微机原理与接口技术课件岳爱菊 ISBN9787811349429PPT第2章 微处理器.ppt

微处理器(Microprocessor)，又称中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。是采用大规模或超大规模集成电路(LSI/VLSI)技术做成的半导体芯片，集成了计算机的主要部件：控制器、运算器和寄存器组等，是微机的核心部件。主要完成各种算术及逻辑运算，并控制计算机各部件协调地工作。 1．运算器：又称为算术逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit，ALU)，它是以加法器为基础，辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路，在控制信号的作用下，可完成加、减、乘、除四则运算和各种逻辑运算，以及浮点运算。 2．控制器：一般由指令寄存器、指令译码器、时序和控制逻辑电路组成。控制器是整个CPU的指挥控制中心，对协调整个微机有序工作极为重要。它从存储器中依次取出程序的各条指令，并根据指令的要求，向微机的各个部件发出相应的控制信号，使各部件协调工作，从而实现对整个微机系统的控制。 3．寄存器组：实质上是CPU内部的若干个的高速存储单元，在汇编语言中通常是按名字来访问它们。寄存器可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的，如堆栈指针、程序计数器、标志寄存器、地址寄存器等。而通用寄存器则可由程序员规定其用途。通用寄存器的数目因CPU的不同而异，8088/8086 CPU中有8个16位的通用寄存器，缩短了指令的长度和指令的执行时间。 微处理器中还有一些不能直接为程序员所用的寄存器，如累加锁存器、暂存器和指令寄存器等，它们仅受内部定时和控制逻辑的控制。我们通常说的Z80、8086、80286、80386、80486指的是Z80处理器、8086微处理器、80286微处理器、80386微处理器和80486微处理器。在这一章中，我们将学习8086处理器及其系列芯片的内部结构、操作与时序等。 8086/8088 是Intel系列的16位微处理器，它是采用HMOS工艺制造的，内部包含约29000个晶体管，用单一的+5V电源，时钟频率为 5MHz～10MHz。8086有16根数据线和20根地址线，其寻址空间达1M字节；8088是一种准16位微处理器，它的内部寄存器、内部运算部件以及内部操作都是按16位设计的，但对外的数据总线只有8条。8086/8088 芯片内设有硬件乘除指令部件和串处理指令部件，可对位、字节、字串、BCD码等多种数据类型进行处理。8086/8088的指令系统完全相同，在软件上完全兼容。 8086 CPU采用了一种较先进的指令流水线结构，取指令（或取操作数）与执行指令的功能分别由两个独立部件实现，即总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）和执行单元EU(Execution Unit)。因此，当EU执行某条指令时，BIU同时完成从主存中预取后续指令，两个部件并行地工作，使指令的读取与执行可以部分重叠，从而指令的执行速度。 为此，将8086 CPU结构从功能上划分为两个逻辑单元，即总线接口单元BIU和执行单元EU，其内部组成结构如图2.1所示。 2.2.1 总线接口单元BIU和执行单元EU 图2.1 8086CPU内部结构图 （一）总线接口单元BIU BIU是8086 CPU与存储器或I/O设备之间的接口部件，负责全部引脚的操作。具体来说，BIU负责：（1）取指令。产生指令地址，根据指令地址从存储器取出指令，送到指令队列中排队或直接送给EU去执行;（2）取操作数。从存储器的指定单元或外设端口中取出指令规定的操作数传送给EU；（3）传送结果。把EU的操作结果传送到指定的存储单元或外设端口中。BIU内部设有： 1． 4个16位的段寄存器： 代码段寄存器CS (Code Segment) 数据段寄存器DS (Data Segment) 堆栈段寄存器SS (Stake Segment) 附加段寄存器ES (Extra Segment) 2．一个16位的指令指针寄存器IP (Instruction Pointer) 3．6字节指令队列缓冲器 8086的指令队列缓冲器为六个字节，8088的指令队列缓冲器为四个字节。无论8086还是8088，都会在执行指令的同时，从内存中取下一条指令或几条指令，取来的指令就放在指令队列缓冲器中。这样，一般情况下，CPU执行完一条指令就可以立即执行下一条指令，称为流水线技术，减少了CPU为取指令而等待的时间，从而提高了CPU的效率。 4．20位地址加法器和总线控制电路 地址加法器用来产生20位地址。上