微处理器的工作原理

ALU
指令队列
标志
执行部件 EU
总线接口部件 BIU
8086的寄存器
1.
数据寄存器组： AX：累加器，BX：基址寄存器， CX：计数器，DX：数据寄存器 指示寄存器和变址寄存器组 SI：源变址器， DI：目的变址器， SP：堆栈指示器，BP：基础指示器 段寄存器 CS：代码段寄存器，DS：数据段寄存器， ES：辅助段寄存器，SS：堆栈段寄存器
第二章 微处理器的工作 原理
2.1 CPU的基本结构和操作
ALU
微操作控制单元
寄存器组 运算器
指令译码器
+1 程序计数器PC
指令寄存器
地址寄存器
数据缓冲寄存器
地址总线
数据总线
CPU
取指令
1、PC地址地址 寄存器地址总线 2、控制单元读 信号 3、数据总线数 据缓冲寄存器指 令寄存器译码器 操作单元
第二章提纲
1.
CPU执行一条指令的过程，包括取指令、取数据
、写数据；
2. 3. 4.
CPU寻址空间与数据线的关系； 8086内部的寄存器； 8086CPU20位地址线的形成，如何由逻辑地址 计算物理地址； 8086CPU数据线和地址线的分时复用； 流水线的概念。
5. 6.
一般方式
8086
流水线技术

流水线：把一个指令的处理过程分解成若干个子处理过程，
每个子过程可以与其它指令处理的子过程同时进行处理。

8086的流水线
第一条指令 第二条指令 第三条指令 取指 执行 取指 执行 取指 执行
流水线技术

3级流水线CPU的执行过程：
第一条指令 取指 译码 执行
第二条指令
地 址 译 码 器
... 读/写
...
控制
CPU
写数据
1、地址码地址 寄存器地址总线
2、寄存器数据
+1
ALU 寄存器组 运算器
微操作控制单元
指令译码器
程序计数器PC
指令寄存器
缓冲寄存器数据 总线
3、控制单元写
地 址 总 线
地址寄存器
数据缓冲寄存器
数据总线 00 01 02 03 04 05 06 08 05H 05H 00H 06H 06H 08H 07H 内存
总线周期
总线周期 指令周期
空闲
总线周期
空闲
总线读时序
总线读时序
数据线和地址线的分时复用
STB
ALE A19~A16
8282
地址总线
AD15~AD0
8086
DEN DT/R
A OE
T
B
8286
数据总线
总线信号形成
8086最小系统应用图
总线写时序
总线写时序
有等待的总线读时序
2.5 总线接口部件(BIU)
11
12
CLK：时钟信号，输入；
MN/MX：最大模式、最小模式控制信号，输入。
2.4 8086的基本时序



指令周期：执行一条指令所需要的全部时间称为一个指令 周期； 总线周期：CPU的每一次信息输入/输出过程需要的时间 称为一个总线周期； 时钟周期：时钟脉冲的重复周期称为时钟周期。
时钟周期 时钟周期
第三条指令
取指
译码
取指
执行
译码 执行

7级流水结构：
取 指 令 指 令 译 码 地 址 形 成 取 操 作 数 操 作 执 行 写 结 果 修 改 指 令 指 针
第一章提纲
1.
冯.诺依曼结构计算机的特点；
2.
3. 4. 5.
总线的概念，片总线包括哪几部分；
2,10,16进制转换； 原码、反码、补码表示； 补码加减运算，溢出判断。

存储空间：按8位字节组织
16位字（Word）数据存储在相邻单元中，按照“低位在前， 高位在后”的方式存放。
存储器地址 12000H 12001H 12002H 存储器内容 A1H 20H 10H
AX = 20A1H CX = 1020H
12003H
21H
C语言中变量的存储
a = 0x2233； long int 60000H a = 0x22334455； 55H
信号
地 址 译 码 器
... 读/写
...
Baidu Nhomakorabea
控制
2.2 8086 CPU的结构
20位
AH
BH
AL
BL
AX
BX
CX
16位
CS 段寄存器
CH
DH
CL
DL
DX
通用寄存器组
SP BP
DI
DS
SS
ES
IP 内部暂存器
SI
输入输出 控制电路
16位
运算寄存器 16位 执行部分 控制电路 1 2 3 4 5 6
外 部 总 线
+1
ALU 寄存器组 运算器
微操作控制单元
指令译码器
程序计数器PC
指令寄存器
地址寄存器
数据缓冲寄存器
数据总线 00 01 02 03 04 05 06 08 05H 05H 00H 06H 06H 08H 07H 内存
地 址 总 线
地 址 译 码 器
...
...
4、PC地址+1
读/写
控制
CPU
读数据

例1：
MOV AX, [2000H] ;DS = 1000H
物理地址 = 1000H ╳10H + 2000H = 12000H
存储器地址的形成

例2： MOV CX, [BX] ;DS = 1000H, BX = 2001H
物理地址 = 1000H ╳10H + 2001H = 12001H

2.
3.
8086的寄存器
4.
程序计数器（指令指针）：IP 标志寄存器：IF 进位标志：CF，零标志： ZF， 符号标志：SF，溢出标志：OF， 奇偶标志：PF，方向标志：DF， 中断标志：IF， 跟踪标志：TF， 辅助进位标志：AF。
5.
存储器组织

8086CPU：20条地址线
1. 2.
地址编号：00000H~FFFFFH； 寻址能力：1M字节（Byte）。
①
2. 3.
ALE：地址锁存信号，高电平时AD0~AD15为地址信 息，输出；
DEN：数据允许信号，输出； DT/R：数据收发信号，输出； RD：读信号，输出； WR：写信号，输出；
② ③ ④ ⑤
8086的引脚
3.
控制信号线：
⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
M/IO：存储器/输入输出控制信号，输出；
RESET：复位信号，输入； NMI：不可屏蔽中断信号，输入； INTR：中断信号，输入； READY：数据准备好，输入；
存储器分段：



数据段：段寄存器 DS； 代码段：段寄存器 CS； 辅助段：段寄存器 ES； 堆栈段：段寄存器 SS；

段内寻址范围：216 = 65536 (64K)
2.3 Intel 8086的引脚功能
8086的引脚
1.
地址线：AD0~AD15， A16~A19，20位地址总线，地 址线和数据线分时复用； 数据线：AD0~AD15(8086) 控制信号线：
1、地址码地址 寄存器地址总线
+1
ALU 寄存器组 运算器
微操作控制单元
指令译码器
程序计数器PC
指令寄存器
2、控制单元读 信号 3、数据总线数 据缓冲寄存器寄 存器
地 址 总 线
地址寄存器
数据缓冲寄存器
数据总线 00 01 02 03 04 05 06 08 05H 05H 00H 06H 06H 08H 07H 内存
偏移地址：
存放在偏移寄存器中 – BX, SI, DI, SP, BP, IP
存放在存储器中(指令中的直接地址) – [1000H]
存储器地址的形成

20位地址的形成： 段地址╳10H + 偏移地址 = 20位物理地址
偏移地址 BX, SI, DI 直接地址 SP, BP IP 默认段寄存器 DS DS SS CS
int
60000H
60001H 60002H 60003H
33H
22H
60001H
60002H 60003H
44H
33H 22H
存储器地址的形成

16位数据20位地址？
解决方案：2个16位数20位地址
段地址：偏移地址 20位地址 （逻辑地址） （物理地址）


段地址：存放在段寄存器中 – CS, DS, ES, SS