微机原理与接口技术课件 ppt

第2章 微处理器
❖ 微处理器，又称中央处理单元（Central Processing Unit,CPU)是采用大规模（LSI）或超大 规模集成电路（VLSI）技术制成的半导体芯片。它 将控制单元，寄存器组，算术逻辑单元（ALU）及 内部总线集成在芯片上，组成具有运算器和控制器 功能的部件。
2.1 8086微处理器的结构
CL
8位计数器
移位或循环移位时用作移位次数计数器
在间接寻址的I/O指令中提供端口地址；字乘时存放积的高字，字
DX
16位数据（Data）寄存 器
除时提供被除数高字并存放余数
2.指针及变址寄存器（4个16位寄存器）
❖ EU中有两个地址指针寄存器和两个变址寄存器， 它们分别为：
▪ SP（Stack Pointer），堆栈指针寄存器 ▪ BP（Base Pointer），基址指针寄存器 ▪ SI （Source Index），源变址寄存器 ▪ DI （Destination Index），目的变址寄存器
字节乘时提供一个操作数并存放积的高字节；字节除时提供被除数
AH
AX的高8位
的高字节并存放余数；LAHF指令中充当目的操作数
基址(Base)寄存器,支持多
BX
种寻址,常用作地址寄
存器
XLAT指令中提供被查表格中源操作数的间接地址
CX
16位计数器 （Counter）
串操作时用作串长计数器；循环操作中用作循环次数计数器
➢ 1. 执行部件EU：由运算器、寄存器组、控制器等 组成，负责指令的执行
➢ 2.总线接口部件BIU：由指令队列、地址加法器、 总线控制逻辑等组成，负责与系统总线打交道
8086CPU的内部功能结构框图
AB(20位)
器数 据 寄 存
指针 和变 址寄 存器
AH AL AX BH BL BX CH CL CX DH DL DX
SP BP SI DI
ALU数据总线 （16位）
地址加法器
CS DS SS ES IP 内部暂存器
暂存寄存器
（8位）
DB(16位)
总线 控制 逻辑
8086 总线
ALU
EU 控制器
123456 队列总线 指令队列缓冲器
标志寄存器FR 执行部件（EU）
总线接口部件（BIU）
1.执行部件EU
❖ (1)EU的功能： ▪ A. 从BIU的指令队列缓冲器中取出指令，由EU 控制器的指令译码器译码产生相应的操作控制 信号给各部件 ▪ B. 对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运 算结果的状态特征保存到状态寄存器FR中 ▪ C. EU不直接与CPU外部系统相连，当需要与 主存储器或I/O设备交换数据时，EU向BIU发出 命令，并提供给BIU16位有效地址及所需传送 的数据
❖ （3）EU的特点：
▪ A.通用数据寄存器AX，BX，CX，DX，既可以作16位寄存 器使用，也可以分成高、低8位分别作两个8位寄存器使用。 地址指针BP，SP和变址寄存器SI，DI都是16位寄存器。
▪ B.ALU的核心是16位二进制加法器
▪ C.16位状态标志寄存器（7位未用）存放操作后的状态特 征和设置的控制标志。如下图所示：
❖ 8086是Intel系列的第三代16位微处理器，采用了 HMOS高密度工艺，每片集成4万多只晶体管，单 一+5v电源，主频为5MHz/10MHz。它的内部和 外部的数据总线宽度是16位，地址总线宽度20位， 可寻址空间达220，即1MB。
2.1.1 8086的功能结构
❖ 8086微处理器的内部功能结构（如图）由两个独 立的工作部件——执行部件EU（Execution Unit） 和总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）构成 ：
❖(2)执行部件EU的组成
▪ A. EU由算术逻辑单元ALU ▪ B. 通用数据寄存器组(4个16位通用寄存器）
AX、BX、CX、DX ▪ C. 地址指针和变址寄存器(4个16位专用寄存器）
SP、BP、SI、DI ▪ D. 标志寄存器 (FR/PSW) ▪ E. 数据暂存寄存器 ▪ F. EU控制器组成
2.1.2 8086的寄存器结构
❖ 8086CPU内部设有三组信息寄存器（通用数据寄 存器组，地址指针和变址寄存器，段寄存器组） 和一个标志寄存器及一个指令指针寄存器IP。
1.通用数据寄存器
❖EU中设置了四个16位通用寄存器，它们分 别是AX,BX,CX和DX。它们可以拆成两个 独立的8位寄存器使用。通用寄存器可参与 算术和逻辑运算，但它们还有各自特殊的 用途。
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
PSW
▪ D.EU控制器是执行指令的控制电路，实现从队列中取指令、 译码、产生控制信号等。
2.总线接口部件BIU
❖(1) BIU的功能: ▪ 1) BIU从主存取指令送到指令队列缓冲器 ▪ 2) CPU执行指令时，总线接口单元要配合 EU从指定的主存单元或外设端口中取数据， 将数据传送给EU或把EU的操作结果传送 到指定的主存单元或外设端口中 ▪ 3) 计算并形成访问存储器的20位物理地址
(3)BIU的特点：
❖ ▪ 2) 地址加法器是用来产生20位存储器物理地址 的。物理地址的计算公式为： • 物理地址(20位)= 段基址(16位)×16+ 偏移地 址(16位) {由寻址方式计算出的有效地址EA（Effective Address） }
▪ 3) 8086分配20条引脚线分时传送20位地址， 16位数据和4位状态信息。
❖(3)BIU的组成:
▪ 1) 4个16位段寄存器 DS、ES、CS、SS ▪ 2) 16位指令指针寄存器（IP） ▪ 3) 20位物理地址加法器 ▪ 4) 6字节指令队列及总线控制逻辑
(3)BIU的特点：
1) 指令队列是由6个字节的寄存器组成（8088指令 队列由4个字节组成），采用“先进先出”原则。
❖它们的具体用法如图所示：
表2-1 8086中通用寄存器的一般用法和隐含用法
寄存器
一般用法
隐含用法
AX
16位累加器 （Accumulator)
字乘时提供一个操作数并存放积的低字;字除时提供被除数的低字 并存放商
字节乘时提供一个操作数并存放积的低字节并存放商；BCD码运算指令和XLAT指令中作累加器； 字节I/O操作中存放8位输入/输出数据