微型计算机技术讲稿 3.docx

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微型计算机技术讲稿3

第二章8086微处理器

8086基本功能：

16位CPU，HMOS工艺，16位DB，20位AB，时钟频率5-10MHZ

2.18086的编程结构

8086CPU分为两大部分：

总线接口部件BIU，执行部件EU

2.1.1总线接口部件—CPU与其外部（存储器、I/O口）的接口

4个段寄存器：

CS代码段，DS数据段，ES附加段，SS堆栈段

16位的指令指针IP

20位的地址加法器—形成20位存储器地址

6字节指令队列（8088为4字节）--实现预取指令缓存

2.1.2执行部件—运算、处理和控制

通用寄存器：

4个16位AX，CX，DX，BX

或8个8位AL，CL，DL，BL，AH，CH，DH，BH

基址指针：

SP—堆栈指针BP—基址指针

变址寄存器：

SI—源变址寄存器DI—目的变址寄存器

标志寄存器：

16位，实际使用9位，用以表示CPU运算的结果（状态标志）或执行某些指令的方式（控制标志）

1514131211109876543210

OF

DF

IF

TF

SF

ZF

AF

PF

CF

状态标志6个

SF符号标志—当运算结果为负时，SF=1，否则为0。

SF=运算结果的最高位（b7,b15）

ZF零标志—当运算结果为0时，ZF=1

PF奇偶标志—当逻辑操作的结果为偶时（偶数个0或1），PF=1

CF进位标志—算术运算结果产生进位或借位时，CF=1。

循环指令或移位指令中，CF与操作数连成整体，故循环移位指令将影响CF。

AF辅助进位标志—算术运算时，b3,b4间产生进位或借位时，AF=1，它用于BCD运算调整。

OF溢出标志—算术运算发生二进制补码溢出时，OF=1

一般，指令操作将影响（改变）部分标志，或不影响任何标志。

控制标志3个

DF方向标志—数据串操作的方向。

DF=0，数据串操作从低地址端开始，DF=1，从高地址端开始—可用指令（STD，CLD）设置DF的状态。

IF中断允许标志—决定CPU是否响应外部可屏蔽中断。

IF=1，允许响应，IF=0，禁止响应。

可用指令（STI，CLI）设置。

TF跟踪标志（陷阱标志）--CPU是否单步执行指令。

TF=1，CPU一次只执行一条指令。

设置TF标志的方法如下：

PUSHF

POPAX；将标志寄存器F的内容弹出并送到AX

ORAX，0100H；IF置1

PUSHAX；AX送到F

POPF；IF=1，以下指令单步执行

2.1.3BIU和EU的动作管理

8位CPU指令执行过程

*取指

*指令译码，PC=PC+1

*动作（指令执行）

结论：

8位CPU串行操作。

从16位CPU开始，引入并行操作的概念。

*当指令队列中有空时（8086空2字节，8088空1字节），BIU驱动总线周期，预取指令；

*EU从指令队列中取出指令代码，译码执行。

需要访问存储器或I/O口时，通过BIU驱动总线周期；

*指令队列满或无访问存储器或I/O口操作时，BIU空闲；

*当执行转移、调用或返回指令时，清除指令队列。

结论：

8086取指和指令执行是并行完成的。

2.1.48086的总线周期

T1—CPU发出地址及读/写控制信号；

T2--地址浮空，写操作时，CPU送出数据；

T3—CPU读出数据，或将数据写入存储单元；

T4—总线周期结束，CPU撤掉数据及控制信号，为下一次总线周期作准备。

2.28086的引脚及工作模式

2.2.18086的工作模式

最小模式—系统仅包含CPU，8086直接发控制信号，控制电路最简

最大模式—系统包含两个微处理器/协处理器，CPU通过总线控制器发控制信号

8087—数值数据处理器，整数运算8-64位，浮点运算最大32位，超越函数运算

8089—I/O处理机

2.2.28086的引脚信号

40引脚，DIP封装

⑴地址/数据复用

⑵引脚定义不同

⑶复位信号

复位状态：

标志F，IP，DS，SS，ES清零，指令队列清空，CS=FFFFH

8086/8088复位入口地址为CS：

IP=FFFF0H

⑷状态信号

⑸BHE/S7BHE=0表示高8位数据有效，A0=0表示选中偶数单元

2.2.3最小模式

⑴因CPU地址/数据复用，故需地址锁存

⑵同样因地址数据复用，故需数据缓冲，选通数据总线

⑶时钟CLK产生

2.2.4最大模式

最大模式典型配置

最大/最小模式的区别

2.38086的操作和时序

程序—指令—基本操作（微处理器）

微处理器的基本操作类型：

取指令，读写存储器，中断响应，DMA总线响应，I/O读写等。

2.3.1复位和启动

复位入口地址FFFF0H

复位后状态：

寄存器，AB/BD/CB

2.3.2总线操作

总线读写操作

1．最小模式下总线读操作

2．最小模式下总线写操作

3．最大模式下总线读/写操作

4．总线空闲

2.3.3中断操作及中断系统

1．8086的中断类型

256种中断，中断类型码n=0-255

分类方法：

*产生中断的方式：

硬件中断—通过硬件产生（外部请求，计算机硬件故障）的中断。

软件中断—由CPU执行中断调用指令（如INT21H）或软件发生某种错误时产生（如溢出、除法错、单步等）的中断。

*中断响应的方式：

可屏蔽中断—受IF标志的控制，当IF=0时，CPU不予以响应。

不可屏蔽中断—不受IF标志的控制。

*中断源：

内部中断—由内部原因引起。

外部中断—由外部事件引起。

所有可屏蔽中断INTR均由8259中断控制器管理。

2．中断向量和中断向量表

向量—既有大小又有方向的量。

向量中断—中断源给出中断类型码，CPU根据中断类型码查找中断向量表，进而找到中断服务程序入口地址的方法。

8086/8088，中断服务程序入口地址（20位存储单元地址）用4个单元存放。

即段地址（16位）：

偏移地址（16位）。

80X86系列CPU用存储器最低端的1KB（地址00000—003FFH）存放中断向量，此区域称为中断向量表。

DEBUG图示中断向量表（DEBUG，D0：

0）

8086/8088系统中，0—4中断类型保留，依次为除法错（0）、单步

（1）、NMI

（2）、断点（3）、溢出中断（4）。

286以上系统中，增加BOUND范围越界（5）、无效操作码（6）协处理器不可用（7）、协处理器出错（16）保留中断类型。

此外，0-31中断内，均为系统保留。

3．硬件中断

系统对于外部请求的优先响应次序依次是：

总线请求—NMI—INTR

总线请求—在每个总线周期结束时响应（该指令并不一定已执行完）。

NMI—在每条指令结束时，且无总线请求时响应。

INTR--在每条指令结束时，在没有总线请求和NMI请求的前提下，且IF=1时响应。

4．硬件中断的响应时序

INTR的响应时序：

条件：

INTR=1即外设申请可屏蔽中断

且IF=1CPU允许INTR

则CPU在当前指令执行后INTR，发两个INTA负脉冲

*CPU从DB上读取中断类型码

*标志F进栈

*IF=0（禁止其它所有INTR），TF=0（禁止单步操作）

*保护断点CS进栈，IP进栈

*根据中断类型码n，找到中断服务程序入口地址，即：

IP=（n*4）,CS=（n*4+2）

8086/8088中断响应过程

8086中断响应周期。

第一个总线周期：

CPU发INTA负脉冲，表示中断响应；

第二个总线周期：

CPU发INTA负脉冲，外设（中断控制器）送出中断向量。

可屏蔽中断的响应过程（两个总线周期）：

1执行中断响应总线周期，读入中断类型码（总线读），*4（左移2位）；

2标志寄存器进栈，同时置IF=TF=0，禁止响应新的可屏蔽中断请求，禁止单步中断（总线写）；

3CS进栈（总线写）；

4IP进栈（总线写）；

5IP=（n*4）读入中断服务程序入口地址的偏移地址（总线读）；

6CS=（n*4+2）读入中断服务程序入口地址的段地址（总线读）；

5．中断处理子程序

保护现场→开中断→中断处理→恢复现场→中断返回

6．软件中断

软件中断包括中断调用指令和出错中断（溢出、除法错等）

2.3.4最小模式下的总线保持

两条信号线

HOLD总线保持请求），输入，高电平表示外部总线主设备需使用总线；

HLDA总线响应，输出，高电平表示CPU已让出总线使用权。

CPU检测/响应时间：

每个总线周期最后一T的上升沿（既非每一个指令周期，亦非每一个时钟周期T）

1检测到总线请求即给予响应

2CPU处于总线保持期间，不能使用总线，但EU仍可继续工作，总线保持仅对BIU有影响。

3HOLD=1需维持到总线使用完毕，当HOLD=0时，HLDA=0。

在CPU重新使用总线前有一个短小间隔。

2.3.5最大模式下总线请求/响应

用一条信号线作为总线请求/响应

RQ/GT0优先于RQ/GT1–总线请求/响应

过程：

1外部总线使用设备以一个“负脉冲”，表示请求使用总线；

2CPU发一个“负脉冲”，表示总线响应（让出总线使用权）；

3外部总线使用设备用完总线后，发一个“负脉冲”，表示总线释放。

最小模式总线请求/响应为电平触发，最大模式为脉冲触发。

2．48086的存储器组织和I/O组织

2.4.18086的存储器组织

20位地址，寻址1MB存储空间地址00000—FFFFFH

1MB空间分为若干段，四个段指针，同时可访问四个段

CS-代码段，SS-堆栈段，DS-数据段，ES-附加段

X86保留地址区域：

1-3FFH中断向量表，实际只用0-2FFH300H为硬盘参数区

FFFF0H-FFFFFH复位入口地址，存放一条无条件段间转移指令

A0000H以上，I/O缓冲区

FFFFFH以下，ROM（BIOS）区

2.4.28086的I/O组织

微处理器通过I/O接口连接I/O设备，每一个接口（接口芯片）占有一个或I/O端口地址

8086（含以上微处理器）用地址低16位作为I/O口地址，最多可访问64K个I/O口

I/O口的访问

I/O编址方式：

独立的I/O编址方式：

存储器和I/O口分别编址，程序中易分出存储器操作/IO操作，需要专用的I/O指令

与存储器对应的I/O编址方式：

I/O地址作为存储器地址的一部分，访问I/O口的操作等同于存储器操作，指令操作类型多，I/O口地址空间基本不受限制，但汇编程序中不易区分存储器操作和I/O操作

第二章小结

1．关于CPU的结构，两个部分，标志

2．关于8086的工作模式，最大最小模式的配置/特点

3．关于8086的总线操作—时序

4．关于8086的中断系统和中断操作

5．关于8086的总线请求/响应

6.关于微处理器的存储器组织和I/O组织