[历史学]第4章新.ppt

第4章　16位微处理器 4.1 16位微处理器概述 4.2 8086/8088 CPU的结构 4.3 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式 4.4 8086/8088的主要操作功能 4.1 16位微处理器概述 微处理器(microprocessor)是微型计算机的运算及控制部件，也称中央处理单元(CPU)。它本身不构成独立的工作系统，因而它也不能独立地执行程序。通常，微处理器由算术逻辑部件(ALU)、控制部件、寄存器组和片内总线等几部分组成，这些都已在前面几章中讲过了。 第一代微处理器是1971年Intel公司推出的4040和8008。它们是采用PMOS工艺的4位及8位微处理器，只能进行串行的十进制运算，集成度达到2,000个晶体管／片，用在各种类型的计算器中已经完全能满足要求。 第二代微处理器是1974年推出的8080，M6800及Z-80等。它们是采用NMOS工艺的8位微处理器，集成度达到9,000个晶体管／片。在许多要求不高的工业生产和科研开发中已可运用。这些8位微处理器构成的计算机系统对许多算术运算和其他操作都必须编制程序。例如，即使是乘法和除法这样基本的运算都必须用子程序来实现。由于每次只能处理8位数据，处理大量数据就要分成许多个8位字节进行操作，数值越大或越小，计算时间都很长，这对数量大的数据库、文字处理或实时控制等应用来说就太慢了。用提高时钟频率可弥补这一局限，但也是很有限度的。此外，8位微处理器的寻址能力也有局限。典型8位微处理器有一条16位地址线，因此最多可寻址64K个存储单元，对于具有大量数据的大型复杂程序都可能是不够的。 20世纪70年代后期，超大规模集成电路(VLSI)投入使用，出现了第三代微处理器。Intel公司的8086／8088，Motorola公司的M68000和Zilog公司的Z8000 等16位微处理器相继问世，它们的运算速度比8位微处理器快2～5倍，采用HMOS高密度工艺，集成度达29 000个晶体管／片，赶上或超过了20世纪70年代小型机的水平。从此，传统的小型计算机受到严峻的挑战。 20世纪80年代以来，Intel公司又推出了高性能的16位微处理器80186及80286。它们与8086／8088向上兼容。80286是为满足多用户和多任务系统的微处理器，速度比8086快5～6倍。处理器本身包含存储器管理和保护部件，支持虚拟存储体系。 1985年，第四代微处理器80386及M68020推出市场，集成度达45万个晶体管／片。它们是32位微处理器，时钟频率达40MHz，速度之快、性能之高，足以同高档小型机相匹敌。 总之，20世纪70年代至今，微处理器的发展是其他许多技术领域望尘莫及的，如1989年推出了80486，1993年推出了Pentium及80586等更高性能的32位及64位微处理器，它也促进了其他技术的进步。 16位8086／8088微处理器是32位微处理器80386，80486及Pentium的基础。是当今许多流行的微型计算机，如IBM PC, COMPAQ等个人计算机的CPU。 8086和8088 CPU的内部基本相同，但它们的外部性能是有区别的。8086是16位数据总线，而8088是8位数据总线，在处理一个16位数据字时，8088需要两步操作而8086只需要一步。 8086和8088 CPU的内部都采用16位字进行操作及存储器寻址，两者的软件完全兼容，程序的执行也完全相同。然而，由于8088要比8086有较多的外部存取操作，所以，对相同的程序，它将执行得较慢。这两种微处理器都封装在相同的40脚双列直插组件(DIP)中。 4.2 8086／8088 CPU的结构 8086 CPU从功能上可分为两部分，即总线接口部件(bus interface unit，缩写为BIU)和执行部件EU(execution unit)。8086的内部结构如图4.1所示。 8088的内部结构 4.2.1 执行部件 执行部件(EU)的功能就是负责指令的执行。将指令 译码并利用内部的寄存器和ALU对数据进行所需的 处理。从结构图4.1中，可见到执行部件由下列部分 组成： (1) 4个通用寄存器，即AX，BX，CX，DX； (2) 4个专用寄存器： 基数指针寄存器BP 堆栈指针寄存器SP 源变址寄存器 SI 目的变址寄存器DI； (3) 标志寄存器(FR