计算机基础课件 第2章_1+8086CPU的功能结构

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第2章-8086微处理器及其体系结构

第2章-8086微处理器及其体系结构

执行部件EU功能: 从BIU的指令队列中取 出码规指令向储写执1(用状数部A执6指器定令所B器操行寄态据件位LI行U令译的所需或作U部存标暂的的发)部代码全得的I。,/件器志存控算O出件8部数码后结E,寄寄制接术个命中一U功据,执果存存电口逻1经令包个能,行或6器器路进辑位都指,含1。指执,和。对行单6的由令执一一令行位执存读元通译行E个个所 指的行U/
2.2.2 8086微处理器内部结构组成
总线接口部件BIU 内部设有四个16位段地 址寄存器:代码段寄存 器CS、数据段寄存器 DS、堆栈段寄存器SS 和附加段寄存器ES,一 总根负或个I缓器P线 据 责 I/O,和1冲接执完6一设器总位口行成个备,线指部部C62之控P令字0件件间U位制指节BE与的地电UI针指U存数的址路功寄令储据请加。能存队器传求法:器列, 送。
物理地址:就是存储器的实际地址,它是指CPU和存储器进行数据 交换时所使用的地址(20位)。
逻辑地址:是在程序中使用的地址,它由段地址和偏移地址两部分 组成(16位)。逻辑地址的表示形式为“段地址∶偏移地址”。
段基地址:把段的起始单元的物理地址除以16的结果为段地址,段 的起始单元的物理地址为16的整数倍,即:XXXX0H
DF—方向标志位,若该位置1,则串操作指令的地址修 改为自动减量方向,反之,为自动增量方向。
3.段寄存器
8086CPU共有4个16位的段寄存器,用来存放每一 个逻辑段的段起始地址。
(1)代码段寄存器CS (3)堆栈段寄存器SS
(2)数据段寄存器DS (4)附加段寄存器ES
这些段寄存器的内容与有效的地址偏移量一起,可确 定内存的物理地址。
只晶体管;
使用单一的+5V电源,40条引脚双列直插式封装; 时钟频率为5MHz~10MHz,基本指令执行时间为.3ms~0.6ms 16根数据线和20根地址线,可寻址的地址空间达1MB 8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处

第二章 8086体系结构

第二章  8086体系结构

8086微处理器概览
标志位寄存器(FR) • 16位标志位寄存器FR,共有9个
标志位。其中6个是状态标志位, 3个是控制标志位,用于反映 CPU运行过程中的某些状态特征。
标志位寄存器
3、标志寄存器FR
标志寄存器FR中共有9个标志位,可分成两类: ➢状态标志 表示运算结果的特征,它们是 CF、PF、AF、 ZF、SF和OF ➢控制标志 控制CPU的操作,它们是IF、DF和TF。
IP :BIU要取指令的地址。
IP
三、8086CPU的管脚及功能
8086是16位CPU。它采用高性能的N— 沟道,耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制 造。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
1、 8086的两种工作方式
最小模式:系统中只有8086一个处理器,所有的控制信号都 是由8086CPU产生(MN/MX=1)。
最大模式:系统中可包含一个以上的处理器,比如包含协处 理器8087。在系统规模比较大的情况下,系统控 制信号不是由8086直接产生,而是通过与8086配 套的总线控制器等形成(MN/MX=0)。
三总线结构 数据线DB 地址线AB 控制线CB
微机的三总线结构
➢ 最小模式下的引脚说明
( 1 ) AD15 ~ AD0 (Address Data Bus):
堆栈指针用于存放栈顶的逻辑偏移地 址,隐含的逻辑段地址在SS寄存器中。
寄存器的特殊用途和隐含性质
在指令中没有明显的标出,而这些寄存器参 加操作,称之为“隐含寻址”。
具体的:在某类指令中,某些通用寄存器有指 定的特殊用法,编程时需遵循这些规定,将某些 特殊数据放在特定的寄存器中,这样才能正确的 执行这些指令。采用“隐含”的方式,能有效地 缩短指令代码的长度。

第2章 8086微处理器及其系统PPT课件

第2章 8086微处理器及其系统PPT课件
1.条件标志 -----共6位,用于寄存程序运行的状态信息,这些标 志往往用作后续指令判断的依据。 2.控制标志 -----共3位,用于控制机器或程序的某些运行过程。
5
15 ~12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 OF DF IF TF SF ZF ― AF ― PF ― CF
例:对于物理地址01023H单元
可以表为0100H:0023H PA=0100H×10H+0023H =01023H
也可表为0102H:0003H PA=0102H×10H+0003H =01023H
CS DS SS
段 寄
ES 存
IP 器
指令指针寄存器
总线 控制
逻辑 外部总线
123456
指令队列 3
内部寄存器
● 8086共有8个16位的内部寄存器,分为两组:
AX
AH AL
BX
BH
BL
CX DX
CH DH
CL DL
●通用寄存器
SP BP●指针和变址寄来自器SIDI●四S个P(通St用ac数k P据o寄int存er器RAegXis、teBr)X堆、栈C指X针、寄DX存均器可用 ●作B1P6位( B寄as存ic器Po也in可ter用R作eg8is为ter寄)基存址器指。针用寄作存8 位器寄 ●存S器I(分So别ur记ce作In:deAxHR、egAisLte、r)源BH变、址B寄L、存C器H、CL、
第 2 章 80X86微处理器
2.1 8086微处理器 2.2 8086系统的存储器组织及I/O组织 2.3 8086系统配置 2.4 8086的操作时序
1
2.1 8086微处理器
1978年,Intel公司推出16位微处理器8086。

第二章 微型计算机的体系结构全套PPT

第二章 微型计算机的体系结构全套PPT
① 当指令队列中有2个空字节时,BIU自动把 指令取到指令队列中。当指令队列已满, 而EU无总线访问请求时, BIU进入空闲状 态。
② EU从指令队列的头部取出指令,并执行该 指令。在执行中,如需要访问内存或 I/O 设备,则EU请求BIU取操作数,并直等到 需要的操作数到来后,EU才继续操作。若 BIU处于空闲态,它立即响应请求,若BIU 正在取指令到指令对列,它先完成取指令 操作,再响应EU的请求。
第二章
微型计算机的体系结 构
2.1 8086CPU的内部逻辑结构
8086是Intel系列的16位微处理器,常用 HMOS工艺制造,它有16位数据线和20根地 址线,可寻址的地址空间达220即1MB。
8088微处理器是准16位,其内部逻辑按16
位设计,但外部数据总线只有8条。
1. 8086的内部结构 8086的内部逻辑结构如图2.1所示,从功
• OF(Overflow Flag):溢出标志。 OF=1 表示本次运算结果超出了带符号数范 围,即溢出。否则OF=0。
8位补码的整数范围是: -128 ~ +127;
16位补码的整数范围是: -32768 ~ +32767。
❖ 关于进位与溢出 2个n位的无符号二进制数相加,结果大
于2n-1,称为进位。应用CF标志位作判断。 2个n位的带符号二进制数相加,结果大
当运算结束时,BIU将运算结果送入指定的内存单元或外设。 各逻辑段之间可完全分开,也可相互交叠甚至完全重叠。 CF=1表示本次运算中,最高位(D7位或D15位)发生进位(加法运算)或借位(减法运算)。 最大模式下的总线请求/允许 有时,CPU需要在T3之后加入一个或几个附加的时钟周期Tw,称为等待状态。 FLAGS (Flags Register ) 标志寄存器 最大模式下的总线请求/允许 CPU从代码段中偏移地址位IP的单元中取出指令代码的1个字节后, IP自动加1,指向指令代码的下一个字节存放单元。 8086系统允许一次访问存储器时读/写一个字节(8位),也可以读/写一个字(相邻的2个字节),此时要求同时访问两个存储体,各读/写一个字节 信息。 1所示,从功能上可分为两个独立的功能部件,即总线接口部件(BIU)和执行部件 (EU)。 8086系统的堆栈在存储器中实现。

第二章8086计算机组织PPT课件

第二章8086计算机组织PPT课件

D8~15 D
数据线高8位 数据线低8位
二、存储器的寻址
• 8086中的存储器是按字节编址的
(00000H小—于FF等FF于FH6),4K可B寻址空间1MB。
• 1MB=220,每个字节对应地址是20位二进
制数,这20位地址称为物理地址。
• 20位地址小要于有等20位于的64地K址B寄存器,而机器
第二章、8086计算机组织
2.1、计算机的基本结构
计算机的基本组成
硬件系统
运算器、 控制器、 存储器、 输入设备、 输出设备。
软件系统
系统软件、 应用软件。
硬件系统
运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成
外存 cache
存储器
软件系统 系统软件、 应用软件。
操作系统 语言处理程序 数据库管理软件
• FFFF0,FFFF1,FFFFF2 FFFFE,FFFFF
• •

• CS 1055 • DS 250A • ES 8FFC • SS EFE0
00000 10550 ≤64KB
代码段
250A0 ≤64KB 数据段
8FFB0
≤64KB
EFF00
≤64KB
附加段 堆栈段
(3)存储器中的物理地址和逻辑地址的产生 物理地址即为实际地址,也称绝对地址。 逻辑地址:在分段存储器中,任何一个逻辑
2.2、基于处理器的计算机系统构成
硬件系统
2.3、8086处理器
一、8086处理器的组成 1、8086CPU从功能上可分为两部分
总线接口部件 BIU
执行部件 EU
2、各部分的作用
(1)、总线接口部件BIU
总线接口部件负责CPU 与存储器、I/O端口之间 的信息传送。

微机原理第二章课件-80868088微处理器的内部结构

微机原理第二章课件-80868088微处理器的内部结构

算术逻辑单元(ALU)
执行位移、循环等位操作。
执行与、或、非等逻辑运 算。
执行加、减、乘、除等算 术运算。
逻辑运算 算术运算
位操作
标志寄存器
状态标志
记录运算结果的状态,如进位标志、 溢出标志和零标志等。
控制标志
用于控制处理器行为,如中断允许标 志和方向标志等。
03 8086/8088微处理器的 输入/输出结构
02 8086/8088微处理器的 内部结构
寄存器结构
通用寄存器
状态寄存器
用于存储操作数和中间结果,包括数 据寄存器、地址寄存器和段寄存器等。
用于存储处理器状态信息,如溢出标 志、奇偶校验标志和中断允许标志等。
控制寄存器
用于存储程序计数器、标志寄存器、 中断屏蔽寄存器和调试寄存器等。
存储器管理单元(MMU)
工作原理
指令解码器通常包含一系列的解码器逻辑门,每个逻辑门对应于一种可能的机器码。当解码器读取到一条指令时,它 会激活相应的逻辑门,从而生成一组控制信号。这些控制信号随后被发送到微处理器的其他部分,以执行相应的操作 。
重要性
指令解码器是微处理器中至关重要的部分,因为它决定了微处理器如何执行程序中的指令。不同的指令 解码器设计可以实现不同的指令集,从而影响微处理器的性能和功能。
输入/输出端口
输入/输出端口
8086/8088微处理器拥有多个输 入/输出端口,这些端口可以与 外部设备进行数据交换。每个端 口都由一个16位的地址唯一标识, 通过端口地址可以寻址到具体的
端口进行读写操作。
数据总线
在输入/输出端口中,数据总线 是一个双向的8位数据通道,用 于在微处理器和外部设备之间传 输数据。数据总线可以同时进行

第2章 8086微处理器PPT课件

第2章 8086微处理器PPT课件

0
A19/S6
A12 A11 A10
8 0
A17/S4 A18/S5 A19/S6
AD9
8
BHE/S7
A9
8
SS0(HIGH)
AD8
6
MN/MX
A8
8
MN/MX
AD7
RD
AD7
RD
AD6
HOLD(RQ/GT0)
AD6
HOLD(RQ/GT0)
AD5
HLDA(RQ/GT1)
AD5
HLDA(RQ/GT1)
2.2 8086/8088微处理器外部引脚及系统构成
二、外部引脚(最小模式下) 8086/8088
微处理器为40条 引脚的双列直插 式封装芯片。

Vcc(5V)

Vcc(5V)
AD14
AD15
A14
A15
AD13
A16/S3
A13
A16/S3
AD12 AD11
8
A17/S4 A18/S5
AD10
地址/数据分时复用引脚,双向、三态 在访问存储器或外设的总线操作周期中, 这些引脚在第一个时钟周期输出存储器或 I/O端口的16位地址A15 ~ A0 (或低8位地 址A7 ~ A0 ) 其他时间用于传送16位数据D15 ~ D0
什么是分时复用?
分时复用就是一个引脚在不同的时刻具有两个 甚至多个作用 最常见的总线复用是数据和地址引脚复用 总线复用的目的是为了减少对外引脚个数 8088 /8086CPU的数据地址线采用了总线复用 方法
READY
CLK
RESET 引脚对比图 地
READY RESET
2.2 8086/8088微处理器外部引脚及系统构成

第2章-8086CPU结构

第2章-8086CPU结构
IO/M*(Input and Output/Memory) I/O或存储器访问,输出、三态 该引脚输出高电平时,表示CPU将访问I/O端口,这时
地址总线A15~A0提供16位I/O口地址 该引脚输出低电平时,表示CPU将访问存储器,这时
地址总线A19~A0提供20位存储器地址
2. 读写控制引脚(续2)
2.1.2 8086CPU寄存器结构
8086的寄存器都为16位,分为:
通用寄存器
8
AX/BX/CX/DX
BP/SP DI/SI
指令指针寄存器 1
IP
标志寄存器
1
PSW
段寄存器
4
CS/SS/DS/ES
掌握通用寄存器的作用,熟悉PSW中各个标志的含义 切实理解存储器组织和存储空间分段的概念
8086 CPU内部寄存器
WR*(Write) 写控制,输出、三态、低电平有效 有效时,表示CPU正在写出数据给存储器或I/O端口 RD*(Read) 读控制,输出、三态、低电平有效 有效时,表示CPU正在从存储器或I/O端口读入数据
2. 读写控制引脚(续3)
IO/M*、WR*和RD*是最基本的控制信号 组合后,控制4种基本的总线周期
3.变址寄存器
变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址 SI是源变址寄存器 DI是目的变址寄存器 在串操作类指令中,SI和DI具有特别的功能
4.指针寄存器
指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 SP为堆栈指针寄存器,指示栈顶的偏移地址。SP不能再用于其他 目的,具有专用性 BP为基址指针寄存器,表示数据在堆栈段中的基地址 SP/BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元 地址
2. 总线接口部件
⑴ BIU的组成
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一、8086/8088 CPU的功能结构
指令指针IP 指令指针寄存器IP,指示代码段中指令的偏移地址 它与代码段寄存器CS联用,确定下一条指令的物 理地址 计算机通过CS : IP寄存器来控制指令序列的执行流 程 IP寄存器是一个专用寄存器
一、8086/8088 CPU的功能结构
49H + 6DH=B6H,
没有进位:CF = 0
BBH + 6AH=(1)25H,有进位:CF = 1
一、8086/8088 CPU的功能结构
零标志ZF(Zero Flag) 若运算结果为0,则ZF = 1; 否则ZF = 0
注意:ZF为1表示的结果是0
49H + 6DH=B6H,结果不是零:ZF = 0
2.3 8086/8088 微处理器
一、8086/8088 CPU的功能结构

16位处理器、40脚的DIP(双列直插)封装。 时钟频率:5MHz、8MHz和10MHz。 20条地址线,有220=1024KB=1MB 寻址能力。
缺口 40功能结构
中断允许标志IF(Interrupt-enable Flag) 用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应: 设置IF=1,则允许中断; 设置IF=0,则禁止中断。
CLI指令复位中断标志:IF=0
STI指令置位中断标志:IF=1
范围内,无进位 范围外,有溢出
范围外,有进位 范围内,无溢出
一、8086/8088 CPU的功能结构
溢出的判断 判断运算结果是否溢出有一个简单的规则: 只有当两个相同符号数相加(包括不同符号数相减 ),而运算结果的符号与原数据符号相反时,产生 溢出;因为,此时的运算结果显然不正确 其他情况下,则不会产生溢出
溢出和进位 溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志 进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围,运 算结果仍然正确; 溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围,运 算结果已经不正确。
一、8086/8088 CPU的功能结构
溢出和进位的对比 例1:49H + 6DH=B6H 无符号数运算: 73+109=182 有符号数运算: 73+109=182 例2:BBH + 6AH=(1)25H 无符号数运算: 187+106=293 有符号数运算: -69+106=37
一、8086/8088 CPU的功能结构
执行部件EU(Execution Unit) 组成: ① 通用寄存器 ② 标志寄存器 ③ ALU EU 控 ALU ④ EU控制 制 标志寄存器 功能: 指令队列 ① 从指令队列获得指令,译码、执行指令操作。 1 2 3 4 5 6 ② 译码指令、执行算术运算、逻辑运算。 ③ 向BIU提供操作数的内存或I/O端口的地址。 ④ 管理标志寄存器和指令操作数。
标志寄存器 标志(Flag)用于反映指令执行结果或控制指令执 行形式 8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存 器FLAGS(程序状态字PSW寄存器)
D31 D21 D18 D16 ID VIPVIF ACVMRF
D14
D11 A P
D0 C
NT IOPL IOPL O D I T S Z
一、8086/8088 CPU的功能结构
方向标志DF(Direction Flag) 用于串操作指令中,控制地址的变化方向: 设置DF=0,存储器地址自动增加; 设置DF=1,存储器地址自动减少。
CLD指令复位方向标志:DF=0
STD指令置位方向标志:DF=1
一、8086/8088 CPU的功能结构
一、8086/8088 CPU的功能结构
奇偶标志PF(Parity Flag) 当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时,PF = 1;否则PF = 0
PF标志仅反映最低8位中“1”的个数是 偶或奇,即使是进行16位字操作
3AH + 7CH=B6H=10110110B 结果中有5个1,是奇数:PF = 0
EU 控 制
指令队列
1 2 3 4 5 6
一、8086/8088 CPU的功能结构
总线接口部件BIU(Bus Interface Unit) 组成: 地 ∑ ① 段寄存器(CS、DS、ES、SS) 址 加 ② 指令指针(IP) 法 器 ③ 地址加法器、总线控制 CS 总线 DS ④ 指令队列 控制 SS 逻辑 ES 功能: IP ① 外部总线连接,完成EU所需的总线 指令队列 操作,计算形成20位的物理地址。 ② 从内存储器中取出指令送指令队列 1 2 3 4 5 6 排队。 ③ 按EU的要求读写内存、I/O中的操 作数。
第二章
微处理器系统结构
2.1 微处理器基本功能和结构 2.2 微处理器主要性能指标 2.3 INTEL8086/8088微处理器
2.4 8086/8088微处理器基本时序
2.1 微处理器基本功能和结构
微处理器是微型计算机的核心部件,也称为中央 处理单元,简称CPU(Central Processing Unit)。 它负责微型计算机中各部件的协调,完成指令的执行 和数据处理工作。其主要功能包括: 指令控制:指令执行顺序 操作控制:各部件功能协调 时间控制:各信号时序 数据加工:算术/逻辑运算

2

一、8086/8088 CPU的功能结构
2、8086/8088 CPU内部寄存器结构
8086内部寄存器有: 8个通用寄存器 4个段寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器
一、8086/8088 CPU的功能结构
通用寄存器 8086的16位通用寄存器是: AX BX CX DX SI DI BP SP 其中前4个数据寄存器都还可以分成高8位和低8位两 个独立的寄存器 8086的8位通用寄存器是: AH BH CH DH AL BL CL DL 对其中某8位的操作,并不影响另外对应8位的数据
AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI AX BX CX DX
一、8086/8088 CPU的功能结构
EU和BIU独立并行流水线工作,比8085串行操作提 高了运行速度。
取指令 1 取指令 2
译码 1
取数据 1

取数据 2
行 1
取指令 3
存储 结果
译码 2
取指令 4
1、 8086/8088 CPU的功能结构
两个独立的功能部件:执行部件EU、总线接口部件 BIU。
EU单元
AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI
AX BX CX DX
地 址 加 法 器
∑ CS DS SS ES IP
BIU单元 总线 控制 逻辑 内存
接口
ALU 标志寄存器
一、8086/8088 CPU的功能结构
溢出和进位的应用场合 处理器对两个操作数进行运算时,按照无符号数求 得结果,并相应设置进位标志CF;同时,根据是否 超出有符号数的范围设置溢出标志OF 应该利用哪个标志,则由程序员来决定。也就是说 ,如果将参加运算的操作数认为是无符号数,就应 该关心进位;认为是有符号数,则要注意是否溢出
2.2 微处理器的主要性能指标
微处理器的性能对微型计算机系统起着举足轻 重的影响,微型计算机的很多性能指标都与微处理 器性能直接相关。 微处理器的主要性能指标包括:工作频率、处 理器字长、前端总线速度、地址总线宽度、数据总 线宽度、高速缓冲容量和级数、生产工艺等。
微处理器的主要性能指标
工作频率:包括主频、外频、倍频。主频是微处理器的工作 频率,反映微处理器工作节奏的快慢;外频是指系统总线的 工作频率,它反映外部设备的工作速度;倍频是指微处理器 工作频率对系统总线工作频率的倍数。三者之间的关系可以 用下式表示: 主频=外频×倍频 处理器字长:反映微处理器单次数据处理能力,字长越长表示 单次处理数据能力越强。 前端总线速度:前端总线指主板芯片组中的北桥芯片与CPU 之间传输数据的通道,因此也称为CPU的外部总线。 它反映 CPU与内存和显示部件之间交换数据的能力,前端总线速度 越快,CPU与外界交换信息的能力越好,有利于提高整体处 理速度。
微处理器的主要性能指标
高速缓冲容量和级数:高速缓存(Cache)是设置在微处理 器内部的一种存储器。由于其存取速度要比内存高一个数量 级,可以达到与微处理器部件同频的工作速度,因此利用高 速缓存可以提高处理器的工作效率。Cache根据速度和位置 不同可分两级或三级。 生产工艺:不同的生产工艺对CPU的功耗和工作频率有较 大影响,生产工艺越先进CPU功耗越低,工作频率越高 其它性能指标:包括特殊指令扩展、超线程、流水线、乱序 执行、动态执行,以及新一代CPU的双核、多核技术等体系 结构方面的技术。而且体系结构对现代微处理器性能的影响 已经超过制造工艺对计算机性能的影响,成为现代微处理器 设计的重要技术指标。
75H + 8BH=(1)00H,结果是零:ZF = 1
一、8086/8088 CPU的功能结构
符号标志SF(Sign Flag) 运算结果最高位为1,则SF = 1;否则SF = 0
有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以,最高有效位就是符号标志的状态
3AH+7CH=B6H,最高位D7=1:SF=1 84H+7CH=(1)00H,最高位D7=0:SF=0
微处理器基本结构
微处理器基本结构包括控制器、运算器、寄存器组等部件。
运算器ALU(Arithmetic Logic Unit):计算机的核心功能 部件,主要负责算术、逻辑运算等数据加工功能。 控制器CU(Control Unit):计算机的指挥控制中心,负责 按照一定顺序自动读取程序中的指令,将指令译码后产生相 应控制信号,控制各部件协同工作。 寄存器组RS(Register Set):是CPU中暂存数据和指令的 逻辑部件,用于临时存放数据或地址。 除此以外,微处理器常常还包括一定的高速缓存部件。
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