第2章 微处理器系统结构ppt课件.ppt

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1、2.1Intel8086/8088微处理器2.280X86高档微处理器思考与练习题第2章Intel80X86微处理器掌握16位微处理器的内部结构，基本工作过程；熟悉和理解16位微处理器的封装引脚及其功能作用；理解16位CPU的最大工作方式和最小工作方式的含义；掌握各种寄存器的用途，能熟练地运用各种寄存器编程；理解指令预取和指令流水线作业的意义。本章重点提示：微处理器(Microprocessor)，是采用大规模或超大规模集成电路技术做成的半导体芯片，上面集成了计算机的主要部件：运算器、控制器、寄存器组、总线和总线缓冲器。整个微型计算机硬件系统的核心就是微处理器

2、，所以它又称为中央处理器(CentralProcessingUnit)，即CPU。高性能的CPU还有：指令预取部件，指令译码部件、地址形成部件、存储器管理部件等。若字长8位，即一次能处理8位数据，则称为8位CPU，如Z80的CPU；若字长为16位，则称为16位CPU，如8086/8088、80286的CPU等。图3-1是一个典型的8位微处理器的内部结构，它一般由算术逻辑运算单元、寄存器组和指令处理单元等几个部分组成。图3-18位微处理器内部结构负责CPU进行各种运算，包括算术运算和逻辑运算。算术逻辑运算单元(ALU，ArithmeticLogicUnit)是运

3、算器的核心，累加器是CPU中工作最频繁的寄存器。一.运算器ALU的基本组成是一个加法器。ALU所进行的运算中，多数操作需要两个操作数，比如“加”和“逻辑与”运算。但是，也有些运算只要一个操作数，比如“增量”和“逻辑非”运算。1.算术运算：可进行无符号数和带符号数的加、减、乘、除运算，符号数采用补码表示，减法通过求负数的补码而变成加法运算。还可进行BCD码运算。乘、除可以通过多次重复加、减和移位实现。1101采用部分积左移和加法1011可完成二进制乘法。————11011101←部分积左移0000+.1.1.0.1————————10001111例如：131

4、1=143=8FH浮点数运算可以用软件实现。也可以专门生产浮点运算部件和浮点微处理器，并设有专门的浮点运算指令，可进行32位或64位浮点加、减、乘、除运算。Pentium处理器已把浮点处理器与主处理器集成到一个芯片上。早期的浮点处理器有：8087、80287、80387协处理器。2.逻辑运算：指逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或，以及移位、循环移位等运算和操作。3.浮点运算：浮点数可以看作是由两个定点数组成，尾数与阶码。在对阶后可以对尾数进行运算。对8位CPU来说，由累加器提供其中一个操作数，而另一个操作数通过暂存器来提供。运算后，运算结果被返回到累加器，而运算

5、中状态的变化和运算结果的数字特征则被记录在标志寄存器中。程序根据运算后各个标志位的情况来决定下一步走向。运算器是完成算术或逻辑运算的部件。运算器由累加器、暂存寄存器和算术逻辑单元（ALU）组成，其结构框图所示：暂存器累加器锁存器ALU标志寄存器数据总线DAA部件FlagRALU框图：3、微操作控制部件可采用组合逻辑控制，微程序控制和可编程逻辑阵列（PLA）来实现。二、控制器CTRLCTRL是发布操作命令的部件，操作的顺序需要精确的定时，其内部主要组成如下：1、指令部件包括程序计数器（PC)，指令寄存器（IR），指令译码器（ID）。2、时序部件包括时钟系统，脉冲

6、分配器。控制器的组成框图：指令周期：一条指令（的取出和）执行所需的时间称为指令周期（InstructionCycle），一条指令执行需1～5个M周期。时钟周期（Tstate）：主时钟的两个脉冲前沿的时间间隔称为一个时钟周期，又称为T状态。它CPU操作的最小时间单位。机器周期：由2～5个T状态组成一个机器周期（MachineCycle），称为M周期，又叫做总线周期，用来完成一个基本操作，如MEM读/写，I/O读/写等。∬∬M2M5CLKT4T3T1T2M1机器周期指令周期（包括1~5个机器周期）指令周期、机器周期与时钟周期的关系如下图：三、总线与总线（缓冲器）部

7、件片外总线：CPU与外部部件之间传送信息的总线。又称为系统总线，通常系统总线分为地址总线、数据总线、控制总线，即所谓三总线结构。所谓总线是指计算机中传送信息的一组通信线，将多个部件连成一个整体。可以简单分为：片内总线：在CPU内部或部件内部各单元之间传送信息的总线（又可细分为单总线、双总线（输入/输出BUS）、多总线结构）；所以同一时刻只允许一个部件向BUS发送信息。而接收数据就没有上述限制，同一时刻可允许多个部件接收数据。因为多个部件均挂在总线上，但各部件工作情况并非完全一样（有的作为信源发，有的作为接收器收）。由于数据或信息代码是用电位高低来表示，若某一时

8、刻有几个部件同时向BUS发送数据，则B