新编16位32位微型计算机原理及应用第3章._微处理器及其系统1.ppt

第 3 章 微处理器及其系统 30多年来,在微处理器领域，Intel系列CPU一直占着主导地位。尽管8086/8088后续的80286、80386、80486以及Pentium系列CPU结构与功能已经发生很大变化，但从基本概念与结构以及指令格式上来讲,它们仍然是经典的8086/8088CPU的延续与提升。 3.1 8086／8088微处理器 8086是Intel系列的16位微处理器。 8086有16根数据线和20根地址线，可以处理8位或16位数据，寻址1MB的存储单元和64KB的I／O端口。 在推出8086之后不久,Intel公司还推出了准16位微处理器8088。8088的内部寄存器、运算器以及内部数据总线都是按16位设计的,但外部数据总线只有8条。这样设计的目的主要是为了与Intel原有的8位外围接口芯片直接兼容。在本节中，对8088也将加以说明。 3.1.1 8086／8088CPU的内部结构 从功能上讲，8086可分为两个部分，即总线接口单元BIU(Bus Interface Unit)和执行单元EU(Execution Unit)。 具体组成见下一页图： (一)总线接口单元BIU 功能：完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送 （1）从内存取指令送到指令队列。 （2）CPU执行指令时，配合EU从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给EU，或者把EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。 1）指令队列缓冲器：  8086的指令队列为6个字节，而8088的指令队列为4个字节。在执行指令的同时， 从内存中取下面1条或几条指令，取来的指令依次放在指令队列中。 “先进先出”的原则： (1) 取指时当指令队列缓冲器中存满1条指令后，EU执行。 (2) 指令队列缓冲器中只要空出2个(对8086)或空出1个  (对8088)指令字节时，BIU自动执行取指操作，直到  填满。  (3)在EU执行指令的过程中，指令需要对存储器或I／O设备  存取数据时，BIU将在执行完现行取指的存储器周期后的 下一个存储器周期，对指定的内存单元或I／O设备进行 存取操作，交换的数据经BIU由EU进行处理。 (4)当EU执行完转移、调用和返回指令时，则要清除指令队 列缓冲器，并要求BIU从新的地址重新开始取指令，新取 的第1条指令将直接经指令队列送到EU去执行，随后取来 的指令将填入指令队列缓冲器。 2）地址加法器和段寄存器： 8086有20根地址线，内部寄存器有16位，采用了16位的段寄存器与16位的偏移地址即“段加偏移”的技术。 利用各段寄存器分别来存放确定各段的起始地址的16位段地址信息，而由IP提供或由EU按寻址方式计算出寻址单元的16位偏移地址(又称为逻辑地址或简称为偏移量)，然后，将它与左移4位后的段寄存器的内容同时送到地址加法器进行相加，最后形成一个20位的实际地址(又称为物理地址)，以对存储单元寻址。 如何计算物理地址？ 要形成某指令码的物理地址（即实际地址），就将IP的值与代码段寄存器CS（Code Segment）左移4位后的内容相加。 【例3.1】假设CS＝4000H，IP＝0300H，则指令的物理地址PA＝4000H×16＋0300H＝40300H。 3）16位指令指针IP(Instruction Pointer)  其功能与8位CPU中的PC类似。正常运行时，IP中含有BIU要取的下1条指令(字节) 的偏移地址。IP在程序运行中能自动加1修正，使之指向要执行的下1条指令(字节)。 2.执行单元EU 执行单元EU并不与系统的总线控制电路直接相连。EU的功能只是负责执行指令；执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中取得，执行指令的结果或执行指令所需要的数据，都由EU向BIU发出请求，再由BIU经总线控制电路对存储器或外设存取。 EU由下列部分组成。 （1） 16位算术逻辑单元(ALU)： 它可以用于进行算术、逻辑运算，也可以按指令的  寻址方式计算出寻址单元的16位偏移量。 （2） 16位标志寄存器F： 它用来反映CPU运算的状态特征或存放控制标志。 （3） 数据暂存寄存器： 它协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据。 （4） 通用寄存器组： 它包括4个16位数据寄存器AX、BX、CX、DX和4个16位指针与变址寄存器SP、BP与SI、DI。 （5） EU控制电路： 它是控制、定时与状态逻辑电路，接收从BIU中指令队列取来的指令，经过指令译码形成各种定时控制信号，对EU的各个部件实现特定的定时操作。