第4章 16位微处理器资料
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电子科学系
发展历程
1. 第一代——4位或低档8位微处理器
第一代微处理器的典型产品是Intel公司1971 年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出 的低档8位CPU 8008。
电子科学系
2.第二代——中高档8位微处理器
之后逐渐形成以Intel公司、Motorola公司、 Zilog公司产品为代表的三大系列微处理器。第 二代微处理器的典型产品有1974年Intel公司生 产的8080 CPU， Zilog 公司生产的Z80 CPU、 Motorola公司生产的MC6800 CPU以及Intel 公 司1976年推出的8085CPU。它们均为8位微处 理器，具有16位地址总线。
图4.1
电子科学系
电子科学系
4.2.1 执行部件
执行部件(EU)的功能就是负责指令的执行。将指 令译码并利用内部的寄存器和ALU对数据进行所需的 处理。
从结构图4.1中，可见到执行部件由下列部分组成： (1) 4个通用寄存器，即AX，BX，CX，DX； (2) 4个专用寄存器，即
基数指针寄存器BP， 堆栈指针寄存器SP， 源变址寄存器SI， 目的变址寄存器DI； (3) 标志寄存器(FR)； (4) 算术逻辑部件(ALU)。
电子科学系
15 8 7
AX
AH
AL
BX
BH
BL
CX
CH
CL
DX
DH
DL
0 累加器 基址 计数 数据
数据寄存器
AX、BX、CX、DX，用于存放16的数据和地址。
可以拆分成AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、 DL，用来存放8位数据，可以独立寻址，独立使 用。
隐含使用：AX作为累加器；
BX作为基址寄存器；
第4章 16位微处理器
4.1 16位微处理器概述 4.2 8086/8088 CPU的结构 4.3 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式 4.4 8086/8088的主要操作功能
电子科学系
4.1 16位微处理器概述
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 (Central Processing Unit, 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，这些都已在前面讲过了。
电子科学系
8086／8088的EU有如下特点：
(1) 4个通用寄存器既可以作为16位寄存器使用， 也可以作为8位寄存器使用。例如当BX寄存器 作为8位寄存器时，分为BH和BL，BH为高8位， BL为低8位。
(2) AX寄存器也常称为累加器，8086指令系统中 有许多指令都是通过累加器的动作来执行的。 当累加器作为16位来使用时，可以进行按字乘 操作、按字除操作、按字输入／输出和其他字 传送等；当累加器作为8位来使用时，可以实现 按字节乘操作、按字节除操作、按字节输入／ 输出和其他字节传送，以及十进制运算等。
电子科学系
5. 第五代——64位高档微处理器
第五代微处理器的典型产品是1993年Intel公司 推出的Pentium(奔腾，Intel 586)以及IBM、Apple和 Motorola三家公司联合生产的Power PC。
Pentium微处理器数据总线为64位，地址总线 为36位，有两条超标量流水线，两个并行执行单元 及双高速缓冲存储器，工作频率有1.4 GHz 、 1.6GHz 、2.0GHz 和2.3GHz等。
的执行都由加法器来完成。
(4) 标志寄存器FR共有16位，是一个16寄存器， 其中9位作标志位,另外7位未用，所用的各位含 义如下：
可使用汇编语言及BASIC、FORTRAN等 高级语言编写程序。
电子科学系
3．第三代——16位微处理器
第三代微处理器的典型产品是1978年Intel公司
生产的808பைடு நூலகம் CPU，286、Zilog公司的Z8000
CPU和Motorola公司的MC6800 CPU。它们均为
16位微处理器，具有20位地址总线。
1985年，Intel公司推出了32位微处理器芯片80386 ，其地址总线也为32位。80386SX内部结构位32位， 外部数据总线为16位；80386DX内部结构、外部数据 总线皆为32位，采用80387作为协处理器。
1990年，Intel公司在80386基础上研制出新一代 32位微处理器芯片80486，其地址总线仍然为32位。 它相当于把80386、80387及8KB高速缓冲存储器 (Cache)集成在一块芯片上，性能比80386有较大提高 。
为方便原8位机用户，Intel公司在8086推出后
不久便很快推出准16位的8088CPU，其指令系统
与8086完全兼容，CPU内部结构仍为16位，但外
部数据总线是8位的。并以8088为CPU组成了
IBM PC、PC/XT等准16位微型计算机，由于其
性能价格比高，很快占领了市场。
电子科学系
4．第四代——32位高档微处理器
BP—基址指针，用于存放位于堆栈段中的一个数据区基址的 偏移地址。
SI—源变址寄存器，存放源操作数地址的偏移量；
DI—目的变址寄存器，存放目的操作数地址的偏移量；
SP、BP的段基址由寄存器SS提供，SI、DI其段基址由 寄存器DS提供。
电子科学系
8086／8088的EU有如下特点：（续） (3) 加法器是算术逻辑的主要部件，绝大部分指令
CX作为计数寄存器；
DX在乘除运算中做辅助累加器。
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15 SP BP SI DI
0
堆栈指针 基址指针 源变址 目的变址
地址指针寄存器 变址寄存器
SP、BP、SI、DI，都是16位寄存器，可以存放数据， 通常用来存放逻辑地址的偏移量，是形成20位物理地址的其 中一部分。
SP—堆栈指针，是栈顶的偏移量。
Power PC是一种精简指令集计算机，也是一 种性能优异的64位微处理器，其中也采用了先进的 超标量流水线技术及双高速缓冲存储器。
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4.2 8086／8088 CPU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的内部结构如图 4.1所示。
发展历程
1. 第一代——4位或低档8位微处理器
第一代微处理器的典型产品是Intel公司1971 年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出 的低档8位CPU 8008。
电子科学系
2.第二代——中高档8位微处理器
之后逐渐形成以Intel公司、Motorola公司、 Zilog公司产品为代表的三大系列微处理器。第 二代微处理器的典型产品有1974年Intel公司生 产的8080 CPU， Zilog 公司生产的Z80 CPU、 Motorola公司生产的MC6800 CPU以及Intel 公 司1976年推出的8085CPU。它们均为8位微处 理器，具有16位地址总线。
图4.1
电子科学系
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4.2.1 执行部件
执行部件(EU)的功能就是负责指令的执行。将指 令译码并利用内部的寄存器和ALU对数据进行所需的 处理。
从结构图4.1中，可见到执行部件由下列部分组成： (1) 4个通用寄存器，即AX，BX，CX，DX； (2) 4个专用寄存器，即
基数指针寄存器BP， 堆栈指针寄存器SP， 源变址寄存器SI， 目的变址寄存器DI； (3) 标志寄存器(FR)； (4) 算术逻辑部件(ALU)。
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15 8 7
AX
AH
AL
BX
BH
BL
CX
CH
CL
DX
DH
DL
0 累加器 基址 计数 数据
数据寄存器
AX、BX、CX、DX，用于存放16的数据和地址。
可以拆分成AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、 DL，用来存放8位数据，可以独立寻址，独立使 用。
隐含使用：AX作为累加器；
BX作为基址寄存器；
第4章 16位微处理器
4.1 16位微处理器概述 4.2 8086/8088 CPU的结构 4.3 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式 4.4 8086/8088的主要操作功能
电子科学系
4.1 16位微处理器概述
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 (Central Processing Unit, 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，这些都已在前面讲过了。
电子科学系
8086／8088的EU有如下特点：
(1) 4个通用寄存器既可以作为16位寄存器使用， 也可以作为8位寄存器使用。例如当BX寄存器 作为8位寄存器时，分为BH和BL，BH为高8位， BL为低8位。
(2) AX寄存器也常称为累加器，8086指令系统中 有许多指令都是通过累加器的动作来执行的。 当累加器作为16位来使用时，可以进行按字乘 操作、按字除操作、按字输入／输出和其他字 传送等；当累加器作为8位来使用时，可以实现 按字节乘操作、按字节除操作、按字节输入／ 输出和其他字节传送，以及十进制运算等。
电子科学系
5. 第五代——64位高档微处理器
第五代微处理器的典型产品是1993年Intel公司 推出的Pentium(奔腾，Intel 586)以及IBM、Apple和 Motorola三家公司联合生产的Power PC。
Pentium微处理器数据总线为64位，地址总线 为36位，有两条超标量流水线，两个并行执行单元 及双高速缓冲存储器，工作频率有1.4 GHz 、 1.6GHz 、2.0GHz 和2.3GHz等。
的执行都由加法器来完成。
(4) 标志寄存器FR共有16位，是一个16寄存器， 其中9位作标志位,另外7位未用，所用的各位含 义如下：
可使用汇编语言及BASIC、FORTRAN等 高级语言编写程序。
电子科学系
3．第三代——16位微处理器
第三代微处理器的典型产品是1978年Intel公司
生产的808பைடு நூலகம் CPU，286、Zilog公司的Z8000
CPU和Motorola公司的MC6800 CPU。它们均为
16位微处理器，具有20位地址总线。
1985年，Intel公司推出了32位微处理器芯片80386 ，其地址总线也为32位。80386SX内部结构位32位， 外部数据总线为16位；80386DX内部结构、外部数据 总线皆为32位，采用80387作为协处理器。
1990年，Intel公司在80386基础上研制出新一代 32位微处理器芯片80486，其地址总线仍然为32位。 它相当于把80386、80387及8KB高速缓冲存储器 (Cache)集成在一块芯片上，性能比80386有较大提高 。
为方便原8位机用户，Intel公司在8086推出后
不久便很快推出准16位的8088CPU，其指令系统
与8086完全兼容，CPU内部结构仍为16位，但外
部数据总线是8位的。并以8088为CPU组成了
IBM PC、PC/XT等准16位微型计算机，由于其
性能价格比高，很快占领了市场。
电子科学系
4．第四代——32位高档微处理器
BP—基址指针，用于存放位于堆栈段中的一个数据区基址的 偏移地址。
SI—源变址寄存器，存放源操作数地址的偏移量；
DI—目的变址寄存器，存放目的操作数地址的偏移量；
SP、BP的段基址由寄存器SS提供，SI、DI其段基址由 寄存器DS提供。
电子科学系
8086／8088的EU有如下特点：（续） (3) 加法器是算术逻辑的主要部件，绝大部分指令
CX作为计数寄存器；
DX在乘除运算中做辅助累加器。
电子科学系
15 SP BP SI DI
0
堆栈指针 基址指针 源变址 目的变址
地址指针寄存器 变址寄存器
SP、BP、SI、DI，都是16位寄存器，可以存放数据， 通常用来存放逻辑地址的偏移量，是形成20位物理地址的其 中一部分。
SP—堆栈指针，是栈顶的偏移量。
Power PC是一种精简指令集计算机，也是一 种性能优异的64位微处理器，其中也采用了先进的 超标量流水线技术及双高速缓冲存储器。
电子科学系
4.2 8086／8088 CPU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的内部结构如图 4.1所示。