第4章PC机的总线结构和时序

1、第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序第第4章章 PC机的总线结构和时序机的总线结构和时序41 8086微处理器的结构微处理器的结构42 8086的引脚信号及工作模式的引脚信号及工作模式43 8088微处理器微处理器第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序本章学习目标本章学习目标 8086/8088CPU的组成、引脚功能和工作模式。的组成、引脚功能和工作模式。时序基本概念。时序基本概念。 微处理器的发展历程，主流微处理器的发展历程，主流CPU及其最新技术。及其最新技术。 返回本章首页返回本章首页第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时

2、序4.1 8086微处理器的结构微处理器的结构4.1.1 8086的功能结构的功能结构4.1.2 8086的寄存器结构的寄存器结构返回本章首页返回本章首页第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序4.1.1 8086的功能结构的功能结构 1总线接口部件总线接口部件 (BIU) 2执行部件执行部件EU 3“流水线流水线”结构结构 4通用寄存器的用法通用寄存器的用法 5标志寄存器标志寄存器第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序图图4-1 8086的编程结构图的编程结构图第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序1总线接口部件总线接口部件 (

3、BIU) 总线接口部件由下列各部分组成：总线接口部件由下列各部分组成： （1）4个段地址寄存器；个段地址寄存器；CS16位的代码段寄存器；位的代码段寄存器； DS16位的数据段寄存器；位的数据段寄存器； ES16位的扩展段寄存器；位的扩展段寄存器； SS16位的堆栈段寄存器；位的堆栈段寄存器； （2）16位的指令指针寄存器位的指令指针寄存器IP； （3）20位的地址加法器；位的地址加法器； （4）6字节的指令队列缓冲器。字节的指令队列缓冲器。第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序执行部件的功能就是负责从指令队列取指执行部件的功能就是负责从指令队列取指令并执行。从编程结构图

4、可见，执行部件令并执行。从编程结构图可见，执行部件由下列几个部分组成：由下列几个部分组成： （1）4个通用寄存器，即个通用寄存器，即AX、BX、CX、DX； （2）4个专用寄存器：个专用寄存器： （3）标志寄存器）标志寄存器FR； （4）算术逻辑单元算术逻辑单元ALU。 2执行部件执行部件EU 第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序3“流水线流水线”结构结构 总线接口部件总线接口部件BIU和执行部件和执行部件EU并不是同步工作并不是同步工作的，两者的动作管理遵循如下原则：的，两者的动作管理遵循如下原则： 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，B

5、IU就会就会自动把指令取到指令队列中。而同时自动把指令取到指令队列中。而同时EU从指令从指令队列取出一条指令，并用几个时钟周期去分析、队列取出一条指令，并用几个时钟周期去分析、执行指令。当指令队列已满，而且执行指令。当指令队列已满，而且EU对对BIU又无又无总线访问请求时，总线访问请求时，BIU便进入空闲状态。在执行便进入空闲状态。在执行转移、调用和返回指令时，指令队列中的原有内转移、调用和返回指令时，指令队列中的原有内容被自动清除。容被自动清除。第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序表表4-1 寄存器的隐含用法寄存器的隐含用法4通用寄存器的用法通用寄存器的用法第第4 4

6、章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序图图4-2 标志寄存器结构图标志寄存器结构图标志寄存器（标志寄存器（Flag Register）共有共有16位，其位，其中中7位未用。标志寄存器内容如图位未用。标志寄存器内容如图2-2所示：所示：（1）条件标志）条件标志（2）控制标志）控制标志 5标志寄存器标志寄存器返回本节返回本节第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序38086CPU的引脚信号的引脚信号8086CPU采用双列直采用双列直插式的封装形式，具插式的封装形式，具有有40条引脚，见图条引脚，见图2-5。它采用分时复用。它采用分时复用的地址的地址/数据总线，数据总

7、线，所以有一部分引脚具所以有一部分引脚具有双重功能，即在不有双重功能，即在不同时钟周期内，引脚同时钟周期内，引脚的作用不同。的作用不同。3-5 8086的引脚信号（括号中的引脚信号（括号中为最大模式下的名称）为最大模式下的名称）返回本节返回本节第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序1最小工作模式最小工作模式 由图由图2-3可知，在可知，在8086的最小模式中，硬件连接上有的最小模式中，硬件连接上有如下几个特点：如下几个特点：（1）MN/ 引脚接引脚接+5V，决定了决定了8086工作在最小工作在最小模式。模式。（2）有一片）有一片8234A，作为时钟发生器。作为时钟发生器。

8、（3）有三片）有三片8282或或74LS373，用来作为地址锁存器。用来作为地址锁存器。（4）当系统中所连接的存储器和外设比较多时，需）当系统中所连接的存储器和外设比较多时，需要增加系统数据总线的驱动能力，这时，可选用两要增加系统数据总线的驱动能力，这时，可选用两片片8286或或74LS245作为总线收发器。作为总线收发器。MX第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序图图3-3 8086CPU最小模式下的典型配置最小模式下的典型配置第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序2最大工作模式最大工作模式 由图由图2-4可知，可知，最大模式配置最大模式配置和最小

9、模式配和最小模式配置有一个主要置有一个主要的差别：的差别： 最大最大模式下多了模式下多了8288总线控制总线控制器。器。 图图3-4 8086CPU最大工作最大工作模式下的典型配置模式下的典型配置第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序18086的存储体结构的存储体结构 表表3-3 BHE和和A0的意义的意义第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序图图4-6 8086系统的存储结构系统的存储结构第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序28086存储器的分段结构存储器的分段结构 8086 CPU中有四个段寄中有四个段寄存器：存器：CS，

10、DS，SS和和ES，这四个段寄存器存放了这四个段寄存器存放了CPU当前可以寻址的四个当前可以寻址的四个段的基值，也即可以从这段的基值，也即可以从这四个段寄存器规定的逻辑四个段寄存器规定的逻辑段中存取指令代码和数据。段中存取指令代码和数据。一旦这四个段寄存器的内一旦这四个段寄存器的内容被设定，就规定了容被设定，就规定了CPU当前可寻址的段，如图当前可寻址的段，如图2-7所示。所示。图图4-7 当前可寻址的存储器当前可寻址的存储器段（堆栈段和附加段重叠）段（堆栈段和附加段重叠）第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序38086存储器的逻辑地址与物理存储器的逻辑地址与物理8086

11、 CPU中的每个存中的每个存储元在存储体中的位置储元在存储体中的位置都可以使用实际地址和都可以使用实际地址和逻辑地址来表示。逻辑地址来表示。CPU访问存储器时，要访问存储器时，要形成形成20位的物理地址，位的物理地址，即先找到某段，再找到即先找到某段，再找到该段内的偏移量。换句该段内的偏移量。换句话说，话说，CPU是以物理地是以物理地址访问存储器的，如图址访问存储器的，如图2-8所示。所示。图图4-8 逻辑地址与物理地址的关系逻辑地址与物理地址的关系第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序48086存储器存储器20位物理地址的形成位物理地址的形成 在存储段划分时，段内地址是

12、连续的，段与段之在存储段划分时，段内地址是连续的，段与段之间是相互独立的。每个段的起始地址称段的基址，间是相互独立的。每个段的起始地址称段的基址，段基址必须是能被段基址必须是能被16整除的那些地址，即整除的那些地址，即20位的位的段基址的低四位应当是段基址的低四位应当是0000。由于段起始地址的。由于段起始地址的低四位为低四位为0，所以可用，所以可用20位地址的高位地址的高16位表示段位表示段的基址，存放在段基址寄存器中。段基址寄存器的基址，存放在段基址寄存器中。段基址寄存器共四个：共四个：CS、DS、ES、SS。返回本节返回本节第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序4.2.4 8086的总线时序的总线时序1读周期的时序读周期的时序 2写周期的时序写周期的时序 第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和时序1读周期的时序（图读周期的时序（图3-9） 图图4-9 8086读总线周期读总线周期第第4 4章章 PCPC机的总线结构和时序机的总线结构和