第3讲 第2章 8086微处理器结构及工作原理(1)
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（b）功能 从BIU指令队列中读取指令； 由EU控制电路对指令进行译码分析，指出操作性质及对象； 在EU中计算出操作数的16位地址偏移量送给BIU，由BIU的∑形成 20位绝对地址； 将取来的操作数经系统数据总线送ALU进行指定操作； 运算结果经内部总线送到指定位置；
第二章 8086微处理器结构及工作原理 28
第二章 8086微处理器结构及工作原理 27
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构组成 （1）执行单元（EU）
（a）组成 16位算术逻辑单元ALU; 16位状态标志寄存器FLAG; 8个16位通用寄存器组(AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI) 16位数据暂存器； EU控制电路；
执行单元EU——负责指令的译码、执行和数据的 运算
两个单元相互独立，分别完成各自操作 两个单元可以并行执行，实现指令取指和执
行的流水线操作
第二章 8086微处理器结构及工作原理 24
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
Intel8086是标准的16位微处理器；Intel 8088是准16位微处理器，它们在内 部结构上都是按16位设计的，但Intel 8088在外部引脚上和当时的8位微处 理器Inter8080/8085相兼容。
软件系应统用软软件件操 语作 言系 编统 译程 D序OS,WINDOWS,OS / 2,UNIX , Macintosh
数据库
硬件和软件的关系？
第二章 8086微处理器结构及工作原理 14
主机板组成
8087 协 处 理 器
8088 微 处 理 器
地址锁存器 数据收发器
8288 总线控制器
8284 时钟发生器
【知识点】
2.1 微型计算机的组成及工作原理 2.2 8086/8088微处理器的功能结构 2.3 8086引脚信号和工作模式 2.4 8086操作时序
第二章 8086微处理器结构及工作原理 6
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
微型计算机的组成 微型计算机系统 （MCS—Micro-Computer System） 微型计算机工作原理
在CPU内部
在CPU外部
•
控制总线（CB-Control Bus):
– 用以控制计算机各部件协调工作。各自独立，有发出， 也有接收。
地址/数据复用总线：
– 地址总线和数据总线复用，分时传送地址信息和数据 信息（由同步信号区分），这样可以节省CPU引脚，但 外部电路复杂。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 12
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
3D0－3DF
彩色图形适配器CGA
3F0－3F7
软盘适配器
3F8－3FF
串行通信接口COM1
第二章 8086微处理器结构及工作原理 18
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
3、微型计算机工作原理 软件和硬件的协调使一台计算机正常工作。简而言之，用户 通过程序中的指令指挥计算机按要求工作。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 19
不仅数据总线的位数加宽了一倍，更重要的是采用了流水线处理技术。
一条指令的执行可以分为： 取指令 指令译码 指令执行
在指令执行时根据需要在存储器中存取操作数。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 25
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
8086 与以往的8位机的最大区别
在8位微处理器中，是按照这三步周而复始的循环来工作的，每次取 指令都是直接从存储器中取出的。计算机执行程序时，CPU的工作 顺序是：
第二章 8086微处理器结构及工作原理 29
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构组成 （2）、总线接口单元
（b）功能： 实现CPU与存储器或I/O口之间的数据传送。
自动按CS值和IP值组成20位实际地址到存储器中去取指令，一次取两 个字节指令存放到指令队列中。
PC机仅使用低10位A0～A9，寻址1024
1F0－个1F88位I/O端硬口盘适配器
200－207
游戏接口
278－27F
并行打印机接口LPT2
I/O
Leabharlann Baidu
2F8－2FF
串行通信接口COM2
378－37F
并行打印机接口LPT1
通
380－38F
SDLC通信接口
3A0－3AF
BSC通信接口
道
3B0－3BF
单色显示/打印机适配器
第二章 8086微处理器结构及工作原理 9
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
• CPU: 实现运算和控制功能的部件，运算器ALU、控制器和寄存器 组成。
• 运算器: 完成算术和逻辑运算，控制器由指令寄存器、指令译码器和 控制电路组成，完成对指令的存取、执行等的控制。
• 寄存器: 暂存运算操作数和结果。
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
8086CPU的功能结构 寄存器结构及操作
第二章 8086微处理器结构及工作原理 20
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构 Intel 8086 /8088双列直插封装，40引脚，单一正5V 供电。具有16位的数据总线，20位的地址总线，可 以管理1MB的存储器空间和64K的端口地址。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 21
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构框图
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL SP BP
SI DI
暂存器
EU
控
ALU
制
CS DS SS ES IP
暂存器
总线 控制 逻辑
第二章 8086微处理器结构及工作原理 26
MPU 等待取指1 执行1 等待取指2 执行2 等待取指3 执行3
总线
忙
闲
忙
闲
忙
闲
传统微处理器的指令执行过程
BIU 取指1 取指2 取指3 取指4 取指5 取指6
EU
执行1 执行2 执行3 执行4 执行5 执行6
总线 忙
忙
忙
忙
忙
忙
8086CPU的指令执行过程
只读存储 器ROM
随机存储器 RAM
8259 中断控制
器
地址总线
数据总线
I/O 通
道 控制总线
8237
8253
DMA控制器 定时控制器
8255 并行接口
扬声器 接口
键盘 接口
系统 配置 开关
第二章 8086微处理器结构及工作原理 15
1. 微处理器子系统
8088：16位内部结构、8位数据总线、20位 地址总线、4.77MHz主频
微型计算机原理与应用
第2章 8086微处理器结构 及工作原理(1)
【主要内容】
1．微型计算机硬件组成 2. 微型计算机基本工作原理 3．80x86功能结构
第二章 8086微处理器结构及工作原理 2
【学习目标】
1．掌握微型计算机的组成； 2．掌握微型计算机的工作原理； 3．掌握8086的功能结构； 4．掌握8086的工作方式； 5．理解8086的工作时序； 6．了解80x86的功能结构。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 11
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
总线：计算机用来传输信息的一组通讯线
•
地址总线（AB-Address Bus)：
– 用来指定寻址的存储器单元或I/O口。单向，成组使用 （8086有20根地址线）。
•
数据总线（DB-Data Bus):
– 用来传递信息的通讯线。双向，成组使用，计算机的 位一般是指数据线的宽度（8086有16根数据线）。
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.2 寄存器结构及操作
在8086/8088CPU中，把寄存器分成5大类： 数据寄存器； 地址指针寄存器； 段基址寄存器； 状态标志寄存器； 指令指针寄存器；
第二章 8086微处理器结构及工作原理 32
寄存器与存储器的比较：
寄存器
存储器
第二章 8086微处理器结构及工作原理 7
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
1. 微型计算机的组成 如下图所示，微型计算机的硬件由两部分组成，主机和外设。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 8
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
主机
CPU（中央处理单元）控AL制U器（算术逻辑单元） M（存储器）RROAMM((读只写读存存储储器器)) I / O口— —主机与外设匹配连接
• 存储器：指内存储器，用来存放程序、操作数和结果。 • I/O口：控制输入输出设备的接口电路。并行接口，串行接口等。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 10
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
外设：输入设备 输出设备
– 键盘、扫描仪、软硬磁盘、A/D转换器等 – 打印机、绘图仪、D/A转换器等
由EU从指令队列中取指令，并根据EU请求BIU将20位操作地址传送给 存储器；
取来操作数经总线控制逻辑传送到内部EU数据总线，由EU完成内部操 作；
操作结果若EU提出请求，则由BIU负责产生20位实际目标地址，将结果 写入存储器里；
第二章 8086微处理器结构及工作原理 30
指令的执行过程
第二章 8086微处理器结构及工作原理 31
1234 56
FLAG (EU)执行单元
指令队列 (BIU)总线接口单元
第二章 8086微处理器结构及工作原理 22
第二章 8086微处理器结构及工作原理 23
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
8088的内部结构从功能分成两个单元
总线接口单元BIU——管理8088与系统总线的接 口，负责CPU对存储器和外设进行访问
显示RAM 128KB
扩展ROM 128KB
基本ROM 64KB
扩展RAM ≈15MB
FFFFFFH 图 存储空间的分配
常规内存：1MB 常1规M内B基存 本RAM区：640KB
保留RAM区：128KB
扩展ROM区：128KB
扩展内存
15M基B 本ROM区：128KB
扩展内存：用作RAM区
第二章 8086微处理器结构及工作原理 17
2. 微型计算机系统（MCS—Micro-Computer System） 以微型计算机（主机）为核心，配上外围设备、电源和软件
等，能独立工作的完整计算机。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 13
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
CPU
主机M — RAM, ROM
MCS硬件外设外 数II //部 据OO设 口监电 通备控路 道管输软A理D入盘程C设，,序D备R硬AO，C盘M输，BI出光O设S盘备
2. 存储器
ROM-BIOS、主体为RAM
3. I/O接口控制电路
8259A、8253、8237A、8255等
4. I/O通道
62线的IBM PC总线
第二章 8086微处理器结构及工作原理 16
存储空间的分配
000000H 0A0000H 0C0000H 0E0000H 100000H
系统RAM 640KB
第二章 8086微处理器结构及工作原理 3
【重点】
1．微型计算机的组成和工作原理； 2．8086的功能结构； 3．8086工作方式。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 4
【难点】
1.微处理器外部引线及功能 2.CPU内部寄存器的功能及使用 3.时序及总线的形成
第二章 8086微处理器结构及工作原理 5
I/O空间的分配
000－01F
DMA控制器1
020－03F
中断控制器1
系
040－05F
定时计数器
统
060－07F
并行接口电路
板 00A800－－8009B0FFx86访问DM中外A断页设控面制寄时器存2，器 只使用低16位A0～
00CE00－－A00DF1FF5，寻址6DM4协AK处控个理制器器82位I/O端口
取指令 ．．． 执行指令．．． 再取指令．．． 再执行指令．．．
在16位微处理器中，8086微处理器首先采用了预取指令技术，提前 把指令从存储器中取到微处理器中，每次执行指令的时候直接在微 处理器内部就可以获得指令，从而大大提高微处理器的性能。
预取指令技术是通过设置 预取指令缓冲队列 来实现的。 8086CPU 工作顺序是：取指令，执行指令同时进行。并行工作。
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构组成 （2）、总线接口单元BIU
（a）部件
4个16位段寄存器CS,DS,SS,ES; 16位指令偏移地址寄存器IP; 6个字节指令队列ISQ; 形成20位物理地址的加法器∑; 与EU通讯的内部寄存器； 总线控制逻辑；
第二章 8086微处理器结构及工作原理 28
第二章 8086微处理器结构及工作原理 27
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构组成 （1）执行单元（EU）
（a）组成 16位算术逻辑单元ALU; 16位状态标志寄存器FLAG; 8个16位通用寄存器组(AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI) 16位数据暂存器； EU控制电路；
执行单元EU——负责指令的译码、执行和数据的 运算
两个单元相互独立，分别完成各自操作 两个单元可以并行执行，实现指令取指和执
行的流水线操作
第二章 8086微处理器结构及工作原理 24
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
Intel8086是标准的16位微处理器；Intel 8088是准16位微处理器，它们在内 部结构上都是按16位设计的，但Intel 8088在外部引脚上和当时的8位微处 理器Inter8080/8085相兼容。
软件系应统用软软件件操 语作 言系 编统 译程 D序OS,WINDOWS,OS / 2,UNIX , Macintosh
数据库
硬件和软件的关系？
第二章 8086微处理器结构及工作原理 14
主机板组成
8087 协 处 理 器
8088 微 处 理 器
地址锁存器 数据收发器
8288 总线控制器
8284 时钟发生器
【知识点】
2.1 微型计算机的组成及工作原理 2.2 8086/8088微处理器的功能结构 2.3 8086引脚信号和工作模式 2.4 8086操作时序
第二章 8086微处理器结构及工作原理 6
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
微型计算机的组成 微型计算机系统 （MCS—Micro-Computer System） 微型计算机工作原理
在CPU内部
在CPU外部
•
控制总线（CB-Control Bus):
– 用以控制计算机各部件协调工作。各自独立，有发出， 也有接收。
地址/数据复用总线：
– 地址总线和数据总线复用，分时传送地址信息和数据 信息（由同步信号区分），这样可以节省CPU引脚，但 外部电路复杂。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 12
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
3D0－3DF
彩色图形适配器CGA
3F0－3F7
软盘适配器
3F8－3FF
串行通信接口COM1
第二章 8086微处理器结构及工作原理 18
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
3、微型计算机工作原理 软件和硬件的协调使一台计算机正常工作。简而言之，用户 通过程序中的指令指挥计算机按要求工作。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 19
不仅数据总线的位数加宽了一倍，更重要的是采用了流水线处理技术。
一条指令的执行可以分为： 取指令 指令译码 指令执行
在指令执行时根据需要在存储器中存取操作数。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 25
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
8086 与以往的8位机的最大区别
在8位微处理器中，是按照这三步周而复始的循环来工作的，每次取 指令都是直接从存储器中取出的。计算机执行程序时，CPU的工作 顺序是：
第二章 8086微处理器结构及工作原理 29
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构组成 （2）、总线接口单元
（b）功能： 实现CPU与存储器或I/O口之间的数据传送。
自动按CS值和IP值组成20位实际地址到存储器中去取指令，一次取两 个字节指令存放到指令队列中。
PC机仅使用低10位A0～A9，寻址1024
1F0－个1F88位I/O端硬口盘适配器
200－207
游戏接口
278－27F
并行打印机接口LPT2
I/O
Leabharlann Baidu
2F8－2FF
串行通信接口COM2
378－37F
并行打印机接口LPT1
通
380－38F
SDLC通信接口
3A0－3AF
BSC通信接口
道
3B0－3BF
单色显示/打印机适配器
第二章 8086微处理器结构及工作原理 9
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
• CPU: 实现运算和控制功能的部件，运算器ALU、控制器和寄存器 组成。
• 运算器: 完成算术和逻辑运算，控制器由指令寄存器、指令译码器和 控制电路组成，完成对指令的存取、执行等的控制。
• 寄存器: 暂存运算操作数和结果。
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
8086CPU的功能结构 寄存器结构及操作
第二章 8086微处理器结构及工作原理 20
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构 Intel 8086 /8088双列直插封装，40引脚，单一正5V 供电。具有16位的数据总线，20位的地址总线，可 以管理1MB的存储器空间和64K的端口地址。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 21
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构框图
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL SP BP
SI DI
暂存器
EU
控
ALU
制
CS DS SS ES IP
暂存器
总线 控制 逻辑
第二章 8086微处理器结构及工作原理 26
MPU 等待取指1 执行1 等待取指2 执行2 等待取指3 执行3
总线
忙
闲
忙
闲
忙
闲
传统微处理器的指令执行过程
BIU 取指1 取指2 取指3 取指4 取指5 取指6
EU
执行1 执行2 执行3 执行4 执行5 执行6
总线 忙
忙
忙
忙
忙
忙
8086CPU的指令执行过程
只读存储 器ROM
随机存储器 RAM
8259 中断控制
器
地址总线
数据总线
I/O 通
道 控制总线
8237
8253
DMA控制器 定时控制器
8255 并行接口
扬声器 接口
键盘 接口
系统 配置 开关
第二章 8086微处理器结构及工作原理 15
1. 微处理器子系统
8088：16位内部结构、8位数据总线、20位 地址总线、4.77MHz主频
微型计算机原理与应用
第2章 8086微处理器结构 及工作原理(1)
【主要内容】
1．微型计算机硬件组成 2. 微型计算机基本工作原理 3．80x86功能结构
第二章 8086微处理器结构及工作原理 2
【学习目标】
1．掌握微型计算机的组成； 2．掌握微型计算机的工作原理； 3．掌握8086的功能结构； 4．掌握8086的工作方式； 5．理解8086的工作时序； 6．了解80x86的功能结构。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 11
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
总线：计算机用来传输信息的一组通讯线
•
地址总线（AB-Address Bus)：
– 用来指定寻址的存储器单元或I/O口。单向，成组使用 （8086有20根地址线）。
•
数据总线（DB-Data Bus):
– 用来传递信息的通讯线。双向，成组使用，计算机的 位一般是指数据线的宽度（8086有16根数据线）。
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.2 寄存器结构及操作
在8086/8088CPU中，把寄存器分成5大类： 数据寄存器； 地址指针寄存器； 段基址寄存器； 状态标志寄存器； 指令指针寄存器；
第二章 8086微处理器结构及工作原理 32
寄存器与存储器的比较：
寄存器
存储器
第二章 8086微处理器结构及工作原理 7
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
1. 微型计算机的组成 如下图所示，微型计算机的硬件由两部分组成，主机和外设。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 8
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
主机
CPU（中央处理单元）控AL制U器（算术逻辑单元） M（存储器）RROAMM((读只写读存存储储器器)) I / O口— —主机与外设匹配连接
• 存储器：指内存储器，用来存放程序、操作数和结果。 • I/O口：控制输入输出设备的接口电路。并行接口，串行接口等。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 10
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
外设：输入设备 输出设备
– 键盘、扫描仪、软硬磁盘、A/D转换器等 – 打印机、绘图仪、D/A转换器等
由EU从指令队列中取指令，并根据EU请求BIU将20位操作地址传送给 存储器；
取来操作数经总线控制逻辑传送到内部EU数据总线，由EU完成内部操 作；
操作结果若EU提出请求，则由BIU负责产生20位实际目标地址，将结果 写入存储器里；
第二章 8086微处理器结构及工作原理 30
指令的执行过程
第二章 8086微处理器结构及工作原理 31
1234 56
FLAG (EU)执行单元
指令队列 (BIU)总线接口单元
第二章 8086微处理器结构及工作原理 22
第二章 8086微处理器结构及工作原理 23
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
8088的内部结构从功能分成两个单元
总线接口单元BIU——管理8088与系统总线的接 口，负责CPU对存储器和外设进行访问
显示RAM 128KB
扩展ROM 128KB
基本ROM 64KB
扩展RAM ≈15MB
FFFFFFH 图 存储空间的分配
常规内存：1MB 常1规M内B基存 本RAM区：640KB
保留RAM区：128KB
扩展ROM区：128KB
扩展内存
15M基B 本ROM区：128KB
扩展内存：用作RAM区
第二章 8086微处理器结构及工作原理 17
2. 微型计算机系统（MCS—Micro-Computer System） 以微型计算机（主机）为核心，配上外围设备、电源和软件
等，能独立工作的完整计算机。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 13
2.1 微型计算机的组成及其工作原理
CPU
主机M — RAM, ROM
MCS硬件外设外 数II //部 据OO设 口监电 通备控路 道管输软A理D入盘程C设，,序D备R硬AO，C盘M输，BI出光O设S盘备
2. 存储器
ROM-BIOS、主体为RAM
3. I/O接口控制电路
8259A、8253、8237A、8255等
4. I/O通道
62线的IBM PC总线
第二章 8086微处理器结构及工作原理 16
存储空间的分配
000000H 0A0000H 0C0000H 0E0000H 100000H
系统RAM 640KB
第二章 8086微处理器结构及工作原理 3
【重点】
1．微型计算机的组成和工作原理； 2．8086的功能结构； 3．8086工作方式。
第二章 8086微处理器结构及工作原理 4
【难点】
1.微处理器外部引线及功能 2.CPU内部寄存器的功能及使用 3.时序及总线的形成
第二章 8086微处理器结构及工作原理 5
I/O空间的分配
000－01F
DMA控制器1
020－03F
中断控制器1
系
040－05F
定时计数器
统
060－07F
并行接口电路
板 00A800－－8009B0FFx86访问DM中外A断页设控面制寄时器存2，器 只使用低16位A0～
00CE00－－A00DF1FF5，寻址6DM4协AK处控个理制器器82位I/O端口
取指令 ．．． 执行指令．．． 再取指令．．． 再执行指令．．．
在16位微处理器中，8086微处理器首先采用了预取指令技术，提前 把指令从存储器中取到微处理器中，每次执行指令的时候直接在微 处理器内部就可以获得指令，从而大大提高微处理器的性能。
预取指令技术是通过设置 预取指令缓冲队列 来实现的。 8086CPU 工作顺序是：取指令，执行指令同时进行。并行工作。
2.2 8086/8088 微处理器的功能结构
2.2.1 8086CPU的功能结构——内部结构组成 （2）、总线接口单元BIU
（a）部件
4个16位段寄存器CS,DS,SS,ES; 16位指令偏移地址寄存器IP; 6个字节指令队列ISQ; 形成20位物理地址的加法器∑; 与EU通讯的内部寄存器； 总线控制逻辑；