微型计算机原理与接口技术

972D5H

段
972D5H 12H [972D5H]=12H

由存储器中存放的信息属性， 分成4种段，存放3类信息：
代码、 数据、 中间结果和断点地址。

8086 CPU有20根地址线，16位数据线。CPU内部寄存器是16位的。 → CPU内部存放地址的寄存器是16位的，只可表示16位的地址。
为了能寻址1MB地址空间，8086对存储器进行分段管理： 每个段最大为64KB（216），最小为16B。（此时最多64K个段）

8086 BIU：指令队列6个字节， 外部数据总线16位。
8088 BIU：指令队列4个字节， 外部数据总线8位。

大多数情况下，CPU取指、执指操作并行。 提高了系统总线的使用效率，改善了系统性能。

通用寄存器
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL
SP BP DI SI

③标志寄存器FR
9个标志位，其中6个条件标志位用于存放结果状态。

④暂存寄存器 ⑤EU控制系统

接收从BIU的指令队列中取来的指令代码， 译码并向 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。

负责全部指令的执行； 向BIU输出（地址及结果）数据； 对Reg及PSW进行管理。

第2章 80x86/Pentium微处理器

（2）BIU（Bus Interface Unit，8086/8088同外部设备的接口部件）

① 4个段寄存器

代码段Reg：CS 堆栈段Reg：SS 数据段Reg：DS 附加段Reg：ES

组成

②指令指针寄存器IP（下一条将要执行的指令在当前

③指令队列Queu代e 码段内的地址偏移量）

④20位地址加法器Σ ⑤总线控制逻辑 ⑥内部通信寄存器

支持单片CPU或多片CPU系统工作

第2章 80x86/Pentium微处理器
（2）特点 ① 取指执指重叠并行 执行当前指令时预取下一条（或多条）指令，指令在指令 队列中排队（指令流水线技术）； 优点： 一条指令执行完成后，可以立即执行下一条指令， 减少CPU为取指令而等待的时间，提高CPU的利用率。
取指 取指 取指 取指 得到数据
等待 执行 执行 执行 执行
通常，IP中是将要执行的下一条指令在当前代码段内的偏移地址。 只要是顺序执行, 队列中的指令就是紧接当前指令的逻辑上的指令。
如果EU当前执行的是转移指令，则BIU清除队列，从新地址取 出指令立即送EU执行。再从后续的指令序列中取指令填满队列。
第2章 80x86/Pentium
2.1 80x86/Pentium微处理器的内部结构 2.2 微处理器的主要引脚及功能 2.3 系统总线与典型时序 2.4 典型CPU 2.5 CPU的工作模式 2.6 80x86/Pentium微处理器与协处理器

第2章 80x86/Pentium微处理器

（1） EU（ Execution Unit，含有ALU及部分Reg.）

组成 功能

① 8个通用寄存器

数据寄存器：AX，BX，CX，DX (16位) AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL（8位）
变址寄存器： SI，DI 指针寄存器： SP，BP

②算术逻辑运算部件ALU
16 位加法器，用于对寄存器和指令操作数进行算术或逻辑运算。
ALU数据总线

地址加法

第2章 80x86/Pentium微处理器
地址总线20位
数据总线

CS DS SS ES IP
内部Reg

总线 外部总线
控制
逻辑

运算寄存器
EU

控

ALU

制 系

统

标志 FR

பைடு நூலகம்指令队列 12 3 4 5 6
8088 8086

执行部件（EU）

总线接口部件（BIU）

第2章 80x86/Pentium微处理器
→内部通信寄存器 → 向“ALU数据总线” 传送数据。

第2章 80x86/Pentium微处理器

2. 性能及特点 （1）8086/8088 CPU 主要性能

字长：

16位 / 准16位

时钟频率： 8086/8088标准主频为5MHz，

8086/8088-2主频为8MHz。

数据/地址总线: 复用，外部DB宽度16bit/8bit，AB宽度20bit 。

2.1 80x86/Pentium微处理器的内部结构
2.1.1 8086/8088 CPU基本结构
1. 8086/8088 CPU结构框图

由两部分组成 EU ：执行部件（8086/8088） （相互独立） BIU：总线接口部件（8086的不同于8088的）

EU：执行指令。 BIU：取指、读操作数、
写结果。

第2章 80x86/Pentium微处理器

4个段寄存器CS、 DS 、SS 、ES

分别指示存储区的段地址，用来识别当前可寻址的四个段，

最大内存容量：1MB（220）

基本寻址方式：8种

指令系统： 99条基本指令。可以对位/字节/字/字节串/字串/

压缩/非压缩BCD码 等多种数据类型进行处理。

端口地址： 16bit I/O端口地址，可寻址64K个端口地址，

每个地址对应一个字节宽的I/O端口。

中断功能： 支持的中断源（内部中断和外部硬件）达256个

第2章 80x86/Pentium微处理器

②段寄存器和存储器分段
8086/8088率先打破微处理器只能访问64KB存储空间的限制，可寻址1MB。
存储器空间 20根地址线 220 = 1M Byte

00000H ……
FFFFFH
分段原因:

A19

地址

A0

100 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1

BIU使用指令队列实现流水线操作。 当Queue中有2/1个或2/1个以上的字节 空间，且EU未申请读写存储器，BIU 顺序预取后续指令代码→ Queue。

功能

完成所有外部总线的操作，提供总线控制信号。
具体为： 取指、指令排队、读写操作数、总线控制、 地址转换（将两个16位地址相加20位物理地址）。

第2章 80x86/Pentium微处理器
（3）EU的工作过程 从BIU的指令队列中取指 →译码电路分析→相应控制命令 → 控制数据经过“ALU数据总线”的流向：
① 若是运算操作：操作数 → 暂存器→ ALU；
运算结果→ 经“ALU总线” →相应Reg，并置FR 。
② 若从外设取数：EU→ BIU→ 访问MEM 或 I/O