(精品)微机原理第2章-新版(1)
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• CPU的两个独立部件：执行单元（Execution Unit， EU）和总线接口单元（Bus Interface Unit，BIU）， 各自独立工作。
• EU负责分析指令（译码）和执行指令。 • BIU负责取指令、取操作数和写结果。
• BIU设有指令预取队列，BIU从内存中取指令放到 指令预取队列，EU再从指令队列中取得指令并执 行。
行的指令，在指令的各机器周期的各个节拍内产生相 应的微操作控制信号，从而控制整个系统各部件的工 作。 ➢ 一条指令的功能是通过按一定顺序执行的一系列基本 操作完成的。
✓ 微操作：基本操作 ✓ 微指令：执行一组微操作
例：一条加法：
✓ 取指微指令 ✓ 计算地址微指令 ✓ 取操作数微指令 ✓ 加法运算及结果写回微指令。
微处理器的一般构成
§2.2 8088/8086微处理器
15
主要内容：
• 8088/8086CPU的特点； • 8088CPU外部引线及功能； • 8088CPU的内部结构和特点； • 各内部寄存器的功能； • 8088的工作时序。
16
2.2.1 8088/8086CPU的特点
• 了解：
➢ 程序与指令 ➢ 指令执行的一般过程 ➢ 指令的串行执行与并行流水线执行 ➢ 8088/8086CPU的主要特点
第2章
微处理器与总线
主要内容：
• 微处理器的一般构成及工作原理； • 8088微处理器的特点、引线及结构； • 总线的一般概念； • *80386微处理器的特点及结构； • *Pentium 4微处理器中的新技术。
2
§2.1 微处理器概述
3
了解：
• 微处理器的功能； • 微处理器的基本组成。
4
微处理器的功能
• 能够进行算术运算和逻辑运算 • 能对指令进行译码、寄存并执行指令所规定的操
作 • 具有与存储器和I/O接口进行数据通信的能力 • 少量数据的暂存 • 能够提供系统所需的定时和控制信号 • 能够响应输入输出设备发出的中断请求
5
微处理器的一般构成
• 运算器 运算器由算术逻辑单元ALU、通用或专用
24
最小模式下的连接示意图
时钟发 生器
ALE 8088 CPU
• •
地址 锁存
数据 收发
地址总线 数据总线 控制总线
25
最大模式下的连接示意图
时钟发 生器
ALE
8088 CPU
地址 锁存
数据 收发
地址总线 数据总线
总线 控制器
控制总线
26
两种工作模式的选择方式
• 8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状态决 定。MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模 式
➢ 指令寄存器（instruction register） 用于存放于存储器中取出的待执行的指令
➢ 指令译码器（instruction decoder） 翻译指令寄存器中的指令,明白要进行什么操作。
➢ 时序控制部件 用于产生计算机工作过程中所需的各种时序信号
12
微处理器的一般构成（续）
➢ 微操作控制部件 用于产生与各条指令相对应的微操作。根据当前正在执
10
微处理器的一般构成
3、操作控制：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。同时，有对异常情况及 某些外部请求的处理能力。
11
微处理器的一般构成
• 控制器组成
➢ 程序计数器（program counter） 用于存放下一条要执行指令在存储器中的地址
寄存器组及内部总线三部分组成。 • 控制器 • 内部寄存器组
6
2.1.1运算器
一位算术逻辑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ算单元结构示意图
运算结果
进位信号
加法器
控制 信号
逻辑运算 结果
逻辑运算 功能部件
A
B
输入
7
运算结构示意图
BUS
寄存 器组
AB ALU
单总线结构
BUS
寄存器组 ALU
缓冲区 双总线结构
8
运算结构示意图
BUS
2.内存的分段管理技术
• 8086/8088 CPU提供20根地址线，寻址空间为220=1MB， 用5位十六进制表示的范围为00000H~FFFFFH。
• CPU内无论是内部寄存器还是内部总线都是16位的，直接 寻址产生64KB个地址，达不到20位地址线所提供的地址 范围。针对这种情况， 8086/8088采用实模式工作方式下 对存储器划分逻辑段的办法。
17
1.8088/8086的指令流水线
程序和指令
• 程序：
➢ 具有一定功能的指令的有序集合
• 指令：
➢ 由人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令。
18
指令执行的一般过程
取指令 指令译码 读取操作数
执行指令
存放结果
假设简化：
取指令 指令译码
执行指令
19
串行工作方式
• 8088以前的CPU采用串行工作方式：
• 分段管理： ➢ 将内存地址空间分为多个逻辑段 ➢ 偏移地址（或相对地址）+段地址 ➢ 地址寄存器和段寄存器 ➢ 地址加法器产生20位地址
23
3.支持多处理器系统
8088可工作于两种模式下 最小模式 最大模式
最小模式为单处理器模式，控制信号较少， 一般可不必接总线控制器。
最大模式为多处理器模式，控制信号较多， 须通过总线控制器与总线相连。
寄存 器组
旁路器
ALU
三总线结构
BUS
9
2.1.2 控制器
• 控制器功能
1、指令控制：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
（指令译码），传送必要的操作数，并在指令执 行结束后存放运算结果。
2、时序控制：指令的执行是在时钟信号的严格控制 下进行的，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。
CPU 取指令1
分析 指令1
执行 指令1
取指令2
分析 指令2
执行 指令2
BUS 忙碌
空闲
忙碌
空闲
20
并行工作方式
• 8088CPU采用并行工作方式
CPU
取指令1
分析 指令1
取指令2
执行 指令1
分析 指令2
取指令3
执行 指令2
分析 指令3
BUS 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌
执行
指令3
忙碌
21
8086/8088流水线
27
8088/8086 CPU的特点
• 采用并行流水线工作方式
CPU
内部
—— 通过设置指令预取队列实现
结构
• 对内存空间实行分段管理
—— 将内存分为4个段并设置地址段寄存器，以实
现对1MB空间的寻址
• 支持多处理器系统
存储 器寻
址部
工作
分
模式
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2.2.2 8088CPU的引线及功能
• EU负责分析指令（译码）和执行指令。 • BIU负责取指令、取操作数和写结果。
• BIU设有指令预取队列，BIU从内存中取指令放到 指令预取队列，EU再从指令队列中取得指令并执 行。
行的指令，在指令的各机器周期的各个节拍内产生相 应的微操作控制信号，从而控制整个系统各部件的工 作。 ➢ 一条指令的功能是通过按一定顺序执行的一系列基本 操作完成的。
✓ 微操作：基本操作 ✓ 微指令：执行一组微操作
例：一条加法：
✓ 取指微指令 ✓ 计算地址微指令 ✓ 取操作数微指令 ✓ 加法运算及结果写回微指令。
微处理器的一般构成
§2.2 8088/8086微处理器
15
主要内容：
• 8088/8086CPU的特点； • 8088CPU外部引线及功能； • 8088CPU的内部结构和特点； • 各内部寄存器的功能； • 8088的工作时序。
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2.2.1 8088/8086CPU的特点
• 了解：
➢ 程序与指令 ➢ 指令执行的一般过程 ➢ 指令的串行执行与并行流水线执行 ➢ 8088/8086CPU的主要特点
第2章
微处理器与总线
主要内容：
• 微处理器的一般构成及工作原理； • 8088微处理器的特点、引线及结构； • 总线的一般概念； • *80386微处理器的特点及结构； • *Pentium 4微处理器中的新技术。
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§2.1 微处理器概述
3
了解：
• 微处理器的功能； • 微处理器的基本组成。
4
微处理器的功能
• 能够进行算术运算和逻辑运算 • 能对指令进行译码、寄存并执行指令所规定的操
作 • 具有与存储器和I/O接口进行数据通信的能力 • 少量数据的暂存 • 能够提供系统所需的定时和控制信号 • 能够响应输入输出设备发出的中断请求
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微处理器的一般构成
• 运算器 运算器由算术逻辑单元ALU、通用或专用
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最小模式下的连接示意图
时钟发 生器
ALE 8088 CPU
• •
地址 锁存
数据 收发
地址总线 数据总线 控制总线
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最大模式下的连接示意图
时钟发 生器
ALE
8088 CPU
地址 锁存
数据 收发
地址总线 数据总线
总线 控制器
控制总线
26
两种工作模式的选择方式
• 8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状态决 定。MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模 式
➢ 指令寄存器（instruction register） 用于存放于存储器中取出的待执行的指令
➢ 指令译码器（instruction decoder） 翻译指令寄存器中的指令,明白要进行什么操作。
➢ 时序控制部件 用于产生计算机工作过程中所需的各种时序信号
12
微处理器的一般构成（续）
➢ 微操作控制部件 用于产生与各条指令相对应的微操作。根据当前正在执
10
微处理器的一般构成
3、操作控制：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。同时，有对异常情况及 某些外部请求的处理能力。
11
微处理器的一般构成
• 控制器组成
➢ 程序计数器（program counter） 用于存放下一条要执行指令在存储器中的地址
寄存器组及内部总线三部分组成。 • 控制器 • 内部寄存器组
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2.1.1运算器
一位算术逻辑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ算单元结构示意图
运算结果
进位信号
加法器
控制 信号
逻辑运算 结果
逻辑运算 功能部件
A
B
输入
7
运算结构示意图
BUS
寄存 器组
AB ALU
单总线结构
BUS
寄存器组 ALU
缓冲区 双总线结构
8
运算结构示意图
BUS
2.内存的分段管理技术
• 8086/8088 CPU提供20根地址线，寻址空间为220=1MB， 用5位十六进制表示的范围为00000H~FFFFFH。
• CPU内无论是内部寄存器还是内部总线都是16位的，直接 寻址产生64KB个地址，达不到20位地址线所提供的地址 范围。针对这种情况， 8086/8088采用实模式工作方式下 对存储器划分逻辑段的办法。
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1.8088/8086的指令流水线
程序和指令
• 程序：
➢ 具有一定功能的指令的有序集合
• 指令：
➢ 由人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令。
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指令执行的一般过程
取指令 指令译码 读取操作数
执行指令
存放结果
假设简化：
取指令 指令译码
执行指令
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串行工作方式
• 8088以前的CPU采用串行工作方式：
• 分段管理： ➢ 将内存地址空间分为多个逻辑段 ➢ 偏移地址（或相对地址）+段地址 ➢ 地址寄存器和段寄存器 ➢ 地址加法器产生20位地址
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3.支持多处理器系统
8088可工作于两种模式下 最小模式 最大模式
最小模式为单处理器模式，控制信号较少， 一般可不必接总线控制器。
最大模式为多处理器模式，控制信号较多， 须通过总线控制器与总线相连。
寄存 器组
旁路器
ALU
三总线结构
BUS
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2.1.2 控制器
• 控制器功能
1、指令控制：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
（指令译码），传送必要的操作数，并在指令执 行结束后存放运算结果。
2、时序控制：指令的执行是在时钟信号的严格控制 下进行的，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。
CPU 取指令1
分析 指令1
执行 指令1
取指令2
分析 指令2
执行 指令2
BUS 忙碌
空闲
忙碌
空闲
20
并行工作方式
• 8088CPU采用并行工作方式
CPU
取指令1
分析 指令1
取指令2
执行 指令1
分析 指令2
取指令3
执行 指令2
分析 指令3
BUS 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌
执行
指令3
忙碌
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8086/8088流水线
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8088/8086 CPU的特点
• 采用并行流水线工作方式
CPU
内部
—— 通过设置指令预取队列实现
结构
• 对内存空间实行分段管理
—— 将内存分为4个段并设置地址段寄存器，以实
现对1MB空间的寻址
• 支持多处理器系统
存储 器寻
址部
工作
分
模式
28
2.2.2 8088CPU的引线及功能