微机原理课件第3讲(电子)

1、上节内容回顾 8086CPU结构 CPU中的寄存器 标志位的含义 溢出的判断提问 用补码运算完成X+Y，其中X=1234H，Y=-4567H。求运算过程对标志位的影响情况（采用单符号位）。 0001 0010 0011 0100B+ 1011 1010 1001 1001B 1100 1100 1100 1101BSF=1；ZF=0；CF=0；PF=0；AF=0；OF=0第二章 8086微处理器的结构与时序第3讲教学目的和要求【教学目标】通过8086结构的进一步讲述，使学生了解8086的操作与时序，了解指令周期、时钟周期的概念。了解8086内存储器的地址编址方式。【教学重点】8086的操作时序

2、； 存储器的分体结构；【教学难点】奇地址与偶地址。2.3 8086的操作与时序计算机执行程序过程开始取 出指 令分 析指 令执 行指 令【指令周期】取出并执行一条指令所需要的时间。【取指周期】取指、分析指令所需要的时间。【执行周期】执行一条指令的时间。时钟周期：处理操作的最基本单位。也称为节拍脉冲或者T周期。机器周期：也称为CPU周期。每个机器周期内完成一个基本操作，一般机器的CPU周期包括取指周期、取数周期和执行周期几种。指令周期：一条指令执行所需要的时间。包含若干机器周期。指令周期= n 机器周期基本概念时钟周期8086主频为5MHZ频率f：1秒内的脉冲个数 5MHZ周期T ：1/f 20

3、0nsTCLK时钟周期 相邻两个脉冲之间的时间间隔，称为一个时钟周期，又称T状态（T周期）。TCLK每个T状态包括：下降沿、低电平、上升沿、高电平总线周期T1CLKT2T3T4总线周期总线周期：执行一个总线操作所需要的时间。对内存或对I/O接口的一次操作都涉及到总线周期，一个基本的读周期包含4个时钟周期。CPU访问主存的时间需要一个总线周期。引脚的分时服用8086CPU）1GND2AD143AD134AD125 AD116AD107 AD98AD89 AD710AD611 AD512 AD413 AD314 AD215AD116AD018 INTR17NMI19 CLK20 GND40Vcc3

4、9AD1538A16/S337A17/S435A19/S631HOLD30HLDA25ALE23TEST#22READY21RESET36A18/S534BHE/S733MM/MX32 RD29 WR28M/IO27DT/R26DEN24INTA机器周期一个机器周期是否一定能完成一个操作？ 不一定操作有繁简之分，一个机器周期内可能无法完成；操作时，需要等待外设动作或等待数据造成等待。等待状态 (wait state)机器周期T1T2T3TwTwT4T1CLKREADY在READY信号到来前，需要等待若干个时钟周期。一条指令包括如下基本的机器周期( CPU周期)指令周期CLKT1T2T3T4取指

5、令机器周期T2T3T4T1执行指令机器周期指令周期 由于指令功能复杂程度不同，因此每条指令执行所需要的时间也不同。指令周期执行一条指令的时间 取指令 执行指令 取操作数 存放结果所需时间的总和指令周期每条指令的取指时间、分析时间一致。区别在于指令的复杂程度不同，导致执行时间不同。取指周期指令周期取指周期 执行周期指令周期取指周期执行周期指令周期JMP 6ADD R1,R2ADD MM,R1指令周期举例(1)格式例子微处理器时钟周期数ADD reg，reg两个寄存器相加ADD AX,BX80863ADD EAX,EBX802862ADD CX,SI803862804861ADD ESI,EDIP

6、entium-1或或3格式例子微处理器时钟周期数CALL调用子程序CALL FOR_FUN808619CALL ET802867CALL WAITING803863804863CALL SOMEONE Pentium-1指令周期举例(2)格式例子微处理器时钟周期数CMP REG,IMM比较寄存器与立即数大小CMP CX,380864CMP DL,34H802863CMP EDX,1345H803862804861CMP CX,1834HPentium-1或或2格式例子微处理器时钟周期数IDIV REG带符号的整数除法IDIV BL8086184IDIV ECX8028625IDIV DH803

7、86438048643IDIV CXPentium-2246指令周期举例(3)格式例子微处理器时钟周期数IMUL REG有符号乘法IMUL BL8086154IMUL ECX8028621IMUL DH80386388048642IMUL ALPentium-1011格式微处理器时钟周期数JMP无条件转移808615802867803867804863Pentium-1系统的复位和启动复位信号：通过RESET引脚上的触发信号来引起8086系统复位和启动，RESET至少维持4个时钟周期的高电平。8086时序复位操作：当RESET信号变成高电平时，8086CPU结束现行操作，各个内部寄存器复位成初

8、值。寄存器名操作标志寄存器清零指令寄存器0000HCS寄存器FFFFHDS寄存器0000HSS寄存器0000HES寄存器0000H指令队列变空其它寄存器0000H8086存储器结构 8086系统中的存储器最多能存储1M个字节序列，即可寻址的存储空间为1M字节，系统为每个字节分配一个20位的物理地址(对应16进制的地址范围从00000HFFFFFH)。 每个存储单元的地址是唯一的。 00000H00001H0000FHFFFFFH2.48086系统的存储器组织几个术语 位（bit） 指计算机能表示的最基本最小的单位字节（byte） 相邻的8位二进制数称为一个字节1 Byte = 8 bit字 字

9、是CPU内部进行数据处理的基本单位。字长 字长是每一个字所包含的二进制位数。常与CPU内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致。 8086系统中，存储器是分体结构，1M字节的存储空间分成两个512K字节的存储体。 奇地址存储体，偶地址存储体8086存储器的分体结构00001H00000H00003H00002H00005H00004H512K8位奇地址存储体（A0=1）512K8位偶地址存储体（A0=0）FFFFFH=220-1FFFFEH=220-2存储体与总线的连接D7D0 数据总线D15D8 数据总线D7D0奇地址存储体SEL A19A0D7D0偶地址存储体SEL A19A0A19A1 地址

10、总线BHEA0BHE与A0编码含义BHEA0操作总线使用情况00从偶地址开始读/写一个字AD15 AD001从奇地址单元读/写一个字节AD15 AD810从偶地址单元读/写一个字节AD7 AD011无效0 11 0从奇地址开始读/写一个字（在第一个总线周期，将低8位数字送AD15AD8，在第二个总线周期，将高8位数字送到AD7AD0）AD15 AD8AD7 AD0分体结构的概念 字节存储：一个字节存放一个单元。 如单元00100H中中的内容为34H，表示为 (00100H)34H。 字存储：一个字存于相邻两个单元。低位字节在低地址，高位字节在高地址，字单元的地址以低位地址表示。如：如：(001

11、00H)1234H，(00103H)AE03H 一个字可以从偶地址开始存放，也可以从奇地址开始存放。000FF34001001200101001020300103AE001040010500106分体结构的读写操作 8086CPU访问存储器时，以字为单位进行，并从偶地址开始。0010200103AE00104050010500106从偶地址读一个字节AE0010200103AE00104050010500106从奇地址读一个字节05分体结构的读写操作字单元地址从奇还是从偶开始，决定了访问存储期次数0100102030010308001042A0010500106字单元地址从偶地址开始，仅需访问

12、存储器一一次。01030100102030010308001042A0010500106字单元地址从奇地址开始，需访问存储器两次。0308存储器的分段管理存储器分段的原因8086存储器如何分段段基地址与段寄存器的关系 偏移地址的产生逻辑地址、物理地址含义存储器的分段管理分段管理的原因 8086系统的存储空间1M字节(即220，要20位物理地址)，CPU内部寄存器只有16位（只能寻址64K字节）。整个存储中间分成许多逻辑段。 0段段64K00000H0FFFFH1段段64K10000H1FFFFH15段段64KF0000HFFFFFH存储器的分段管理8086有4个段寄存器CS (Code Seg

13、ment) 取指令时，A=CS*16+IPDS (Data Segment) 取数据时，A=DS*16+DI (SI)，(BX)SS (Stack Segment) 堆栈操作时，A=SS*16+SP(BP)ES (Extra Segment) 取数据时，A=ES*16+DI 所有段寄存器在指令中都是隐含给出的。IP（Instruction Pointer）指令指针寄存器 BIU中取指令的偏移地址。 IP物理地址物理地址20位，各寄存器只有位，各寄存器只有16位，如何解决矛盾？位，如何解决矛盾？ 16段基址+IP 例如CS=0FE00H，IP=0200H，此时指令的物理地址为0FE200H。 段

14、基地址和偏移地址组成了逻辑地址 格式为：段基地址:偏移地址 物理地址=段基地址16+偏移地址物理地址的形成等价于16进制左移一位，后补零【例如】将(2A45)16乘以16，可以表示为。02A45等价于其后直接添加个零物理地址的形成物理地址=段基地址16+偏移地址形如 CS:IP，物理地址的形成过程如下所示：CSIP0+物理地址【例如】CS:IP=2A45H:9039H代表的物理地址为 2A450H+9039H=33489H。分段的意义8086分段的优点 解决了16位地址寄存器对20位物理地址的寻址问题 实现了程序代码的浮动装配堆栈段的使用 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

15、据，其工作方式是“先进后出”或“后进先出”的方式。 8086系统中的堆栈段基址由堆栈寄存器SS指定，栈顶由堆栈指针SP指定，堆栈地址由高向低增长，栈底设在存储器的高地址区。数据或指令数据或指令堆栈简介栈底SPpushpop特点：先进后出，后进先出SPXX-2X-4堆栈简介设数据进栈方向为从高地址向低地址发展，当向堆栈压入数据时，SP的内容先自动递减而指向一个新的空栈顶单元，再把数据写入此栈顶单元； PUSH ： (SP)-2SP (SI)(SP) 当数据弹出堆栈时，立即读出SP所指向的栈顶单元内容，再把SP内容自动递增而指向新的栈顶位置。即 POP ： (SP)(DI) (SP)+2SP110

16、1101100110011栈底栈底堆栈简介SP=1FFFF110110110011001100110010110100111001111110101011pushSISP=1FFFD1001111110101011SP=1FFFD1101101100110011栈底栈底110110110011001100110010110100111001111110101011pushSISP=1FFFBSP=1FFFB1101101100110011栈底栈底pop00101000110100111010110110101011DI1001111110101011SP=1FFFD堆栈的意义和注意事项堆栈的主

17、要用途 中断、子程序调用，数据暂时保存。【注意】 先进入的内容要后弹出，PUSH和POP指令要成对。课堂练习P56 11.求下列寄存器组合所寻址的存储单元DS=1000H,DI=2000HSS=2300H,BP=3200HDS=A000H,BX=1000HSS=2900H,BP=3A00H12000H26200H0A1000H2CA00H8086的系统配置.系统配置方式：最小模式（ CPU的引脚MNMX端接高电平+5V）最大模式（ CPU的引脚MNMX端接高电平低电平）.系统配置特点：最小模式为单机系统，控制信号由CPU提供；最大模式为多处理器/协处理器系统，控制信号由总线控制器8288提供。

18、（常用的处理器有数值运算协处理器8087，输入/输出处理器8089）.CPU的2431引脚意义不同8086系统配置最小模式系统q8086CPUq存储器qI/O接口芯片1片8284A，作为时钟发生器3片82828283或74LS373，作为地址锁存器2片82858287或74LS245，作为双向数据总线收发器 8086是16位CPU，包含20条地址线，16条数据线。由于受当时制造工艺的限制，部分管脚采用了分时复用的方式，构成了40条管脚的双列直插式封装。8086CPU的引脚与工作模式8086CPU）1GND2AD143AD134AD125 AD116AD107 AD98AD89 AD710AD611 AD512 AD413