后基于现有的硅技术，摩尔定律将在今后10到到20年中达到极限。摩尔定律是由英特尔公司年中达到极限。摩尔定律是由英特尔公司的创始人之一戈登的创始人之一戈登摩尔摩尔1965年提出的。他指年提出的。他指出芯片上可以容纳的晶体管数量每隔出芯片上可以容纳的晶体管数量每隔18个月会个月会翻一番，相应的计算能力也随之翻番。翻一番，相应的计算能力也随之翻番。 近日，美国国家科学基金会（近日，美国国家科学基金会（NSF）向美）向美国政府申请了国政府申请了2000万美元的经费用于万美元的经费用于2009年年的财政规划

2、，计划启动一个名为超越摩尔定律的财政规划，计划启动一个名为超越摩尔定律的科学与工程（的科学与工程（Science and Engineering Beyond Moores Law，SEBML）项目。该）项目。该项目将用于资助那些可以取代当前硅技术的研项目将用于资助那些可以取代当前硅技术的研究。究。 通常，提高晶体管性能的方法是减小分隔通常，提高晶体管性能的方法是减小分隔晶体管各部分的栅氧化层或绝缘体的厚度。而晶体管各部分的栅氧化层或绝缘体的厚度。而在不远的将来在不远的将来8到到10年内，栅氧化层的厚年内，栅氧化层的厚度将被减小到能作为有效绝缘体的极限。度将被减小到能作为有效绝缘体的极限。 微

3、机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器l2020世纪世纪8080年代年代IBMIBM公司以公司以Intel 8086/8088Intel 8086/8088作为核心作为核心处理器研制出个人计算机处理器研制出个人计算机IBM PCIBM PC， Intel Intel微处理微处理器成为市场主流器成为市场主流。l1985年Intel推出80386微处理器，完成微处理器，完成1616位结位结构向构向3232位结构的转换，位结构的转换，386386是一个里程碑。是一个里程碑。l19891989年年IntelIntel推出推出8048680486微处理器，片内集成了微处理器，片内

4、集成了CacheCache和浮点部件，基本指令用硬线逻辑实现，指和浮点部件，基本指令用硬线逻辑实现，指令执行效率大大提高，比令执行效率大大提高，比386386快快2-32-3倍。倍。l19931993年年IntelIntel推出推出PentiumPentium处理器，采用处理器，采用0.8um0.8um双极双极性互补氧化物半导体性互补氧化物半导体(BiCMOS(BiCMOS：Complementary Complementary Metal Oxide Semiconductor)Metal Oxide Semiconductor)技术技术, ,集成集成310310万个晶万个晶体管，总线频率为

5、体管，总线频率为60MHz60MHz和和66MHz66MHz两种。两种。微机原理微处理器微机原理微处理器l早在英特尔公司诞生前，集成电路技术就已经被发明。早在英特尔公司诞生前，集成电路技术就已经被发明。1947年，年，AT&T贝尔实验室的三位科学家发明了晶体管，晶体管的出现，贝尔实验室的三位科学家发明了晶体管，晶体管的出现，迅速替代电子管占领了世界电子领域。随后，晶体管电路不断迅速替代电子管占领了世界电子领域。随后，晶体管电路不断向微型化方向发展。向微型化方向发展。l1957年，美国科学家达默提出年，美国科学家达默提出“将电子设备制作在一个没有引将电子设备制作在一个没有引线的固体半导体

6、板块中线的固体半导体板块中”的大胆技术设想，这就是半导体集成的大胆技术设想，这就是半导体集成电路的核心思想。电路的核心思想。l1958年，美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比年，美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比(Jack Kilby)在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在里面，制成世界上第一片集成电路。也正因为这件事，里面，制成世界上第一片集成电路。也正因为这件事，2000年年的诺贝尔物理奖颁发给了已退休的基尔比。的诺贝尔物理奖颁发给了已退休的基尔比。l1959年，美国仙童公司的诺伊斯用一种平面工艺制成半导体集年，美国仙童公司的诺伊

7、斯用一种平面工艺制成半导体集成电路，从此开启了集成电路比黄金还诱人的时代。其后，摩成电路，从此开启了集成电路比黄金还诱人的时代。其后，摩尔、诺宜斯、葛洛夫这三个尔、诺宜斯、葛洛夫这三个“伙伴伙伴”离开原来的仙童公司，一离开原来的仙童公司，一起开创事业起开创事业筹建一家他们自已的公司。三人一致认为，最筹建一家他们自已的公司。三人一致认为，最有发展潜力的半导体市场是计算机存储器芯片市场。有发展潜力的半导体市场是计算机存储器芯片市场。微机原理微处理器微机原理微处理器摩尔诺宜斯葛洛夫微机原理微处理器微机原理微处理器1971年，第一个微处理器4004微机原理微处理器微机原理微处理器1974年，比4004

8、运算能力强2倍，制作了“Mark-8(马克八号)”计算机微机原理微处理器微机原理微处理器1974年，16位地址线和8位数据线。微机原理微处理器微机原理微处理器1978年，标志着x86王朝的开始。微机原理微处理器微机原理微处理器808780888086的协处理器微机原理微处理器微机原理微处理器128KB RAM，3.5寸 360KB或720KB软驱，5MB硬盘。微机原理微处理器微机原理微处理器 集成了14.3万只晶体管、16位字长，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位。与8086相比，80286寻址能力达到了16MB。微机原理微处理器微机原

9、理微处理器80286内部内部微机原理微处理器微机原理微处理器80286电脑电脑微机原理微处理器微机原理微处理器 1985年，英特尔再度发力推出了80386处理器。386集成了27万5千只晶体管，超过了4004芯片的一百倍。并且386还是英特尔第一种32位处理器，同时也是第一种具有“多任务”功能的处理器 。微机原理微处理器微机原理微处理器80386内部内部微机原理微处理器微机原理微处理器 1989年，英特尔发布了486处理器。80486处理器集成了125万个晶体管，时钟频率由25MHz逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后来的100Mhz。80486也是英特尔第一个内部包含数字协处理器

10、的CPU，并在x86系列中首次使用了RISC(Reduced instruction set computer) 技术，从而提升了每时钟周期执行指令的速度。486还采用了突发总线方式，大大提高了处理器与内存的数据交换速度。微机原理微处理器微机原理微处理器80486内部内部微机原理微处理器微机原理微处理器 1993年，英特尔发布了Pentium(奔腾)处理器。Pentium处理器集成了310万个晶体管，最初推出的初始频率是60MHz、66MHz，后来提升到200MHz以上。第一代的Pentium代号为P54C，其后又发布了代号为P55C，内建MMX(多媒体指令集)的新版Pentium处理器。微机

11、原理微处理器微机原理微处理器Pentium Pro的核心的核心微机原理微处理器微机原理微处理器 1995年秋天，英特尔发布了Pentium Pro处理器。Pentium PRO是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器，可以应用在高速辅助设计、机械引擎、科学计算等领域。英特尔在Pentium PRO的设计与制造上又达到了新的高度，总共集成了550万个晶体管，并且整合了高速二级缓存芯片。微机原理微处理器微机原理微处理器 Pentium MMX是英特尔在Pentium内核基础上改进，最大的特点是增加了57条MMX指令。这些指令专门用来处理音视频相关的计算，目的是提高CPU处理多媒体数据的效

12、率。微机原理微处理器微机原理微处理器 微机原理微处理器微机原理微处理器 微机原理微处理器微机原理微处理器 微机原理微处理器微机原理微处理器 微机原理微处理器微机原理微处理器Pentium 4微机原理微处理器微机原理微处理器 微机原理微处理器微机原理微处理器Pentium 4 Xeon微机原理微处理器微机原理微处理器 2001年英特尔发布了Itanium(安腾)处理器。Itanium处理器是英特尔第一款64位元的产品。这是为顶级、企业级服务器及工作站设计的，在Itanium处理器中体现了一种全新的设计思想，完全是基于平行并发计算而设计(EPIC)，包括电子交易安全处理、超大型数据库、电脑辅助机械

13、引擎、尖端科学运算等微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器 2003年英特尔发布了Pentium M处理器。微机原理微处理器微机原理微处理器 2003年英特尔发布了Pentium M处理器。英特尔Pentium M处理器结合了855芯片组家族与Intel PRO/Wireless2100网络联机技术，成为英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的最重要组成部分。Pentium M处理器可提供高达1.60GHz的主频速度，并包含各种效能增强功能，如：最佳化电源的400MHz系统总线、微处理作业的融合(Micro-OpsFusion)和专门的堆栈管理器(Dedicate

14、d Stack Manager)，这些工具可以快速执行指令集并节省电力。更关键的是，Pentium M处理器加上802.11的无线WiFi技术，就构成了英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的整套解决方案。这样不仅具备了节能、长续航时间的优点，更领导了目前流行的无线网络风尚。微机原理微处理器微机原理微处理器 Mobile Celeron微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器AMD8080AMD8088-2-BQAAMDD8086微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微

15、处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器国产的国产的CPU龙芯龙芯微机原理微处理器微机原理微处理器 龙芯一号CPU是神州龙芯公司推出的兼顾通用及嵌入式CPU特点的新一代32位CPU，是以中国科学院计算技术研究所研制的通用CPU为核心，由神州龙芯公司拥有知识产权。基于0.18微米CMOS工艺的龙芯一号32位微处理器的投片成功，并通过了以SPEC CPU2000为代表的一批性能和功能测试程序的严格测试，标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了“零”的突破， 打破了我国长期依赖国外CPU产品的无“芯”的历史，也标志着国产安全服务器CPU和通用的嵌入式微

16、处理器产业化的开始。 龙芯一号CPU可以运行大量的现有应用软件与开发工具。支持最新版本的Linux、VxWork，Windows CE等操作系统。基于龙芯一号CPU的服务器，可以运行Apache Web、FTP、Email、NFS、X-Window等服务器软件。 神州龙芯公司将推出GS32L、GS32I、GS32M低、中、高三个系列的龙芯微处理器，龙芯系列微处理器可广泛应用于工业控制、信息家电、通讯、网络设备、PDA、网络终端、存储服务器、安全服务器等产品上。微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器Apple计算机计算机微机原理微处理器微

17、机原理微处理器Macintosh计算机计算机微机原理微处理器微机原理微处理器Macintosh计算机计算机微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器8086/8088微处理器微处理器8086：Intel系列的系列的16位微处理器，位微处理器，16条数据线、条数据线、20条条地址线，可寻址地址范围地址线，可寻址地址范围220=1MB，80868086工作时，只工作时，只要一个要一个 5V 5V 电源和一个时钟，时钟频率为电源和一个时钟，时钟频率为5MHz5MHz 。8088：内部与内部与8086兼容，也是一个兼

18、容，也是一个16位微处理器，只位微处理器，只是外部数据总线为是外部数据总线为8位，所以称为准位，所以称为准16位微处理器。位微处理器。它它具有包括乘法和除法的具有包括乘法和除法的1616位运算指令，所以能处理位运算指令，所以能处理1616位数据，还能处理位数据，还能处理8 8位数据。位数据。80888088有有2020根地址线，所以根地址线，所以可寻址的地址空间达可寻址的地址空间达2 22020即即1M1M字节。字节。 微机原理微处理器微机原理微处理器微型计算机内部结构微型计算机内部结构数据总线数据总线缓冲器缓冲器/ /锁存器锁存器累加器累加器（8 8位）位）暂存寄存暂存寄存器（器（8 8）标

19、志寄存标志寄存器器多路多路转换开关转换开关指令寄存指令寄存器器锁存器锁存器（8 8）十进制调整十进制调整通用寄存器阵列通用寄存器阵列地址缓冲器地址缓冲器指令指令译码器译码器加加1 1器器/ /减减1 1器器地址地址锁锁存器存器程序计数器程序计数器PCPC（1616）寄寄存存器器选选择择堆栈指示器堆栈指示器SPSP（1616）定时定时与与控制控制中断中断I/OI/O存储器存储器. .请求请求写写读读请求请求请求请求等待等待时钟时钟ALUALU内部内部数据总线数据总线.INTINTW WR RRDRDIORQIORQMREQMREQWAITWAITRESETRESETA15A0A15A0DB7DB

20、0DB7DB0算术算术逻辑逻辑单单元元CPU内部内部CPU外部外部微型计算机内部结构微型计算机内部结构数据总线数据总线缓冲器缓冲器/ /锁存器锁存器累加器累加器（8 8位）位）暂存寄存暂存寄存器（器（8 8）标志寄存标志寄存器器多路多路转换开关转换开关指令寄存指令寄存器器锁存器锁存器（8 8）十进制调整十进制调整通用寄存器阵列通用寄存器阵列地址缓冲器地址缓冲器指令指令译码器译码器加加1 1器器/ /减减1 1器器地址地址锁锁存器存器程序计数器程序计数器PCPC（1616）寄寄存存器器选选择择堆栈指示器堆栈指示器SPSP（1616）定时定时与与控制控制中断中断I/OI/O存储器存储器. .请求请

21、求写写读读请求请求请求请求等待等待时钟时钟ALUALU内部内部数据总线数据总线.INTINTW WR RRDRDIORQIORQMREQMREQWAITWAITRESETRESETA15A0A15A0DB7DB0DB7DB0算术算术逻辑逻辑单单元元CPU内部内部CPU外部外部微机原理微处理器微机原理微处理器8086微处理器的内部结构微处理器的内部结构微机原理微处理器微机原理微处理器1、总线接口部件功能、总线接口部件功能（1）从取指令送到指令队列。）从取指令送到指令队列。（2）CPU执行指令时，到指定的位置取操作数，并将其送至执行指令时，到指定的位置取操作数，并将其送至要求的位置单元中。要求的位

22、置单元中。总线接口部件的组成：总线接口部件的组成：（1）、四个段地址寄存器）、四个段地址寄存器 CS，16位代码段寄存器；位代码段寄存器；( Code Segment) DS，16位数据段寄存器；位数据段寄存器；(Data Segment) ES，16位附加段寄存器；位附加段寄存器；(Extra Segment) SS，16位堆栈段寄存器。位堆栈段寄存器。(Stack Segment)微机原理微处理器微机原理微处理器（2）16位指令指针寄存器位指令指针寄存器IP( Instruction Pointer)。（3）20位的地址加法器。位的地址加法器。（4）六字节的指令队列缓冲器。）六字节的指令队

23、列缓冲器。说明：说明：（1）、指令队列缓冲器：）、指令队列缓冲器：在执行指令的同时，将取下一条指令，在执行指令的同时，将取下一条指令，并放入指令队列缓冲器中。并放入指令队列缓冲器中。CPU执行完一条指令后，可以指令执行完一条指令后，可以指令下一条指令（流水线技术）。提高下一条指令（流水线技术）。提高CPU效率。效率。（2）、地址加法器：）、地址加法器：产生产生20位地址。位地址。CPU内无论是段地址寄内无论是段地址寄存器还是偏移量都是存器还是偏移量都是16位的，通过地址加法器产生位的，通过地址加法器产生20位地址。位地址。微机原理微处理器微机原理微处理器2、执行部件、执行部件（1）从指令队列中

24、取出指令。）从指令队列中取出指令。（2）对指令进行译码，发出相应相应的控制信号。）对指令进行译码，发出相应相应的控制信号。（3）接收由总线接口送来的数据或发送数据至接口。）接收由总线接口送来的数据或发送数据至接口。（4）进行算术运算。）进行算术运算。执行部件的组成：执行部件的组成：（1）四个通用寄存器）四个通用寄存器AX、BX、CX、DX。 四个通用寄存器都是四个通用寄存器都是16位或作两个位或作两个8位来使用。位来使用。微机原理微处理器微机原理微处理器（2）专用寄存器）专用寄存器 SP-堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器 BP-基址指针寄存器基址指针寄存器 DI-目的变址寄存器目的变址寄存器 SI

25、- 源变址寄存器源变址寄存器（3）算术逻辑单元）算术逻辑单元ALU 完成完成8位或者位或者16位二进制算术和逻辑运算，计算偏移量。位二进制算术和逻辑运算，计算偏移量。（4）数据暂存寄存器）数据暂存寄存器 协助协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据。完成运算，暂存参加运算的数据。（5）执行部件的控制电路）执行部件的控制电路 从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码电路分析，从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码电路分析，发出相应的控制命令，控制发出相应的控制命令，控制ALU数据流向。数据流向。微机原理微处理器微机原理微处理器（6）标志寄存器：）标志寄存器： 16位寄存器，其中有位寄存器

26、，其中有7位未用。位未用。D15D0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF进进借借位位标标志志奇奇偶偶标标志志半半进进借借位位标标志志零零标标志志符符号号标标志志单单步步中中断断中中断断允允许许方方向向标标志志溢溢出出标标志志1-有进、借位有进、借位0-无进、借位无进、借位1-低低8位有偶数个位有偶数个10-低低8位有奇数个位有奇数个11-低低4位向高位向高4位有进、借位位有进、借位0-低低4位向高位向高4位无进、借位位无进、借位1-结果为结果为00-结果不为结果不为0：微机原理微处理器微机原理微处理器8086微处理器的内部结构微处理器的内部结构微机原理微处理器微机原理微处理器

27、3、8086/8088CPU执行程序的操作过程执行程序的操作过程（1）、）、20位地址的形成，并将此地址送至程序存储器指定单元，位地址的形成，并将此地址送至程序存储器指定单元，从该单元取出指令字节，依次放入指令队列中。从该单元取出指令字节，依次放入指令队列中。（2）、每当）、每当8086的指令队列中有的指令队列中有2个空字节，个空字节，8088指令队列中指令队列中有有1个空字节时，总线接口部件就会自动取指令至队列中。个空字节时，总线接口部件就会自动取指令至队列中。（3）、执行部件从总线接口的指令队列首取出指令代码，执行）、执行部件从总线接口的指令队列首取出指令代码，执行该指令。该指令。（4）、

28、当队列已满，执行部件又不使用总线时，总线接口部件）、当队列已满，执行部件又不使用总线时，总线接口部件进入空闲状态。进入空闲状态。（5）、执行转移指令、调用指令、返回指令时，先清空队列内）、执行转移指令、调用指令、返回指令时，先清空队列内容，再将要执行的指令放入队列中。容，再将要执行的指令放入队列中。微机原理微处理器微机原理微处理器 根据所连的存储器和外设规模的不同，使根据所连的存储器和外设规模的不同，使80868086可以在两种模式可以在两种模式下工作：下工作： 系统的最小模式：系统的最小模式：只有一只有一8086/8088CPU。系统的最大模式：系统的最大模式：两个或两个以上的两个或两个以上

29、的CPU，一个，一个CPU8086/8088，另一个为协另一个为协CPU8087(数值运算数值运算)/8089(直接位输入输出设备服务直接位输入输出设备服务)。指令周期：指令周期：执行一条指令所需要的时间。执行一条指令所需要的时间。总线周期（机器周期）：总线周期（机器周期）：CPU通过总线与存储器或通过总线与存储器或I/O接口进行一接口进行一次数据传输所需的时间。次数据传输所需的时间。T状态（时钟周期）：状态（时钟周期）：CPU处理动作的最小单位。处理动作的最小单位。T1T2T3TWT4总线周期总线周期微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器 8086包括地址包括地址/

30、数据数据线、线、地址地址/状态总线、控制总线、状态总线、控制总线、电源电源/地线、最大模式的引脚地线、最大模式的引脚1、地址、地址/数据总线数据总线 AD15-AD0：地址：地址/数据复用引脚，双向，三态。数据复用引脚，双向，三态。（8086/8088）AD15-AD0：16位地址总线位地址总线A15-A0，输出访问存，输出访问存储器或储器或I/O的地址信息。的地址信息。（8086）AD15-AD0：16位数据总线位数据总线D15-D0，与存储器和，与存储器和I/O设设备交换数据信息。备交换数据信息。（8088）AD7-AD0：8位数据总线位数据总线D7-D0，与存储器和，与存储器和I/O设备

31、交设备交换数据信息。换数据信息。地址地址/数据总线复用，分时工作。数据总线复用，分时工作。微机原理微处理器微机原理微处理器2、地址、地址/状态总线状态总线A19/S6-A16/S3A19/S6-A16/S3：地址：地址/状态总线复用引脚，输出，三态。状态总线复用引脚，输出，三态。存储器的存储器的20位地址的高位地址的高4位地址位地址A19- A16。 输出输出CPU的工作状态。的工作状态。分时工作，分时工作，T1状态：输出地址的高状态：输出地址的高4位信息；位信息； T2、T3、T4状态：状态：输出状态信息。输出状态信息。S6：指示指示8086/8088当前是否与总线相连，当前是否与总线相连，

32、S6=0，表示，表示8086/8088 当前与总线相连。当前与总线相连。S5：表明中断允许标志当前的设置。表明中断允许标志当前的设置。S5=0，表示，表示CPU中断是关闭中断是关闭 的，禁止一切可屏蔽中断源的中断请求；的，禁止一切可屏蔽中断源的中断请求；S5=1，表示，表示CPU中中 断是开放的，允许一切可屏蔽中断源的中断申请。断是开放的，允许一切可屏蔽中断源的中断申请。S4、S3：指出当前使用段寄存器的情况。指出当前使用段寄存器的情况。微机原理微处理器微机原理微处理器 S4、S3组合所对应的段寄存器情况组合所对应的段寄存器情况 S4 S3 段寄存器段寄存器 0 0 当前正在使用当前正在使用E

33、S 0 1 当前正在使用当前正在使用SS 1 0 当前正在使用当前正在使用CS 1 1 当前正在使用当前正在使用DS微机原理微处理器微机原理微处理器在在T2、T3和和T4状态时，此引脚输出状态时，此引脚输出S7状态信号。状态信号。/BHE、A0组合：组合：/BHE A0 总线使用情况总线使用情况 0 0 从偶地址单元开始，在从偶地址单元开始，在16位数据总线上进行字传送位数据总线上进行字传送 0 1 从奇地址单元开始，在高从奇地址单元开始，在高8位数据总线上进行字节传送位数据总线上进行字节传送 1 0 从偶地址单元开始，在低从偶地址单元开始，在低8位数据总线上进行字节传送位数据总线上进行字节传

34、送 1 1 无效无效S7：8086中无定义。中无定义。 8088中，在最大模式中，为高电平；最小模式中，输中，在最大模式中，为高电平；最小模式中，输出出SS0信号，此信号与其它信号合作将总线信号，此信号与其它信号合作将总线 周期的读周期的读/写动作。写动作。 3、控制总线、控制总线(1)、/BHE/S7：高高8位数据总线允许位数据总线允许/状态复用引脚。在总线周期的状态复用引脚。在总线周期的T1状态，状态，此引脚输出此引脚输出/BHE信号，表示高信号，表示高8位数据线位数据线D15-D8上的数据有效。上的数据有效。微机原理微处理器微机原理微处理器（2）、）、/RD：读信号，三态输出，低电平有效

35、。读信号，三态输出，低电平有效。/RD=0，表示当，表示当 前前CPU正在对存储器或正在对存储器或I/O端口进行读操作。端口进行读操作。（3）、）、/WR：写信号，三态输出，低电平有效写信号，三态输出，低电平有效。/WR=0，表示，表示当前当前CPU正在对存储器或正在对存储器或I/O端口进行读操作。端口进行读操作。（4）、）、M/IO：存储器或存储器或IO端口访问信号，三态输出。端口访问信号，三态输出。M/IO=1，表示表示CPU正在访问存储器；正在访问存储器；M/IO=0，表示，表示CPU正在访问正在访问IO端口。端口。（5）、）、READY：准备就绪信号，输入，高电平有效。准备就绪信号，输

36、入，高电平有效。READY=1，表示，表示CPU访问的存储器或访问的存储器或IO端口已准备好传送数据。端口已准备好传送数据。若若CPU在总线周期在总线周期T3状态检测到状态检测到READY=0，表示未准备好，表示未准备好，CPU自动插入一个或多个等待状态自动插入一个或多个等待状态TW，直到，直到READY=1为止。为止。微机原理微处理器微机原理微处理器（6）、）、INTR：可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效。可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效。当当INTR=1，表示外设向，表示外设向CPU发出中断请求，发出中断请求，CPU在当前指令周期在当前指令周期的最后一个的最后一个T状态去采样该信号，

37、若此时，状态去采样该信号，若此时，IF=1，CPU响应中断，响应中断，执行中断服务程序。执行中断服务程序。（7）、）、/INTA：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。表示表示CPU响应了外设发来的中断申请信号响应了外设发来的中断申请信号INTR。（8）、）、NMI：不可屏蔽中断请求信号，输入，上升沿触发。该不可屏蔽中断请求信号，输入，上升沿触发。该请求信号不受请求信号不受IF状态的影响，也不能用软件屏蔽，状态的影响，也不能用软件屏蔽，一旦该信号有一旦该信号有效，则执行完当前指令后立即响应中断。效，则执行完当前指令后立即响应中断。（9）、）、/TEST：测试信号，输入

38、，低电平有效。当测试信号，输入，低电平有效。当CPU执行执行WAIT指令时，指令时，每隔个时钟周期对每隔个时钟周期对/TEST进行一次测试，进行一次测试，若若/TEST=1，继续等待，直到，继续等待，直到/TEST=0。微机原理微处理器微机原理微处理器（10）、）、RESET：复位信号，输入，高电平有效。：复位信号，输入，高电平有效。 RESET信号至少要保持信号至少要保持4个时钟周期。个时钟周期。复位时：标志寄存器、复位时：标志寄存器、IP、DS、SS、ES为为0，CS=FFFFH，复位后，复位后CPU从从FFFF0H处开处开始始 执行。执行。（11）、）、ALE：地址锁存允许信号，输出，高

39、电平有效。用来锁地址锁存允许信号，输出，高电平有效。用来锁存地址信号存地址信号A15-A0，分时使用，分时使用AD15-AD0地址地址/数据总线。数据总线。（12）、）、DT/R：数据发送数据发送/接收控制信号，三态输出。此信号控接收控制信号，三态输出。此信号控制数据总线上的收发器制数据总线上的收发器8286的数据传送方向，的数据传送方向，DT/R=1，发送数，发送数据据-写操作；写操作；DT/R=0，接收数据，接收数据-读操作。读操作。（13）、）、/DEN：数据允许信号，三态输出，低电平有效。作为数据允许信号，三态输出，低电平有效。作为数据总线上收发器数据总线上收发器8286的选通信号。的

40、选通信号。微机原理微处理器微机原理微处理器（14）、）、HOLD：总线请求信号，输入，高电平有效。当系统中总线请求信号，输入，高电平有效。当系统中CPU之外的另一个控制器要求使用总线时，通过它向之外的另一个控制器要求使用总线时，通过它向CPU发一发一高电平的请求信号。高电平的请求信号。（15）、）、HLDA：总线请求响应信号，输出，高电平有效。总线请求响应信号，输出，高电平有效。当当HLDA有效时，表示有效时，表示CPU对其它控制器的总线请求作出响应对其它控制器的总线请求作出响应，与，与此同时，所有与三总线相接的此同时，所有与三总线相接的CPU的线脚呈现高阻抗状态，从的线脚呈现高阻抗状态，从而

41、让出总线。而让出总线。（16）、）、MN/MX：工作模式选择信号，输入。工作模式选择信号，输入。MN/MX=1，表，表示示CPU工作在最小模式系统；工作在最小模式系统；MN/MX=0，表示，表示CPU工作在最大工作在最大模式系统。模式系统。（17）、）、CLK：主时钟信号，输入。主时钟信号，输入。8086/8088的时钟频率为的时钟频率为5MHZ。微机原理微处理器微机原理微处理器4、电源线和地线、电源线和地线8086/8088采用单采用单+5V，1、20引脚为地线。引脚为地线。5、最大模式下的有关引脚、最大模式下的有关引脚（1）、）、QS1、QS2：指令队列状态信号，输出。指令队列状态信号，输

42、出。 QS1 QS2 含义含义 0 0 无操作无操作 0 1 将指令首字节送入指令队列将指令首字节送入指令队列 1 0 队列为空队列为空 1 1 将指令其余字节送指令队列将指令其余字节送指令队列微机原理微处理器微机原理微处理器（2）、）、S2、S1、S0：总线周期状态信号，三态输出。：总线周期状态信号，三态输出。 S2、S1、S0状态信号的编码状态信号的编码 S2 S1 S0 操作过程操作过程 产生信号产生信号 0 0 0 发中断响应信号发中断响应信号 /INTA 0 0 1 读读I/O端口端口 IORC 0 1 0 写写I/O端口端口 IOWC 0 1 1 暂停暂停 无无 1 0 0 取指令

43、取指令 /MRDC 1 0 1 读存储器读存储器 /MRDC 1 1 0 写存储器写存储器 /AMWC 1 1 1 无作用无作用 无无微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器微机原理微处理器 8086/8088是是16位的微处理器，在组成存储系统时，总是使位的微处理器，在组成存储系统时，总是使偶地址单元的数据通过偶地址单元的数据通过AD0 AD7传送，而奇地址单元的数据通传送，而奇地址单元的数据通过过AD8 AD15传送，所有的操作可以是按字节为单位也可以是按传送，所有的操作可以是按字节为单位也可以是按字为单位来处理的，但字为单位来处理的，但8086/8088系统中的存储器是以系统中的

44、存储器是以8位（一位（一个字节）为单位对数据进行处理的。因此每个字节用一个唯一的地个字节）为单位对数据进行处理的。因此每个字节用一个唯一的地址码表示，这称为存储器的标准结构。址码表示，这称为存储器的标准结构。 需要说明的是，在存储器中，任何连续存放的两个字节都可以需要说明的是，在存储器中，任何连续存放的两个字节都可以称为一个字。存放时，其低位字节可从奇数地址开始，这种方式称称为一个字。存放时，其低位字节可从奇数地址开始，这种方式称为非规则方式，奇数地址的字称为非规则字。其高位字节可从偶数为非规则方式，奇数地址的字称为非规则字。其高位字节可从偶数地址开始，这种方式称为规则方式，将偶数地址的字称为

45、规则字。地址开始，这种方式称为规则方式，将偶数地址的字称为规则字。微机原理微处理器微机原理微处理器（1）8086存储器的分段结构存储器的分段结构 由于由于8086/8088有有20条地址线，可以寻址多达条地址线，可以寻址多达220（1M）字）字节，所以把节，所以把1M字节的存储器分为任意数量的段，其中每一段字节的存储器分为任意数量的段，其中每一段最多可达寻址最多可达寻址216（64K）字节。）字节。 8086CPU把把1M字节的存储器空间划分为任意的一些存储字节的存储器空间划分为任意的一些存储段，一个存储段是存储器中可独立寻址的一个逻辑单位，也段，一个存储段是存储器中可独立寻址的一个逻辑单位，

46、也称逻辑段，每个段的长度为称逻辑段，每个段的长度为64K字节。字节。 8086CPU中有四段寄存器：中有四段寄存器：CS，DS，SS和和ES，这四个段，这四个段寄存器存放了寄存器存放了CPU当前可以寻址的四个段的基址，也即可以当前可以寻址的四个段的基址，也即可以从这四个段寄存器规定的逻辑段中存取指令代码和数据。一从这四个段寄存器规定的逻辑段中存取指令代码和数据。一旦这四个段寄存器的内容被设定，就规定了旦这四个段寄存器的内容被设定，就规定了CPU当前可寻址当前可寻址的段。的段。 微机原理微处理器微机原理微处理器(2)8086存储器的逻辑地址和物理地址存储器的逻辑地址和物理地址 存储器中的每个存储

47、单元都可以用两个形式的地址来表示：存储器中的每个存储单元都可以用两个形式的地址来表示：物理地址和逻辑地址。物理地址和逻辑地址。实际地址：也称物理地址，是用唯一的实际地址：也称物理地址，是用唯一的20位二进制数所表示位二进制数所表示的地址，规定了的地址，规定了1M字节存储体中某个具体单元的地址字节存储体中某个具体单元的地址 。逻辑地址在程序中使用，即段地址：偏移地址逻辑地址在程序中使用，即段地址：偏移地址 。(3)物理地址的形成物理地址的形成 物理地址有两部分组成：段基址和偏移地址。物理地址有两部分组成：段基址和偏移地址。 微机原理微处理器微机原理微处理器 8086/8088CPU中有一个地址加

48、法器，它将段寄存器提供的中有一个地址加法器，它将段寄存器提供的段地址自动乘以段地址自动乘以10H即左移即左移4位，然后与位，然后与16位的偏移地址相加，位的偏移地址相加，并锁存在物理地址锁存器中。如图所示。并锁存在物理地址锁存器中。如图所示。 物理地址物理地址=段基址段基址 * 16 +偏移地址。偏移地址。 段基址：段基址：CS、DS、ES、SS。 偏移地址：偏移地址：IP、DI、SI、BP、SP等。等。段寄存器值段寄存器值偏移量偏移量+物理地址物理地址16位位4位位16位位20位位存储器物理地址的计算方法存储器物理地址的计算方法微机原理微处理器微机原理微处理器 CS 0000 IP代码段代码

49、段 DS或或ES 0000 SI、DI或或BX SS 0000 SP或或BP数据段数据段堆栈段堆栈段存储器存储器段寄存器和偏移地址寄存器组合关系段寄存器和偏移地址寄存器组合关系微机原理微处理器微机原理微处理器2 、堆栈、堆栈 堆栈主要用于暂存数据和在过程调用或处理中断时暂存堆栈主要用于暂存数据和在过程调用或处理中断时暂存断点信息。断点信息。 （1）堆栈的概念）堆栈的概念 堆栈是在存储器中开辟的一片数据存储区，这片存储区堆栈是在存储器中开辟的一片数据存储区，这片存储区的一端固定，另一端活动，且只允许数据从活动端进出。采的一端固定，另一端活动，且只允许数据从活动端进出。采用用“先进后出先进后出”的

50、规则的规则 。 （2）堆栈的组织）堆栈的组织 堆栈指示器堆栈指示器SP，他总是指向堆栈的栈顶堆栈的伸展方向，他总是指向堆栈的栈顶堆栈的伸展方向既可以从大地址向小地址，也可以从小地址向大地址。既可以从大地址向小地址，也可以从小地址向大地址。8086/8088的堆栈的伸展方向是从大地址向小地址。的堆栈的伸展方向是从大地址向小地址。 微机原理微处理器微机原理微处理器8086的总线时序包括以下一个部分：的总线时序包括以下一个部分：（1）、系统复位。）、系统复位。（2）、存储器读操作。）、存储器读操作。（3）、存储器写操作。）、存储器写操作。（4）、中断响应操作。）、中断响应操作。（5）、输入输出周期。

51、）、输入输出周期。（6）、空转周期。）、空转周期。微机原理微处理器微机原理微处理器总线操作总线操作 总线读操作：总线读操作：CPU从存储器或外设读取数据。从存储器或外设读取数据。 总线写操作：总线写操作：CPU将数据写入存储器或外设。将数据写入存储器或外设。 1、存储器读周期、存储器读周期 总线周期包括：总线周期包括：T1、T2、T3、（、（TW）、）、T4机器周期。机器周期。（1）、）、T1周期周期 M/IO信号：信号：从存储器读还是从从存储器读还是从I/O设备中读数据；设备中读数据； AD15-AD0、A19/S7-A16/S3：确定确定20位地址；位地址； /BHE：选择奇地址存储体选择

52、。选择奇地址存储体选择。 ALE：地址锁存信号，以使地址地址锁存信号，以使地址/数据线分开。数据线分开。微机原理微处理器微机原理微处理器（2）、）、T2状态状态 A19/S6-A16/S3：出现出现S6-S3状态信号。决定段寄存器、状态信号。决定段寄存器、IF状态、状态、8086CPU是否连在总线上。是否连在总线上。 AD15-AD0：高阻状态。高阻状态。 /RD：由高电平变为低电平，开始进行读操作。由高电平变为低电平，开始进行读操作。 /DEN：变低电平，启动收发器变低电平，启动收发器8268，做好接收数据的准备。，做好接收数据的准备。（3）、）、T3状态状态 若存储器或若存储器或I/O端口

53、已做好发送数据准备，则在端口已做好发送数据准备，则在T3状态期间状态期间将数据放到数据总线上，在将数据放到数据总线上，在T3结束时，结束时，CPU从从AD15-AD0上读上读取数据。取数据。微机原理微处理器微机原理微处理器（4）、）、TW状态状态 在在T3状态，存储器或外设没有准备好数据，不能在状态，存储器或外设没有准备好数据，不能在T3状态状态将数据放到总线上，使将数据放到总线上，使READY=0，则，则CPU在在T3和和T4之间插入之间插入一个或几个一个或几个TW状态，直到数据准备好状态，直到数据准备好READY=1为止。为止。 TW状态时总线的动作与状态时总线的动作与T3时相同。时相同。

54、（5）、）、T4状态状态 CPU对数据总线进行采样，读出数据。对数据总线进行采样，读出数据。CPU往存储器或往存储器或I/O设备写数据的时序如下页所示：设备写数据的时序如下页所示：微机原理微处理器微机原理微处理器CLKT1T2T3、TWT4M/IOA19/S6-A16/S3A19-A16/BHE/S7/BHES7-S3ALEREADYAD15-AD0地址输出地址输出数据输出数据输出/RDDT/R/DENCPU从存储器或从存储器或I/O端口读取数据的时序端口读取数据的时序微机原理微处理器微机原理微处理器2、存储器写周期、存储器写周期（1）、）、T1状态状态M/IO信号：信号：对对存储器写还是对存

55、储器写还是对I/O设备中写数据；设备中写数据；AD15-AD0、A19/S7-A16/S3：确定确定20位地址；位地址；/BHE：选择奇地址存储体选择。选择奇地址存储体选择。ALE：地址锁存信号，以使地址地址锁存信号，以使地址/数据线分开。数据线分开。DT/R：为高电平，指示收发器为高电平，指示收发器8286发送数据，写操作。发送数据，写操作。（2）、）、T2状态状态A19/S6-A16/S3：出现出现S6-S3状态信号。决定段寄存器、状态信号。决定段寄存器、IF状态、状态、8086CPU不否连在总线上。不否连在总线上。微机原理微处理器微机原理微处理器 AD15-AD0：发出发出16位数据。位

56、数据。 /WR：由高电平变为低电平，开始进行写操作。由高电平变为低电平，开始进行写操作。 /DEN：变低电平，启动收发器变低电平，启动收发器8268，做好发送数据的准备。，做好发送数据的准备。（3）、）、T3状态状态 若存储器或若存储器或I/O端口已做好接收数据准备，则在端口已做好接收数据准备，则在T3状态期间状态期间将数据放到数据总线上，在将数据放到数据总线上，在T3结束时，结束时，CPU将将AD15-AD0上数上数据写入到存储器或据写入到存储器或I/O设备中。设备中。（4）、）、TW状态状态 在在T3状态，存储器或外设没有准备好接收数据，使状态，存储器或外设没有准备好接收数据，使READY

57、=0，则，则CPU在在T3和和T4之间之间插入一个或几个插入一个或几个TW状态状态，直直到到设备准备好设备准备好READY=1为止。为止。微机原理微处理器微机原理微处理器（5）、）、T4状态状态在在T4状态，数据从数据总线上被撤除，各种控制信号和状态信状态，数据从数据总线上被撤除，各种控制信号和状态信号进入无效状态，号进入无效状态，CPU完成了对存储器或完成了对存储器或I/O设备的写操作。设备的写操作。3、输入、输入/输出周期输出周期8086与外设通讯，也即从外设输入数据，或把数据输出给外设与外设通讯，也即从外设输入数据，或把数据输出给外设的时序，与的时序，与CPU同存储器之间的通讯时序同存储

58、器之间的通讯时序,几乎完全相同，只几乎完全相同，只是是IOM信号应为高。信号应为高。4、空转周期、空转周期8086只有在只有在CPU于存储器或外设要传送指令或操作时，才能执于存储器或外设要传送指令或操作时，才能执行如上所述的总线周期，若行如上所述的总线周期，若CPU不执行总线周期，则总线接口不执行总线周期，则总线接口执行空转操作执行空转操作 。微机原理微处理器微机原理微处理器CLKT1T2T3、TWT4M/IOA19/S6-A16/S3A19-A16/BHE/S7/BHES7-S3ALEREADYAD15-AD0地址输出地址输出数据输出数据输出/WRDT/R/DENCPU往存储器或往存储器或I

59、/O端口写数据的时序端口写数据的时序微机原理微处理器微机原理微处理器5、中断响应周期、中断响应周期中断响应周期：从中断响应周期：从CPU中止现行程序转中断服务程序这一过程。中止现行程序转中断服务程序这一过程。中断响应周期要用两个总线周期。中断响应周期要用两个总线周期。 第一个响应周期：使第一个响应周期：使AD15-AD0、/BHE/S7、A19/S6-A16/S3悬空。悬空。 第二个响应周期：外设向数据总线上输送一个字节的中断第二个响应周期：外设向数据总线上输送一个字节的中断类型号。类型号。每一响应周期的每一响应周期的T1状态输出一个高电平脉冲，作为地址锁存信状态输出一个高电平脉冲，作为地址锁

60、存信号。号。微机原理微处理器微机原理微处理器CLKT1T2T3T4T1T2T3T4第一中断响应周期第一中断响应周期第二中断响应周期第二中断响应周期ALE/INTAAD7-AD08086中断响应周期的时序图中断响应周期的时序图微机原理微处理器微机原理微处理器6、总线保持和响应周期（保持响应信号、总线保持和响应周期（保持响应信号HLDA ）7、系统复位、系统复位 产生：产生：RESET端上的高电平维持端上的高电平维持4个时钟周期，可使个时钟周期，可使CPU复位。复位。 CPU复位：复位：PSW、DS、ES、SS、IP等寄存器，指令队等寄存器，指令队列列被清零。被清零。CS寄存器设置为寄存器设置为FFFFH