8086 微处理器及总线.pptxVIP

8086 微处理器及总线第1页/共108页第2页/共108页前言（一）Intel 系列CPU一直占着主导地位。Intel 8086/8088、Z8000 和 MC68000 为代表的16位微处理器是第3代产品，其性能已达到中、高档小型计算机的水平。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，仍然是经典8086/8088CPU的延续与提升。其它系列流行的CPU (如AMD公司的6X86MX/MⅡ等) 也与80x86CPU兼容。第3页/共108页前言（二）8086是Intel系列的16位微处理器。8086采用HMOS工艺，集成2.9万个晶体管，单一的+5V电源，40条引脚，双列直插式封装，时钟频率5~10MHz，最快的指令执行时间为0.4μs。8086有16根数据线，20根地址线，寻址1MB的存储单元和64KB的I/O端口。8088是准16位微处理器。内部寄存器、运算器以及内部数据总线都是16位，但外部数据总线为8条。第4页/共108页CPU内部结构（一）从功能上讲，可分为两个独立的部分，并行重叠操作：第5页/共108页CPU内部结构（二） 总线接口单元 (Bus Interface Unit, BIU)：负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。即BIU从内存预取指令送到指令队列缓冲器；CPU执行指令时，BIU配合EU对指令的内存单元或I/O端口存取数据。 执行单元 (Execution Unit, EU)：负责执行指令，即执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中取得；指令执行的结果或所需要的数据，由EU向BIU发出请求；再由BIU对存储器或I/O端口进行存取。第6页/共108页EU与BIU当EU从指令队列中取走指令，指令队列出现空字节时，BIU就自动执行一次取指令周期，从内存中取出后续的指令代码放入队列中；当EU需要数据时，BIU根据EU给出的地址，从指定的内存单元或外设中取出数据供EU使用；在运算结束时，BIU将运算结果送入指定的内存单元或外设；如果指令队列为空，EU就等待；若BIU正在取指令，EU发出访问总线的请求，则必须等BIU取指令完毕后，该请求才能得到相应；一般情况下，程序顺序执行，当遇到跳转指令时，BIU就使指令队列复位，从新地址取出指令，并立即传给EU执行。第7页/共108页总线接口单元组成 4个16位段地址寄存器 代码段寄存器(Code Segment)：取得CPU所执行的指令。 数据段寄存器(Data Segment)：存放程序所使用的数据。 堆栈段寄存器(Stack Segment)：堆栈操作的执行地址在此段中。 附加段寄存器(Extra Segment)：也用来存放数据。 6字节指令队列缓冲器 16位指令指针寄存器 IP (Instruction Pointer) 20位地址加法器 总线控制器第8页/共108页指令队列缓冲器用于存放预取的指令。8086指令队列为6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。采用“先进先出”的原则。指令队列的存在使8086/8088的EU和BIU并行工作，从而减少了CPU为取指令而等待的时间，提高了CPU的利用率，加快了整机的运行速度，另外也降低了对存储器存取速度的要求。第9页/共108页指令指针寄存器 16位指令指针(Instruction Pointer, IP) IP中含有BIU要取的下一条指令(字节)的偏移地址。IP在程序运行中自动加1，指向要执行的下一条指令(字节)。有些指令能使IP值改变或使IP值压进堆栈，或由堆栈弹出恢复原址。第10页/共108页150偏移地址150段地址左移4位段寄存器 0000?019实际地址(物理地址)存储器实际地址地址加法器和段寄存器8086有20根地址线，内部寄存器只有16位。“段加偏移”技术：段寄存器存放确定各段起始地址的16位段地址信息。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, 简称偏移量。将偏移地址与左移4位后的段寄存器内容同时送到地址加法器，相加后形成20位实际地址。第11页/共108页执行单元组成16位算术逻辑单元 (ALU) 算术、逻辑运算，计算16位偏移量16位标志寄存器F CPU的运算状态特征或存放控制标志数据暂存寄存器 协助ALU完成运算通用寄存器组 4个16位数据寄存器，4个16位指针与变址寄存器EU控制电路 控制、定时与状态逻辑电路 第12页/共108页8086的寄存器结构8086 内部寄存器结构共有13个16位寄存器和1个只用了9位的16位标志寄存器。（共14个16位寄存器）控制寄存器段寄存器第13页/共108页通用寄存器（一）数据寄存器A