第3章 微处理器及其体系结构ppt课件.ppt

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1、第3章微处理器(CPU)及其体系结构本章主要教学内容8086微处理器的基本性能指标、组成及其寄存器结构8086微处理器的外部引脚特性8086微处理器的存储器和I/O组织8086的时钟和总线概念及其最小/最大工作方式80286、80386、80486等高档微处理器教学目的：使学生掌握80X86微处理器的基本使用教学重点：8086微处理器的组成及其寄存器结构；8086微处理器的存储器和I/O组织教学难点：8086微处理器的存储器和I/O组织13.18086微处理器的内部结构微型计算机是由具有不同功能的一

2、些部件组成的，包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。3.1.1基本性能指标16位微处理器；采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装；时钟频率为5MHz~10MHz，基本指令执行时间为.3ms~0.6ms16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他

3、处理器组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。23.1.28086微处理器内部结构组成图3-18086CPU内部结构框图31．执行部件EU执行部件中包含一个16位的算术逻辑单元（ALU），8个16位的通用寄存器，一个16位的状态标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。功能：从BIU的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向BIU发出命令，对存储器或I/O接口进行读/写操作。2．总线接口

4、部件BIU总线接口部件BIU内部设有四个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES，一个16位指令指针寄存器IP，一个6字节指令队列缓冲器，20位地址加法器和总线控制电路。主要功能：根据执行部件EU的请求，负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。4等待取指1执行1等待取指2执行2等待取指3执行3MPU总线忙闲忙闲忙闲传统微处理器的指令执行过程取指1取指2取指3取指4取指5取指6EU总线执行1执行2执行3执行4执行5执行6忙忙忙忙忙忙BIU80

5、86CPU的指令执行过程53.1.38086CPU的寄存器结构8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器，如所示。累加器AHALBHBLCLDHDLCHSPSIDIIPFLAGSCSDSSSESBP基址寄存器计数寄存器数据寄存器堆栈指针寄存器基址指针寄存器源变址寄存器目的变址寄存器指令指针寄存器标志寄存器代码段寄存器段寄存器附加段寄存器堆栈段寄存器数据寄存器地址指针和变址寄存器控制寄存器通用寄存器数据段寄存器8086CPU内部寄存器

6、结构61．通用寄存器通用寄存器分为数据寄存器与指针和变址寄存器两组。数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用来存放16位数据，故称为数据寄存器。其中的每一个又可根据需要将高8位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使用，即AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL两组，用于存放8位数据，它们均可独立寻址、独立使用。指针和变址寄存器包括指针寄存器SP、BP和变址寄存器SI、DI，都是16位寄存器,，一般用来存放地址的偏移量。这8个16位通用寄存器都具有通用性，从而提高了指令系统的

7、灵活性。但在有些指令中，这些通用寄存器还各自有特定的用法，见下表。7表3.1通用寄存器的特定用法寄存器操作寄存器操作AX字乘，字除，字I/OCL变量移位，循环移位AL字节乘，字节除，字节I/O，查表转换，十进制运算DX字乘，字除，间接I/OAH字节乘，字节除SP堆栈操作BX查表转换SI数据串操作指令CX数据串操作指令，循环指令DI数据串操作指令82．控制寄存器指令指针寄存器IP：是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪。标志寄存

8、器F：是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用作状态标志，3个用作控制标志。（1）状态标志：状态标志用来反映EU执行算术和逻辑运算以后的结果特征。CF：进位标志；PF：奇偶标志；AF：辅助进位标志ZF：零标志；SF：符号标志；OF：溢出标志9（2）控制标志：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工作状态。TF：陷阱标志或单步操作标志：IF：中断允许标志DF：方向标志3．段寄存器8086CPU共有4个16位的段寄存器，用来存放每一个逻辑段的段起始地址。（1）代码段寄存