【微机原理】16位微处理器

2.1 8086/8088CPU的结构
8086 CPU从功能上可分为两部分，即总线接口部件(bus interface unit，缩写为BIU)和执行部件EU(execution unit)。 8086的内部结构如下图所示。图的左半部分为执行单元EU，右 半部分为总线接口单元BIU。EU不与外部总线(或称外部世界)相 联，它只负责执行指令。而BIU则负责从存储器或外部设备中读 取指令和读/写数据，即完成所有的总线操作。这两个单元处于 并行工作状态，可以同时进行读/写操作和执行指令的操作。这 样就可以充分利用各部分电路和总线，提高微处理器执行指令 的速度。
16位微处理器
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概述
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2 8086/8088微处理器
3 8086/8088的CPU总线 4 主要操作时序
微型机是由具有不同功能的一些部件组成的。中央处理单 元(CPU)是微型机的心脏，它决定了微型机的结构。要构成一台 微型计算机，必须了解CPU的结构。本节将详细介绍 8086/8088 CPU的结构，它是掌握80x86微处理器和IBM PC 微型计算机的基础。
20世纪80年代以来，Intel公司又推出了高性能的 16位微处理器80186及80286。它们与8086／8088向 上兼容。80286是为满足多用户和多任务系统的微处理 器，速度比8086快5～6倍。处理器本身包含存储器管 理和保护部件，支持虚拟存储体系。
1 微处理器概述
1985年，第四代微处理器80386及M68020推出 市场，集成度达45万个晶体管／片。它们是32位微处 理器，时钟频率达40MHz，速度之快、性能之高，足 以同高档小型机相匹敌。
2.1 8086/8088CPU的结构
2.1 8086/8088CPU的结构
（1）执行单元EU(execution unit) EU负责执行指令，完成两种操作：算术逻辑运算、 计算存储器操作数的偏移地址
（2）总线接口单元BIU(bus interface unit) BIU完成所有的总线操作 EU和BIU并行工作，可以同时进行读/写操作和执
行指令的操作
2.2 8086/8088 的寄存器
8个 通用 寄存器
2个 控制寄存器
4个 段寄存器
2.2 8086/8088 的寄存器
1.通用寄存器
通用寄存器共8个：AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI， 均为16位,在EU部件中
AX,BX,CX,DX均可分成高8位和低8位，作为独立 的8位寄存器使用：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL
2.2 8086/8088 的寄存器 3.状态标志寄存器(status flags)
9个标志位，其中6个状态标志，3个控制标 志
2.2 8086/8088 的寄存器
（1）状态标志 反映EU执行算术或逻辑运算后的结果 进位标志位CF 加减运算执行后，最高位有进位或借位， CF=1；无进位或借位，CF=0 主要用于多字节加减运算 辅助进位标志位AF 最低4位D3～D0位有进位或借位，AF=1； 无进位或借位，AF=0
1 微处理器概述
20世纪70年代后期，超大规模集成电路(VLSI)投入 使用，出现了第三代微处理器。Intel公司的8086／ 8088，Motorola公司的M68000和Zilog公司的 Z8000等16位微处理器相继问世，它们的运算速度比8 位微处理器快2～5倍，采用HMOS高密度工艺，集成度 达29 000个晶体管／片，赶上或超过了20世纪70年代 小型机的水平。从此，传统的小型计算机受到严峻的挑 战。
AX——累加器，BX——基址寄存器 CX——计数寄存器，DX——数据寄存器 SP——堆栈指示器，BP——基址指示器 SI——源变址寄存器，DI——目的变址寄存器
2.2 8086/8088 的寄存器
2.指令指示器IP(instruction point)
IP ——硬件电路，能自动跟踪指令地址。 在开始执行程序时,赋给IP第一条指令的地址, 然后每取一条指令,IP的值就自动指向下一 条指令的地址
8086和8088 CPU的内部基本相同，但它们的外部性能是有 区别的。8086是16位数据总线，而8088是8位数据总线，在处 理一个16位数据字时，8088需要两步操作而8086只需要一步。
8086和8088 CPU的内部都采用16位字进行操作及存储器 寻址，两者的软件完全兼容，程序的执行也完全相同。然而， 由于8088要比8086有较多的外部存取操作，所以，对相同的程 序，它将执行得较慢。这两种微处理器都封装在相同的40脚双 列直插组件(DIP)中。
总之，20世纪70年代至今，微处理器的发展是其他 许多技术领域望尘莫及的，如1989年推出了80486， 1993年推出了Pentium及80586等更高性能的32位及 64位微处理器，它也促进了其他技术的进步。
本章以讲解16位8086／8088微处理器为中心，第 5章再介绍80386，80486及Pentium等芯片的原理。 因为它们是当今许多流行的微型计算机，如IBM PC及 许多兼容机联想，同方，COMPAQ等个人计算机的 CPU。
微型计算机及应用
16位微处理器
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概述
2 8086/8088微处理器
3 8086/8088的CPU总线 4 主要操作时序
1 微处理器概述
微处理器(microprocessor)是微型计算机的运算及控制部件， 也称中央处理单元(CPU)。它本身不构成独立的工作系统，因而 它也不能独立地执行程序。通常，微处理器由算术逻辑部件 (ALU)、控制部件、寄存器组和片内总线等几部分组成。
第一代微处理器是1971年Intel公司推出的4004，以后又推 出了4040和8008。它们是4位及8位微处理器，只能进行串行的 十进制运算，集成度达到2 000个晶体管／片，用在各种类型的 计算器中已经完全能满足要求。
第二代微处理器是1974年推出的8080，M6800及Z80等。 它们是采用NMOS工艺的8位微处理器，集成度达到9 000个晶 体管／片。在许多要求不高的工业生产和科研开发中已可运用。 这些8位微处理器构成的计算机系统对许多算术运算和其他操作 都必须编制程序。8位微处理器只有16位地址线，最多可寻址 64K个存储单元，对于具有大量数据的大型复杂程序都可能是不 够的。