第2章 微处理器结构及基本原理.ppt

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1、第2章微处理器结构及基本原理本章学习目标掌握微处理器的结构掌握微处理器的工作原理2.1Intel8086微处理器内部结构8086微处理器的主要特点：16位微处理器；数据总线16位；地址总线20位，可寻址1MB存储空间；时钟频率为5～10MHz。8086CPU的内部结构由执行单元EU（executionunit）和总线接口部件BIU（businterfaceunit）两部分组成。Intel8086微处理器的内部结构如图所示。1．总线接口部件BIU总线接口部件BIU负责8086CPU与存储器和外设之间的信息传送。

2、BIU负责从内存的指定区域取出指令，送至指令队列排队。在执行指令时所需要的操作数，也由BIU从内存的指定区域取出，传送给执行部件EU去执行。BIU包含一个地址加法器、一组16位的段寄存器、一个16位的指令指针IP、一个6字节的指令队列缓冲器及总线控制电路。（1）地址加法器和段寄存器8086采用了分段结构，将1MB的内存空间划分为若干个逻辑段，在每个逻辑段中使用16位段基址和16位偏移地址进行寻址，段寄存器用来存放各段的段基址。利用BIU的地址加法器计算并形成CPU所要访问的存储单元地址（20位）或I/O端口地

3、址（16位）。（2）指令队列缓冲器指令队列缓冲器是6个字节的“先进先出”的RAM存储器，用来按顺序存放CPU要执行的指令代码，并送入执行部件EU中去执行。EU总是从指令队列的输出端取指令，每当指令队列中存满一条指令后，EU就立即开始执行。当指令队列中前两个指令字节被EU取走后，BIU就自动执行总线操作，读出指令并填入指令队列中。当程序发生跳转时，BIU则立即清除原来指令队列中的内容并重新开始读取指令代码。（3）总线控制电路总线控制电路主要负责产生总线控制信号。2．执行部件EU从BIU的指令队列中取出指令、分析

4、指令并执行指令，而执行指令过程中所需要的数据和执行的结果，也都由EU向BIU发出请求，再由BIU对存储器或外设进行存取操作来完成。EU部件主要由算术逻辑单元、标志寄存器、通用寄存器、指针寄存器、暂存寄存器、指令译码器和控制电路组成。（1）算术逻辑单元ALUALU是一个16位的算术逻辑运算部件，用来对操作数进行算术运算和逻辑运算，也可以按指令的寻址方式计算出CPU要访问的内存单元的16位偏移地址。（2）数据暂存寄存器数据暂存寄存器是一个16位的寄存器，它的主要功能是暂时保存数据，并向ALU提供参与运算的操作数。

5、（3）EU控制电路EU控制电路接收从BIU指令队列中取出的指令代码，经过分析、译码后形成各种实时控制信号，对各个部件进行实时操作。2.2Intel8086微处理器引脚信号及功能8086CPU是40引脚双列直插式芯片，微处理器通过这些引脚可以和存储器、I/O接口、外部控制管理部件，以及其他微处理器相互交换信息。最小模式，就是在系统中只有一个8086微处理器，所有的总线控制信号都直接由8086CPU产生，因此，系统中的总线控制电路被减到最少。最大模式系统中，总是包含两个或多个微处理器，其中一个主处理器就是8086

6、，其他的处理器称为协处理器，它们是协助主处理器工作的。当CPU处于不同工作模式时，其部分引脚的功能是不同的。1．两种工作方式功能相同的引脚（1）AD15～AD0（addressdatabus）：地址/数据总线，双向，三态。（2）A19/S6～A16/S3（address/status）：地址/状态信号，输出，三态。S6表示CPU与总线连接的情况，S5指示当前中断允许标志IF的状态。S4,S3的代码组合用来指明当前正在使用的段寄存器。（3）/BHE/S7（bushighenable/status）：允许总线高8

7、位数据传送/状态信号，输出，三态。/BHE为总线高8位数据允许信号，当/BHE低电平有效时，表明在高8位数据总线D15～D8上传送1个字节的数据。S7为设备的状态信号。（4）/RD（read）：读信号，输出，三态，低电平有效。/RD信号低电平有效时，表示CPU正在进行读存储器或读I/O端口的操作。（5）READY（ready）：准备就绪信号，输入，高电平有效。READY信号用来实现CPU与存储器或I/O端口之间的时序匹配。当READY信号高电平有效时，表示CPU要访问的存储器或I/O端口已经作好了输入/输出数

8、据的准备工作，CPU可以进行读/写操作。当READY信号为低电平时，则表示存储器或I/O端口还未准备就绪，CPU需要插入若干个“TW状态”进行等待。（6）INTR（interruptrequest）：可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效。8086CPU在每条指令执行到最后一个时钟周期时，都要检测INTR引脚信号。INTR为高电平时，表明有I/O设备向CPU申请中断，若IF＝1，CPU则会响应中断，停