微机原理8086微处理器课件.ppt

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第二章8086微处理器前面我们介绍了几家公司不同种类微处理器，不同的微处理器具有不同的结构、功能、指令系统，有的差别还比较大。

但它们的工作原理有许多相似的地方，尤其是外围接口电路基本相同。

8086是一种典型的微处理器，掌握了这种微处理器后，再去理解其他的微处理器就会容易得多。

而且不同的微处理器的外围接口电路基本相同、系统扩展方法也基本相同。

Intel公司从8086开始，开发了一系列的个人电脑用微处理器。

比较典型的有：

1.8086/8088：

16bit、1Mbytes2.80286：

16bit、16Mbytes3.80386DX：

32bit、4Gbytes4.80486DX4:

32bit、4G+16Kcache5.Pentium:

64bit、4G+16Kcache6.PentiumII:

64bit、64G+32KL1cache+512KL2cache微处理器在系统中的地位：

8086/8088:

1.电源：

+5V、GND2.主频：

5M,8086-1（10M）,8086-2（8M）3.数据总线（字长）：

8086（D0-D15）8088（D0-D7）4.地址总线：

A0-A195.工作温度：

8086（0-70,360mA）,80C86（-40105,10mA）2.18086的编程结构所谓编程结构，就是指从程序设计员和使用者的角度看到的结构，并非芯片内部的物理结构或实际布局。

8086编程结构从功能上分为彼此独立又相互关联的两个部分：

BIU（BusInterfaceUnit）:

总线接口部件EU（ExecutionUnit）:

执行部件2.1.1总线接口部件总线接口部件负责与存储器（ROM、RAM）、I/O端口之间传送数据：

从内存取指令送到指令队列；配合执行部件从指定的内存单元或外设接口中取数据，再传送到EU；或将EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设接口。

总线接口部件的组成：

段寄存器（4）CS（CodeSegment）-代码段寄存器DS（DataSegment）-数据段寄存器ES（ExtraSegment）-附加段寄存器SS（StackSegment）-堆栈段寄存器16位的指令指针寄存器:

IP（InstructionPointer）20位的地址加法器6（4）字节的指令队列缓冲器8086、8088CPU中6（4）字节指令队列缓冲器EU执行指令和BIU取指令同时进行当遇到转移指令之类的指令时,降低效率16位的指令指针寄存器:

IP（InstructionPointer）和代码段寄存器（CS）一起指向当前正在执行的指令的下一条指令的入口地址,例:

MOVAX,1200H;3字节MOVBX,2000H;4字节ADDAX,BX;2字节20位地址加法器BIU的具体工作:

从内存中取指令到指令队列,MOVAX,1200H形成指令中源操作数和目标操作数的地址从相应的地址单元取得参与操作的数据将数据送往EU将EU产生的结果送往相应的地址单元2.1.2执行部件功能:

负责指令的执行,如算术运算、逻辑运算；组成：

4个通用寄存器：

AX、BX、CX、DX高低八位（AH,AL;BH,BL;CH,CL;DH,DL）累加器AX4个专用寄存器：

基数指针寄存器BP（basepointer）堆栈指针寄存器SP（stackpointer）源变址寄存器SI（sourceindex）目的变址寄存器DI（destinationindex）算术逻辑单元（arithmeticlogicunit），主要是加法器，绝大部分指令的执行都是由加法器完成标志寄存器:

标志寄存器共有16位，其中7位未用，所用的各位含义如下:

1514131211109876543210OOFFDDFFIIFFTTFFSSFFZZFFAAFFPPFFCCFF根据功能，8086的标志可以分为两类：

1.状态标志:

SF、ZF、PF、CF、AF和OF表明前面运算后，算术逻辑部件所处的状态为后续操作提供影响或依据，不同的指令影响不同的标志，有些指令不影响任何标志。

符号标志SF（signflag）零标志ZF（zeroflag）奇偶标志PF（parityflag）：

低8位含1进位标志CF（carryflag）辅助进位标志AF（auxiliarycarryflag）溢出标志OF（overflowflag）举例：

0010001101000101+00110010000110010101010000111001+01000101011010102.控制标志有3个，即方向标志DF（directionflag）中断允许标志IF（interruptenableflag）跟踪标志TF（trapflag）又称为单步标志2.1.3总线接口部件和执行部件的动作管理每当8086指令队列中有二

（1）个字节空，BIU就会自动取指令，使得指令队列总有指令储备而不必等待EU从指令队列前部取出指令，用几个时钟周期去执行。

在执行过程中，如果必须访问存储器或I/O设备,则EU请求BIU进入总线周期去访问存储器或I/O设备。

BIU空闲，立即进入总线周期BIU忙，取指令总线周期结束在响应当指令队列满，而EU又未要求BIU访问总线，则BIU空闲；当执行转移指令、调用指令、返回指令等指令时，指令队列被清除，重新填充指令队列；2.1.48086的总线周期从前面所讲内容可知，所有和存储器、I/O设备之间联系的工作均由BIU完成，而EU只负责执行。

而BIU和存储器、I/O设备之间联系都是通过总线进行的。

这个过程就是总线周期，总线周期可取指令、也可传送数据。

8086/8088中，一个基本的总线周期由4个时钟周期组成。

习惯上称为4个状态，即T1、T2、T3、T4状态。

主频决定时钟周期典型的8086总线周期2.28086的引脚信号和工作模式的引脚信号和工作模式2.2.1最小模式和最大模式的概念最小模式和最大模式的概念

（1）最小模式:

在系统中只有一个微处理器，所有总线控制信号都直接由8086产生，系统中的总线控制电路可见到最少，所以叫最小模式；

（2）最大模式：

两个或多个微处理器（主处理器、协处理器,如：

8087、8089）2.2.28086/8088的引脚信号和功的引脚信号和功能能引脚功能引脚功能GND、VccAD15AD0（AddressDataBus）:

地址数据复用线，双向工作。

A19/S6A16/S3:

地址状态复用线BHE/S7（BusHighEnable/Status）:

高八位数据允许/状态复用线NMI（NonMaskableInterrupt）:

非屏蔽中断输入线INTR（InterruptRequest）:

可屏蔽中断输入线RD（Read）:

读信号输出CLK（Clock）:

时钟输入RESET（Reset）:

复位信号输入READY（Ready）:

“准备好”信号输入TEST（Test）:

测试信号输入MN/MX（Minimum/MaxmumModeControl）:

最小/最大模式控制信号输入1.GND、Vcc，地、电源GNG:

P1-P20Vcc：

P40-+5V芯片电压等级：

+5v、3.3v、1.8v、1.0v集成电路制造工艺：

0.50m工艺0.35m工艺0.25m工艺0.18m工艺0.13m工艺0.09m工艺（当前IntelPentium4工艺）0.065m工艺8086/8088引脚的扇出能力FamilySinkCurrentSourceCurrentFan-outTTL（74）-1.6mA40A1TTL（74LS）-0.4mA20A5TTL（74S）-2.0mA50A1TTL（74ALS）-0.1mA20A10TTL（74AS）-0.5mA25A10TTL（74F）-0.5mA25A10CMOS（74HC）-10A10A10CMOS（CD4）-10A10A10NMOS-10A10A10Tablelistssomeofthemorecommonlogicfamiliesandtherecommendedfan-outfromthe8086/8088.Thebestchoiceofcomponenttypesfortheconnectiontoan8086/8088outputpinisaLS,74ALS,or74HClogiccomponent.Notethatsomeofthefan-outcurrentscalculatetomorethan10unitloads.Itisthereforerecommendedthatifafan-outofmorethan10unitloadsisrequired,thesystemshouldbebuffered.2.AD15AD0:

地址数据复用线地址数据复用:

T1:

输出要访问的存储器或I/O端口地址T2、T3:

读周期浮空，写周期传数据8086中常将AD0作低8位数据选通信号：

CPU和偶地址交换数据时，T1状态，AD0=0CPU的传输特性决定只要和偶地址交换数据，必定通过AD7-AD0传送数据。

因此，T1状态AD0=0表明CPU将用低八位和偶地址交换数据，所以，AD0可用作数据总线低八位上的外围接口芯片的选通信号。

3.BHE/S7:

高八位数据总线允许/状态复用T1状态：

8086输出BHE信号，表示D15-D8数据有效。

用作数据总线高八位上的外围接口芯片的选通信号。

T2、T3、T4、Tw状态：

输出S7状态,但8086、8086-1、8086-2中未定义。

8088、8086的存储器结构BHE和A0的组合和对应操作BHEA0操作所用数据引脚00从偶地址开始读写一个字AD15-AD010从偶地址开始读写一个字节AD7-AD001从奇地址开始读写一个字节AD15-AD80110从奇地址开始读写一个字（第一个总线周期,低八位数据送D15-D8第二个总线周期,高八位数据送D7-D0）AD15-AD8AD7-AD04.A19/S6-A16/S3:

地址/状态复用T1:

输出地址最高4位;T2、T3、Tw、T4:

输出状态信息S6：

0表示8086/8088当前与总线相连（=0）S5：

表明中断允许标志的当前设置，1（IF=1，允许），0（IF=0，不允许）S4、S3：

指明当前正在使用的段寄存器S4S3含义00当前正使用ES01当前正使用SS10当前正使用CS,或未使用任何段寄存器11当前正使用DS5.NMI:

非屏蔽中断非屏蔽中断是一个由低到高的上升沿不受IF影响，不能用软件屏蔽每当NMI有正沿触发，CPU就在结束当前指令后，执行INT2中断服务程序6.INTR:

可屏蔽中断请求可屏蔽中断请求信号高电平有效每个总线周期的T4采样INTR引脚若IF=1、INTR=1,则CPU就在结束当前指令后，执行相应中断服务程序7.RD:

读信号输出T2、T3、Tw：

低电平指出将要执行一个对内存或I/O端口的读操作RD连接存储器或I/O端口的RD到底是读内存还是I/O端口，取决于M/IO信号8.CLK时钟输入8086、8088要求时钟信号占空比33%，即1/3高电平，2/3低电平8088/8086：

5MHz8086-1：

10MHz8086-2：

8MHzCLK为CPU和总线控制逻辑电路提供定时节拍9.RESET：

复位信号输入高电平复位要求至少4个时钟周期的高电平复位结束后，IP、DS、SS、ES及指令队列清零，CS=FFFFH10.READY:

准备好信号输入由所访问的存储器或I/O设备发给CPU的高电平表明存储器或I/O设备准备好，可以进行一次数据传输T3开始采样，若READY=0则插入Tw,Tw再采样该信号，继续T3或Tw采到READY=1,则进入T4状态，结束数据传输过程，从而结束该