最新《微型计算机原理与接口技术》第2章 微型处理器与总线

8088CPU采用并行工作方式
CPU EU 执行1
执行2
执行3
BIU 取指令2 取操作数 存结果 取指令3 取操作数 取指令4
BUS 忙碌 忙忙碌碌 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌
并行执行n条指令所要的时间为： T0 3t (n 1)t (2 n)t
8088/8086的流水线操作
1.8088 CPU包括两大部分：EU（执行单元）和 BIU（总线接口单元）
结论
指令预取队列IPQ的作用： 使EU和BIU两个部分可同时进行工作， 从而带来了以下两个好处：
1、提高了CPU的效率 2、降低了对存储器存取速度的要求
2.内存的分段管理技术
8088的CPU的内部结构都是16位的，内部总线只能传 送16位二进制码。如果用二进制码表示地址，8088就只 能产生64K个地址。
《微型计算机原理与接口技术》 第2章 微型处理器与总线
一、运算器
运算 器的 组成
算术逻辑单元:它的内部包括加、减、乘、
除运算的加法器，及实现与、或、非、异或 等逻辑运算功能的部件。
通用或专用寄存器组：提供操作数和暂存中
间运算结果及结特征；
内部总线：用于传送数据和指令
运算器的结构按内部总线数量不同分为：
2、实现时序控制 指令的执行是在时钟信号的控制下进行的。一条指令的执行时间
为指令周期。不同的指令周期中所包含的机器周期数是不相同的。 而一个机器周期中包含多少节拍也是不一样的。时序信号由控制器 产生，使系统按一定的时序关系进行工作。
3、完成操作控制
⑴、根据指令流程，确定在指令周期的各个节拍中要产生的微 操作控制信号，以有效地完成各条指令的操作过程。
CPU
取指1
分析 指令1
执行 指令1
取指2
分析 指令2
Hale Waihona Puke Baidu执行 指令2
取指3
分析 执行 指令3T0指令3n3t
t
总线BUS 忙
忙
忙
t
若不考虑取操作数和写结果，将指令的执行过程
可简化为三步，并设这三步所要的时间完全相等，
都为 t ，采用顺序执行方式执行n条指令所将要的时
间为 T0 3nt
指 令
的
并行工作方式：
执行 存结果
1
1
取指令 2
取操 作数2
执行 2
BUS 忙碌
忙碌 忙碌 忙碌
1） CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成 2） CPU执行指令时总线处于空闲状态 缺点：CPU无法全速运行 解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到
取指令和执行指令示意图（1）
8位CPU（如8080）
旁路器
它用两条总线来传送操作数， 一条专门用于传送运算结果。
特点：只要ALU运算速度足够快，全部操作 可一步完成。
二、控制器
控制器的作用：控制程序的执行，必须具备以下几处功能
1、完成指令控制 指令在存储器中是连续存放的，一般情况下，指令被按照顺序一
条条取出执行，只有在碰到转移指令时才会改变顺序。控制器要能 根据指令所在的地址按顺序或在遇到转移指令时按照转移地址取出 指令，分析指令，传送必要的操作数，并在指令执行结束后存放运 算结果。
1、单总线结构运算器
AB
寄存器组
ALU
所有部件通过一条内部总线传递信息 ，任何时刻只有一组数据从源部件传 送到目标部件。当要进行一次双操作 数的运算时，首先通过总线将第一个 操作数放入锁存器A或B中，然后现 通过总线传送另一个操作数到另一个 锁存器中，之后进入ALU进行运算。 运算结果再通过总线送到内部通用寄 存器。
指令的一般执行过程：
取指令 指令译码 读取操作数 执行指令 存放结果
串行和并行方式的指令流水线：
串行工作方式：
BIU（总线接口单元）和EU（执行单元） 交替工作，按顺序完成上述指令执行过程;
并行工作方式：
BIU和EU可同时工作。
串行工作方式：
8088以前的CPU采用串行工作方式：
CPU
取指令 1
⑴、BIU不断地从存储器取指令送入IPQ（指令预取列 队），EU不断地从IPQ取出指令执行 ⑵、EU和BIU构成了一个简单的2工位流水线 ⑶、指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似 于工厂流水线的传送带）
2.新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可 以同时执行更多的指令
例如，PIII为14个阶段，P4为20个阶段(超级流水线)
本课程主要介绍8088（IBM PC采用）
一.8088/8086 CPU的特点
1、采用并行流水线工作方式 2、对内存空间实行分段管理：
➢ 每段大小为16B～64KB ➢ 用段地址和段内偏移实现对1MB空间的寻址 ➢ 设置地址段寄存器指示段的首地址
3、支持多处理器系统（最大模式）；
1.8088/8086的指令流水线
特点：结构简单，但速度比较慢。
2、双总线结构运算器
BUS
BUS
ALU
寄存器组 缓冲区
双总线结构在运算器内部用两条总 线来传送数据，参加运算的操作数 可以同时通过两条总线送到ALU进 行运算，运算结果经缓冲器再通过 任意一条总线送到通用寄存器。
特点：运算速度比单总线结构要快。
3、三总线结构运算器
BUS 寄存器组 ALU
概述
8088、8086基本类似
16位CPU、AB宽度20位
差别：
1.指令预取队列：8088为4字节，8086为6字节 2.数据总线引脚：8088有8根，8086有16根 3.控制线引脚： 8088为IO/M，而8086为M/IO
8088为准16位CPU，内部DB为16位，但外部 仅为8位，16位数据要分两次传送
●微操作控制部件：用于产生与各条指令相对应的微操作。
一条指令的功能是通 过按一定次序执行一 系列基本操作完成的
。
控制器结构示意图 核心 部件
自存储器
… 指令译码
指令寄存器
至存储器 地址加法器
程序计数器
微
各部
操
： 件微
作
操作
控
控制
制
信号
时序逻辑
§2.2 8088/8086微处理器
主要内容： 1.8088CPU外部引线及功能； 2.8088CPU的内部结构和特点； 3.各内部寄存器的功能； 4.8088的工作时序
⑵、还要对异常情况及某些外部请求的处理能力。
控制器的组成：
●程序计数器PC：用来存放下一条要执行的指令在存储器中的地址 ●指令寄存器IR：用来存放从存储器中取出的待执行的指令。 ●指令译码器ID：对指令寄存器中的指令进行“翻译”以确定进行 什么操作；
●时序控制器：产生计算机工作中所要的各种时序信号；