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微机原理与接口技术 第2章 8086/8088微处理器及其系统结构 主讲教师 黄向龙 陈海军 第2章 8086/8088微处理器及其系统结构 本章重点： 1．掌握CPU寄存器结构作用，CPU引脚功能。 2．存储器分段与物理地址形成。 3．最小/最大模式的概念和系统组建，系统总线形成。 4．理解存储器读/写时序。 难点： 引脚功能，最小/最大模式形成。 存储器读/写时序。 主要章节 8086系统结构 8086引脚及功能 8086微机系统存储器结构 最小与最大模式系统 微处理器的发展 §1 8086系统结构 Intel 8086和8088CPU的内部基本相同，外部性能有区别。8086是16位数据总路线，而8088是八位数据总线（准16位），在处理一个16位数据时，8088需要二步操作而8086只需要一步。二者都封装在相同的40脚双列直插组件（DIP）中。 8086各有一条16位数据总线和20位地址总线，由于引脚数限制，二者复用。 总线：16位数据总线。 20位地址总路线：20 （即1M）个存储单元。 时钟步率：标准 5MHZ 改进型 8MHZ 10MHZ 本节主要内容 8086内部结构 寄存器组 总线周期 8086内部结构 8086CPU从功能上可分为两部分，即总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）。内部结构如下图所示 ： 8086/8088CPU内部结构图 总线接口部件（BIU） ⑴ 功能： BIU是8086与存储器和数据总线的接口，它提供了16位双向数据总路线和20位地址总线。具体功能：取指令，指令排队，读操作数和写操作数，地址形成总线控制。 ⑵组成 四个段地址寄存器： 8086的存储器地址由段地址和段内偏移量地址，两部分组成，段寄存器就是用来存放段起始地址的。 CS——16位代码段寄存器。 DS——位数据段寄存器。 ES——16位附加段寄存器。 SS——16位堆栈段寄存器。 指令指针寄存器IP IP的功能类似于程序计数器PC，用来存放下一条要执行指令的偏移地址。指令地址由CS和IP构成。但是，程序不能直接访问IP，只能由BIU自动修改。 地址加法器 用来计算20位存储地址。8086可用20位地址寻址1M字节的内存空间，但8086内部所有的寄存器都是16位的。所以需要由一个附加的机构来根据16位寄存器提供的信息来进行计算出20位的物理地址。 将段寄存器内容左移4位（相当于×24），然后再与偏移量相加（IP，SP的内容）。 指令队列缓存器 指令队列缓存器是一组寄存器（8位），用来暂存从存储器中取出来的指令，有6个字节（8088为4个字节）。指令队列采用“FIFO”（先进行出）的管理方式，允许预取6字节的指令代码。即通过地址加法器根据CS和IP的内容得到一个指令的物理地址。取指和执行指令的操作是并行的，从而提高了CPU的效率。 BIU和EU并不是同步工作的，它们是按以下流水线技术原则管理： I. 当8086的指令队列中有两个空字节（8088为一个空字节），总线接口部件就会自动把指令取到指令队列中。 II．当执行部件准备执行一条指令时，它会从总线接口部件的指令队列前取出指令的代码，然后用几个时钟周期去执行指令。在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或输入/输出设备，那么，在执行部件就会请求总线接口部件，进入总线周期，完成访问内存或输入/输出端口的操作；如果BIU此时正处于空闲状态，则立即响应EU的总线请求；若BIU正处于取指阶段，则BIU先执行完这个取指的总线周期，然后再去响应EU发出的访问总线的请求。 III．当指令队列已满，且EU又没有进行总线访问时，BIU便进入空闲状态。 IV．当EU执行转移，调用，返回指令时， BIU将自动清除指令队列中原有的内容，重新填充指令队列。 总线控制逻辑 用于产生存储器读/写，I/O读/写控制信号。 执行部件EU （ Exection Unit ） ⑴功能：完成指令的译码和执行指令的工作。 ⑵组成： ①算术逻辑运算部件ALU 16位ALU用来对8位或16位操作数进行算术逻辑运算。另外，16位的暂存器也可参加运算。（用来存放参加运算的操作数）。为了加快数据传送，EU中所有寄存器和数据通路的数据宽度都是16位。 ②标志寄存器（FR） 16位标志寄存器用来表示ALU运算后的结果特征，为下一条指令的执行提供操作信息。 ③通用寄存器 共有8个16位的寄存器组，AX，BX，CX，DX称为通用寄存器组。SP，BP，DI，SI为专用寄存器组。 ④控制部件 主要用于取指令的控制和时序控制。 寄存器组 8086/8088CPU中有14个16位的寄存器，按用途分为四类： 通用寄存器 指针和