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1、第第2章章 8086/8088處理器處理器本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)v 掌握掌握80868086微處理器結(jié)構(gòu)微處理器結(jié)構(gòu)v 掌握掌握80868086的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu)v 掌握掌握80868086的存儲(chǔ)器組織的存儲(chǔ)器組織v 了解了解80868086的兩種工作模式的兩種工作模式v 掌握掌握80868086的總線周期和時(shí)序的概念的總線周期和時(shí)序的概念v 了解主流處理器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)了解主流處理器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 2.1 8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8086和和8088是是INTEL公司最具代表性的公司最具代表性的16位微處理器,位微處理器,都是都是HMOS工藝制造,雙列直插工藝制造,雙列直插40引腿的芯片
2、引腿的芯片主頻DB(內(nèi)) DB(外)AB歸類80865MHZ16位16位20位16位處理器8088 4.77MHZ16位8位20位準(zhǔn)16位處理器取指令1執(zhí)行指令1取指令2執(zhí)行指令2傳統(tǒng)的處理器取指令和執(zhí)行指令交替進(jìn)行傳統(tǒng)的處理器取指令和執(zhí)行指令交替進(jìn)行取指令1取指令3取指令2取指令4 為了提高執(zhí)行效率,為了提高執(zhí)行效率,80868086中內(nèi)置了兩個(gè)獨(dú)立的中內(nèi)置了兩個(gè)獨(dú)立的部件,總線接口部件和執(zhí)行部件,在部件,總線接口部件和執(zhí)行部件,在80868086中取指令中取指令與執(zhí)行指令同時(shí)進(jìn)行。與執(zhí)行指令同時(shí)進(jìn)行。執(zhí)行指令1執(zhí)行指令2執(zhí)行指令3總線接口部件總線接口部件執(zhí)行部件執(zhí)行部件v 8086的內(nèi)部結(jié)
3、構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1. 總線接口部件總線接口部件 總線接口部件負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、總線接口部件負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、I/OI/O端口傳送端口傳送數(shù)據(jù),由下列數(shù)據(jù),由下列4 4部分組成:部分組成: 4 4個(gè)段地址寄存器(個(gè)段地址寄存器(CSCS、DSDS、ESES、SSSS) 16 16位的指令指針寄存器位的指令指針寄存器IPIP 20 20位的地址加法器位的地址加法器 6 6字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器指令隊(duì)列指令隊(duì)列 8086 8086有六有六字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器,當(dāng)指令隊(duì)列字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器,當(dāng)指令隊(duì)列有有兩個(gè)兩個(gè)空字節(jié)時(shí),總線接口部件將自動(dòng)取指令到指空字節(jié)時(shí),總線接口部件將自動(dòng)取指令到指令隊(duì)
4、列。令隊(duì)列。 如果指令隊(duì)列已滿,而且執(zhí)行部件沒有總線請(qǐng)如果指令隊(duì)列已滿,而且執(zhí)行部件沒有總線請(qǐng)求,則總線接口部件處于求,則總線接口部件處于空閑狀態(tài)空閑狀態(tài)。 當(dāng)當(dāng)執(zhí)行部件執(zhí)行部件執(zhí)行轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用,存放在指執(zhí)行轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用,存放在指令隊(duì)列中的預(yù)讀指令令隊(duì)列中的預(yù)讀指令作廢作廢。此時(shí)。此時(shí)總線接口部件總線接口部件將按將按照?qǐng)?zhí)行部件提供的新地址取指令并填充指令隊(duì)列。照?qǐng)?zhí)行部件提供的新地址取指令并填充指令隊(duì)列。段地址寄存器段地址寄存器CSCS代碼段寄存器。代碼段寄存器。存放存放程序程序所在段的基址所在段的基址DSDS數(shù)據(jù)段寄存器。數(shù)據(jù)段寄存器。存放存放數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)所在段的基址所在段的基址ESES附
5、加段寄存器。附加段寄存器。存放存放輔助數(shù)據(jù)輔助數(shù)據(jù)所在段的基址所在段的基址SSSS堆棧段寄存器。堆棧段寄存器。存放當(dāng)前存放當(dāng)前程序所用程序所用堆棧段堆棧段的基址的基址 注意:段寄存器為注意:段寄存器為16位寄存器。位寄存器。代碼段代碼段數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段擴(kuò)展段擴(kuò)展段堆棧段堆棧段00000HFFFFFH存儲(chǔ)器的分段管理存儲(chǔ)器的分段管理代碼段代碼段代碼段首址代碼段首址偏移量偏移量CSCS值值IPIP值值1616位位指令指針指令指針I(yè)PIP 存放下一條要執(zhí)行存放下一條要執(zhí)行指令的指令的偏移地址偏移地址,即,即段內(nèi)偏移量地址。取段內(nèi)偏移量地址。取順序執(zhí)行的指令時(shí),順序執(zhí)行的指令時(shí),每取一條指令,每取一條指令
6、,IP的的內(nèi)容內(nèi)容加加 1 修改修改,指向,指向下一條指令,當(dāng)執(zhí)行下一條指令,當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令以及調(diào)用指轉(zhuǎn)移指令以及調(diào)用指令時(shí),將目標(biāo)地址裝令時(shí),將目標(biāo)地址裝入入IP。代碼段代碼段IPIP值值代碼段首址代碼段首址偏移量偏移量物理地址加法器物理地址加法器產(chǎn)生產(chǎn)生2020位的物理地址。位的物理地址。80868086的地址線是的地址線是2020位位的,而內(nèi)部寄存器是的,而內(nèi)部寄存器是1616位,位,物理地址加法器物理地址加法器將將1616位的邏輯地址變成位的邏輯地址變成2020位的物理地址。位的物理地址。寄存器寄存器1616位位地址加法器地址總線地址總線2020位位物理地址計(jì)算方法物理地址計(jì)算方法 物
7、理地址段基址物理地址段基址16+16+偏移地址偏移地址 將段寄存器(將段寄存器(CSCS、DSDS、ESES、SSSS)中的)中的內(nèi)容左移內(nèi)容左移4 4位(二進(jìn)制),然后和偏移地位(二進(jìn)制),然后和偏移地址相加便得到址相加便得到2020位的物理地址。位的物理地址。例如:例如:CSCS(代碼段寄存器)的值為(代碼段寄存器)的值為FE00HFE00H,指,指令指針寄存器令指針寄存器(IP)(IP)的值為的值為0200H0200H,該條指令的,該條指令的物理地址為物理地址為CSCS的值左移的值左移4 4位為位為FE000HFE000H,再與,再與IPIP的值相加,得到物理地址為的值相加,得到物理地址
8、為FE200HFE200H。例如:例如:CS=E200H CS=E200H , IP=500HIP=500H物理地址:物理地址:E2500HE2500H例如:例如:CS=48A0H CS=48A0H , IP=210HIP=210H物理地址:物理地址:48C10H48C10H2. 執(zhí)行部件執(zhí)行部件 執(zhí)行部件負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行,完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯執(zhí)行部件負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行,完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算由下列運(yùn)算由下列4 4部分組成:部分組成: 4 4個(gè)通用寄存器,即個(gè)通用寄存器,即AXAX、BXBX、CXCX、DXDX; 4 4個(gè)專用寄存器,即個(gè)專用寄存器,即 基數(shù)指針寄存器基數(shù)指針寄存器BP (Base P
9、ointerBP (Base Pointer) 堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器SP (Stack Pointer)SP (Stack Pointer) 源變址寄存器源變址寄存器SI (Source Index)SI (Source Index) 目的變址寄存器目的變址寄存器DI (Destination Index)DI (Destination Index) 標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器FRFR; 算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件ALUALU通用寄存器組通用寄存器組通用寄存器組包括通用寄存器組包括 AXAX、BXBX、CXCX、DX DX 四個(gè)四個(gè)1616位的寄存器,用來保存算術(shù)、邏輯運(yùn)算位的寄存器,用來保存
10、算術(shù)、邏輯運(yùn)算的操作數(shù)、中間結(jié)果或者地址值。的操作數(shù)、中間結(jié)果或者地址值。AXAX稱為稱為累加器累加器。它們可以當(dāng)成它們可以當(dāng)成1 1個(gè)個(gè)1616位寄存器使用、也可以位寄存器使用、也可以當(dāng)成兩個(gè)八位寄存器來使用。低八位用當(dāng)成兩個(gè)八位寄存器來使用。低八位用L L表表示,分別是示,分別是ALAL、BLBL、CLCL、DLDL;高八位用;高八位用H H表表示,分別是示,分別是AHAH、BHBH、CHCH、DHDH。專用寄存器組專用寄存器組 專用寄存器組有專用寄存器組有SPSP、BPBP、SISI、DIDI四個(gè)四個(gè)1616位寄存器。位寄存器。SPSP:堆棧指針,與:堆棧指針,與SSSS配合使用確定堆棧
11、的物理地址,指示目配合使用確定堆棧的物理地址,指示目前堆棧位置。前堆棧位置。BPBP:基址指針寄存器,用作指示堆棧中某一個(gè)存儲(chǔ)單元的偏:基址指針寄存器,用作指示堆棧中某一個(gè)存儲(chǔ)單元的偏移量,通常與移量,通常與SSSS配合使用;配合使用;SISI:源變址寄存器,與數(shù)據(jù)段寄存器:源變址寄存器,與數(shù)據(jù)段寄存器DSDS配合使用,確定數(shù)據(jù)配合使用,確定數(shù)據(jù)段中某個(gè)存儲(chǔ)單元的位置;段中某個(gè)存儲(chǔ)單元的位置;DIDI:目的變址寄存器,與擴(kuò)展段寄存器:目的變址寄存器,與擴(kuò)展段寄存器ESES配合使用,確定擴(kuò)配合使用,確定擴(kuò)展段中某個(gè)存儲(chǔ)單元的位置;展段中某個(gè)存儲(chǔ)單元的位置; 8086 8086在執(zhí)行程序時(shí),自在執(zhí)
12、行程序時(shí),自動(dòng)選擇代碼段寄存器動(dòng)選擇代碼段寄存器CSCS,將,將CSCS的內(nèi)容左移四位加上指令的內(nèi)容左移四位加上指令指針指針I(yè)PIP的內(nèi)容形成指令所在的內(nèi)容形成指令所在單元的單元的2020位物理地址。位物理地址。 8086 8086在向內(nèi)存寫讀數(shù)據(jù)在向內(nèi)存寫讀數(shù)據(jù)過程中,自動(dòng)選擇數(shù)據(jù)段寄過程中,自動(dòng)選擇數(shù)據(jù)段寄存器存器DSDS,將其的內(nèi)容左移四,將其的內(nèi)容左移四位加上偏移地址形成數(shù)據(jù)所位加上偏移地址形成數(shù)據(jù)所在單元的在單元的2020位物理地址。位物理地址。 8086 8086進(jìn)行堆棧操作時(shí)自進(jìn)行堆棧操作時(shí)自動(dòng)選擇堆棧段寄存器動(dòng)選擇堆棧段寄存器SSSS,將,將SSSS的內(nèi)容左移四位加上堆棧的內(nèi)容
13、左移四位加上堆棧指示器指示器SPSP或或BPBP的內(nèi)容形成堆的內(nèi)容形成堆棧棧2020位物理地址。位物理地址。代碼段代碼段數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段堆棧段堆棧段CSIPSSSP或BPDSSI,BX每段大小每段大小64k標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器FR標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器共有共有16位,其中位,其中7位未用,所位未用,所用的各位含義如下:用的各位含義如下: 1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志方向標(biāo)志方向標(biāo)志中斷標(biāo)志中斷標(biāo)志跟蹤標(biāo)志跟蹤標(biāo)志控制標(biāo)志控制標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志奇偶標(biāo)志奇偶標(biāo)志半進(jìn)位標(biāo)志半進(jìn)位標(biāo)志零標(biāo)志零標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志溢出標(biāo)志溢出標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志狀
14、態(tài)標(biāo)志有有6 6個(gè),即個(gè),即SFSF、ZFZF、PFPF、CFCF、AFAF和和OFOF 符號(hào)標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志SF (Sign Flag)SF (Sign Flag) : 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1 1時(shí)時(shí)SFSF為為1 1,運(yùn)算結(jié)果的最,運(yùn)算結(jié)果的最高位為高位為0 0時(shí)時(shí)SFSF為為0 0。零標(biāo)志零標(biāo)志ZF (Zero Flag)ZF (Zero Flag) 運(yùn)算結(jié)果為運(yùn)算結(jié)果為零零時(shí)時(shí)ZFZF為為1 1奇偶標(biāo)志奇偶標(biāo)志PF (Parity Flag)PF (Parity Flag) 運(yùn)算結(jié)果低運(yùn)算結(jié)果低8 8位所含位所含1 1的個(gè)數(shù)為的個(gè)數(shù)為偶數(shù)偶數(shù)個(gè)時(shí)個(gè)時(shí)PFPF為為1 1進(jìn)
15、位標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志CF (Carry Flag)CF (Carry Flag) 當(dāng)執(zhí)行加法運(yùn)算使當(dāng)執(zhí)行加法運(yùn)算使最高位最高位產(chǎn)生產(chǎn)生進(jìn)位進(jìn)位或者執(zhí)行減或者執(zhí)行減法運(yùn)算使法運(yùn)算使最高位最高位產(chǎn)生產(chǎn)生借位借位時(shí)時(shí)CFCF為為1 1。 指的是字節(jié)運(yùn)算的結(jié)果范圍超出了指的是字節(jié)運(yùn)算的結(jié)果范圍超出了255255,字運(yùn)算,字運(yùn)算的結(jié)果范圍超過了的結(jié)果范圍超過了6553565535。輔助進(jìn)位標(biāo)志輔助進(jìn)位標(biāo)志AF AF (Auxiliary Flag)(Auxiliary Flag) 當(dāng)執(zhí)行加法或者減法運(yùn)算時(shí),當(dāng)執(zhí)行加法或者減法運(yùn)算時(shí),D D3 3向向D D4 4有進(jìn)位或者有進(jìn)位或者借位時(shí)借位時(shí)AFAF為為1 1
16、,一般在,一般在BCDBCD碼運(yùn)算中作為十進(jìn)制調(diào)整碼運(yùn)算中作為十進(jìn)制調(diào)整的依據(jù)。的依據(jù)。 D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0 溢出標(biāo)志溢出標(biāo)志OF OF (Overflow Flag)(Overflow Flag) 運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生溢出則運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生溢出則OFOF為為1 1。所謂溢出,指的是。所謂溢出,指的是字節(jié)運(yùn)算的結(jié)果范圍超出了字節(jié)運(yùn)算的結(jié)果范圍超出了-128-128+127+127,字運(yùn)算的結(jié),字運(yùn)算的結(jié)果范圍超過了果范圍超過了-32768-32768+32767+32767。 計(jì)算機(jī)加法運(yùn)算時(shí),當(dāng)計(jì)算機(jī)加法運(yùn)算時(shí),當(dāng)?shù)臀煌罡呶?/p>
17、低位往最高位產(chǎn)生進(jìn)位,產(chǎn)生進(jìn)位,但但最高位沒有最高位沒有往前進(jìn)位時(shí);或者反過來,當(dāng)往前進(jìn)位時(shí);或者反過來,當(dāng)?shù)臀煌畹臀煌罡呶桓呶粵]有產(chǎn)生進(jìn)位,而沒有產(chǎn)生進(jìn)位,而最高位往前卻有最高位往前卻有進(jìn)位時(shí);此時(shí)進(jìn)位時(shí);此時(shí)產(chǎn)生了溢出,使產(chǎn)生了溢出,使OFOF為為1 1。 計(jì)算機(jī)減法運(yùn)算時(shí),當(dāng)計(jì)算機(jī)減法運(yùn)算時(shí),當(dāng)?shù)臀煌罡呶坏臀煌罡呶划a(chǎn)生借位,產(chǎn)生借位,但但最高位沒有最高位沒有往前借位時(shí);或者反過來,當(dāng)往前借位時(shí);或者反過來,當(dāng)?shù)臀煌畹臀煌罡呶桓呶粵]有產(chǎn)生借位,而沒有產(chǎn)生借位,而最高位往前卻有最高位往前卻有借位時(shí);此時(shí)借位時(shí);此時(shí)產(chǎn)生了溢出,使產(chǎn)生了溢出,使OFOF為為1 1。1001 1001
18、 1010 00111001 1001 1010 0011 0101 0100 0011 1001 0101 0100 0011 1001+ 0100 0101 0110 1010+ 0100 0101 0110 1010例如:例如:由于運(yùn)算結(jié)果最高位為由于運(yùn)算結(jié)果最高位為1 1,故,故SFSF1 1。由于運(yùn)算結(jié)果不為由于運(yùn)算結(jié)果不為0 0,故,故ZFZF0 0。由于運(yùn)算結(jié)果低由于運(yùn)算結(jié)果低8 8位含有位含有4 4個(gè)個(gè)“1”1”,故,故PFPF1 1。由于運(yùn)算結(jié)果最高位沒有進(jìn)位,故由于運(yùn)算結(jié)果最高位沒有進(jìn)位,故CFCF0 0。由于運(yùn)算結(jié)果由于運(yùn)算結(jié)果D D3 3位向位向D D4 4位進(jìn)位,故位
19、進(jìn)位,故AFAF1 1。由于運(yùn)算結(jié)果次高位向最高位產(chǎn)生了進(jìn)位,但最高位沒由于運(yùn)算結(jié)果次高位向最高位產(chǎn)生了進(jìn)位,但最高位沒有向前產(chǎn)生進(jìn)位,產(chǎn)生溢出,故有向前產(chǎn)生進(jìn)位,產(chǎn)生溢出,故OFOF1 1??刂茦?biāo)志控制標(biāo)志有有3個(gè),即個(gè),即 方向標(biāo)志方向標(biāo)志DF (Direction Flag)DF (Direction Flag) 用來控制串操作指令的標(biāo)志,用來控制串操作指令的標(biāo)志,DFDF0 0,則串操作,則串操作過程中地址遞增,反之,地址遞減。過程中地址遞增,反之,地址遞減。 中斷允許標(biāo)志中斷允許標(biāo)志IF (Interrupt Enable Flag)IF (Interrupt Enable Flag
20、) 如果如果IFIF0 0,則,則CPUCPU不能對(duì)可屏蔽中斷請(qǐng)求作出不能對(duì)可屏蔽中斷請(qǐng)求作出響應(yīng),反之,則接受可屏蔽中斷的請(qǐng)求。響應(yīng),反之,則接受可屏蔽中斷的請(qǐng)求。 跟蹤標(biāo)志跟蹤標(biāo)志TF (Trap Flag)TF (Trap Flag)又稱為單步標(biāo)志又稱為單步標(biāo)志 如果如果TFTF1 1,則,則CPUCPU以單步方式運(yùn)行程序。用于以單步方式運(yùn)行程序。用于程序員調(diào)試程序。程序員調(diào)試程序。v80868086的總線周期的概念的總線周期的概念 在在80868086中,中,總線接口部件通過系統(tǒng)總線對(duì)總線接口部件通過系統(tǒng)總線對(duì)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器或或I/OI/O端口進(jìn)行的一次讀端口進(jìn)行的一次讀/ /寫過程稱為
21、寫過程稱為總線周期總線周期。時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期:時(shí)鐘周期是:時(shí)鐘周期是CPUCPU的基本時(shí)間計(jì)量單位,它的基本時(shí)間計(jì)量單位,它由計(jì)算機(jī)的主頻決定。由計(jì)算機(jī)的主頻決定。 80868086的主頻為的主頻為5MHZ5MHZ,則一個(gè)時(shí)鐘周期為,則一個(gè)時(shí)鐘周期為200ns200ns 80486 80486主頻為主頻為100MHZ100MHZ,則一個(gè)時(shí)鐘周期為,則一個(gè)時(shí)鐘周期為10ns10ns總線周期總線周期:一個(gè)總線周期由:一個(gè)總線周期由4 4個(gè)時(shí)鐘周期組成,習(xí)慣個(gè)時(shí)鐘周期組成,習(xí)慣上將上將4 4個(gè)時(shí)鐘周期稱為個(gè)時(shí)鐘周期稱為4 4個(gè)個(gè)T T狀態(tài),即狀態(tài),即T T1 1狀態(tài)、狀態(tài)、T T2 2狀態(tài)、狀態(tài)、T
22、 T3 3狀態(tài)、狀態(tài)、T T4 4狀態(tài)狀態(tài)T T1 1狀態(tài):狀態(tài):CPUCPU向多路復(fù)用總線上發(fā)出向多路復(fù)用總線上發(fā)出地址信息地址信息并指并指出所尋址的存儲(chǔ)單元或外設(shè)端口地址。出所尋址的存儲(chǔ)單元或外設(shè)端口地址。T T2 2狀態(tài):狀態(tài):CPUCPU在多路復(fù)用總線上撤銷地址信號(hào),使在多路復(fù)用總線上撤銷地址信號(hào),使多路復(fù)用總線的低多路復(fù)用總線的低1616位置為高阻狀態(tài),同時(shí)給出位置為高阻狀態(tài),同時(shí)給出對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)控制信號(hào),為傳輸數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。,為傳輸數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。T T3 3狀態(tài):多路復(fù)用總線出現(xiàn)狀態(tài):多路復(fù)用總線出現(xiàn)CPUCPU讀寫的讀寫的數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)。T T4 4狀態(tài):總線周期結(jié)束。狀態(tài)
23、:總線周期結(jié)束。T TW W等待狀態(tài):有些情況下,等待狀態(tài):有些情況下,I/OI/O外設(shè)或者存儲(chǔ)器的外設(shè)或者存儲(chǔ)器的速度較慢,不能及時(shí)配合處理器傳輸數(shù)據(jù)。這時(shí)速度較慢,不能及時(shí)配合處理器傳輸數(shù)據(jù)。這時(shí)外設(shè)或者存儲(chǔ)器會(huì)通過外設(shè)或者存儲(chǔ)器會(huì)通過“READY”READY”信號(hào)線在信號(hào)線在T T3 3狀態(tài)狀態(tài)啟動(dòng)前向啟動(dòng)前向CPUCPU發(fā)送發(fā)送“數(shù)據(jù)未準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)未準(zhǔn)備好”信號(hào),信號(hào),CPUCPU會(huì)會(huì)在在T T3 3狀態(tài)之后狀態(tài)之后插入一個(gè)或者多個(gè)等待狀態(tài)插入一個(gè)或者多個(gè)等待狀態(tài)T TW W。典型的典型的80868086總線周期序列總線周期序列2.3 8086/8088CPU引線及功能引線及功能最小模式
24、和最大模式的概念最小模式和最大模式的概念 (1)(1)最小模式最小模式: : 在系統(tǒng)中只有一個(gè)微處理器在系統(tǒng)中只有一個(gè)微處理器(2)(2)最大模式:最大模式: 兩個(gè)或多個(gè)微處理器兩個(gè)或多個(gè)微處理器 主處理器主處理器8086、協(xié)處理器、協(xié)處理器8087(數(shù)值運(yùn)算(數(shù)值運(yùn)算協(xié)處理器)、協(xié)處理器)、8089(輸入(輸入/輸出協(xié)處理器)輸出協(xié)處理器)80888088引腳圖引腳圖12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221 GND A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5
25、AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GNDVCCA15A16 / S3A17 / S4A18 / S5A19 / S6SS0 MN / MXRDHOLD ( (RQ/GT0) )HLDA ( (RQ/GT1) )WR ( (LOCK) )M / IO ( (S2) )DT / R ( (S1) )DEN ( (S0) )ALE ( (QS0) )INTA ( (QS1) )TESTREADYRESET808880868086引腳圖引腳圖12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524
26、232221 GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GNDVCCAD15A16 / S3A17 / S4A18 / S5A19 / S6BHE /S7 MN / MXRDHOLD ( (RQ/GT0) )HLDA ( (RQ/GT1) )WR ( (LOCK) )M / IO ( (S2) )DT / R ( (S1) )DEN ( (S0) )ALE ( (QS0) )INTA ( (QS1) )TESTREADYRESET80861. 8086引腳信號(hào)和功能引腳信號(hào)
27、和功能最小模式下各引腳信號(hào):最小模式下各引腳信號(hào): AD15AD0地址地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線數(shù)據(jù)復(fù)用總線 在在T T1 1狀態(tài)時(shí),輸出存儲(chǔ)器或者狀態(tài)時(shí),輸出存儲(chǔ)器或者I/OI/O端口的低端口的低1616位地位地址址A A1515A A0 0,經(jīng)過地址鎖存器送到系統(tǒng)的地址總線;,經(jīng)過地址鎖存器送到系統(tǒng)的地址總線; 然后通過內(nèi)部的多路開關(guān)將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)然后通過內(nèi)部的多路開關(guān)將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)線線D D1515D D0 0,T T3 3狀態(tài)時(shí),通過數(shù)據(jù)緩沖器連接數(shù)據(jù)總線狀態(tài)時(shí),通過數(shù)據(jù)緩沖器連接數(shù)據(jù)總線用來傳送用來傳送1616位位數(shù)據(jù);直到總線周期結(jié)束。數(shù)據(jù);直到總線周期結(jié)束。 A19/S6A1
28、6/S3地址地址/狀態(tài)復(fù)用狀態(tài)復(fù)用 地址地址/ /狀態(tài)復(fù)用引腿。在狀態(tài)復(fù)用引腿。在T T1 1狀態(tài)輸出存儲(chǔ)器或者外狀態(tài)輸出存儲(chǔ)器或者外設(shè)的高設(shè)的高4 4位地址,在位地址,在T T2 2T T3 3狀態(tài),輸出狀態(tài)信息。狀態(tài),輸出狀態(tài)信息。S S6 6為為0 0用來指示用來指示80868086當(dāng)前與總線連接。當(dāng)前與總線連接。S S5 5表示中斷允許標(biāo)志的當(dāng)前設(shè)置。表示中斷允許標(biāo)志的當(dāng)前設(shè)置。S S4 4和和S S3 3組合指出當(dāng)前使用的寄存器組合指出當(dāng)前使用的寄存器。S4S3含 義00當(dāng)前使用ES01當(dāng)前使用SS10當(dāng)前使用CS,或者未用任何寄存器11當(dāng)前使用DS BHE/S7 80868086將
29、將1MB1MB存儲(chǔ)空間分為存儲(chǔ)空間分為2 2個(gè)個(gè)512KB512KB的存儲(chǔ)體。的存儲(chǔ)體。1 1個(gè)個(gè)全部包含偶地址,全部包含偶地址,1 1個(gè)全部包含奇地址。個(gè)全部包含奇地址。ADAD0 0是偶地址是偶地址存儲(chǔ)單元的選通信號(hào),存儲(chǔ)單元的選通信號(hào),BHEBHE是奇地址存儲(chǔ)單元的選通是奇地址存儲(chǔ)單元的選通信號(hào),信號(hào),80868086的的1616位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線低低8 8位位數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)線和偶地址偶地址存儲(chǔ)存儲(chǔ)體相連,體相連,高高8 8位位數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)線和奇地址奇地址存儲(chǔ)體相連。存儲(chǔ)體相連。 8086 8086系統(tǒng)中規(guī)定,系統(tǒng)中規(guī)定,CPUCPU用數(shù)據(jù)總線傳輸用數(shù)據(jù)總線傳輸1616位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)(1(
30、1個(gè)字個(gè)字) ),總是把數(shù)據(jù)送入,總是把數(shù)據(jù)送入偶地址偶地址開頭的兩個(gè)開頭的兩個(gè)相鄰相鄰的單元或者兩個(gè)相鄰端口,低的單元或者兩個(gè)相鄰端口,低8 8位傳輸?shù)捷^低的偶地位傳輸?shù)捷^低的偶地址單元,高址單元,高8 8位數(shù)據(jù)傳送到較高的奇地址單元。位數(shù)據(jù)傳送到較高的奇地址單元。SELSELSELSEL 奇地址存儲(chǔ)器奇地址存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線ADAD1515ADAD8 8數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線ADAD7 7ADAD0 0 偶地址存儲(chǔ)器偶地址存儲(chǔ)器D D7 7D D0 0D D7 7D D0 0A A1818A A0 0A A1818A A0 0ADAD0 0BHEBHE地址總線地址總線ADAD1919ADAD1 1忽
31、略忽略8086較高地址較高地址奇地址奇地址偶地址偶地址較低地址較低地址存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器寫偶地址字節(jié)寫偶地址字節(jié)8086較高地址較高地址奇地址奇地址偶地址偶地址較低地址較低地址存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器寫奇地址字節(jié)寫奇地址字節(jié)忽略忽略 如果和存儲(chǔ)器單元或者如果和存儲(chǔ)器單元或者I/OI/O端口一次只傳送一個(gè)端口一次只傳送一個(gè)字節(jié)字節(jié)(8(8位位) ),會(huì)如何?,會(huì)如何?8086較高地址較高地址奇地址奇地址偶地址偶地址較低地址較低地址存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器寫偶地址開始的字寫偶地址開始的字8086奇地址奇地址偶地址偶地址較高地址較高地址偶地址偶地址奇地址奇地址較低地址較低地址存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器寫奇地址開始的字寫奇地址開始的字忽略忽略忽
32、略忽略 如果和奇地址開頭的兩個(gè)存儲(chǔ)器單元或如果和奇地址開頭的兩個(gè)存儲(chǔ)器單元或I/OI/O端口端口交換數(shù)據(jù),會(huì)如何?交換數(shù)據(jù),會(huì)如何?BHE AD0操 作使用的數(shù)據(jù)引腳00從偶地址讀/寫一個(gè)字AD15AD010從偶地址單元或端口讀/寫一個(gè)字節(jié)AD7AD001從奇地址單元或端口讀/寫一個(gè)字節(jié)AD15AD80110從奇地址讀/寫一個(gè)字AD15AD8AD7AD0在第在第1個(gè)總線周期,將奇地址數(shù)據(jù)送到個(gè)總線周期,將奇地址數(shù)據(jù)送到AD15AD8在第在第2個(gè)總線周期,將偶地址數(shù)據(jù)送到個(gè)總線周期,將偶地址數(shù)據(jù)送到AD7AD0 ALE 地址鎖存允許信號(hào)輸出地址鎖存允許信號(hào)輸出 該信號(hào)是該信號(hào)是80868086提
33、供給地址鎖存器提供給地址鎖存器8282/82838282/8283的控制信號(hào),高電平有效。在每個(gè)總線周期的的控制信號(hào),高電平有效。在每個(gè)總線周期的T T1 1狀態(tài)狀態(tài),ALEALE輸出有效信號(hào),表示當(dāng)前地址輸出有效信號(hào),表示當(dāng)前地址/ /數(shù)數(shù)據(jù)復(fù)用總線上輸出的是地址信息,地址鎖存器據(jù)復(fù)用總線上輸出的是地址信息,地址鎖存器對(duì)地址進(jìn)行鎖存。對(duì)地址進(jìn)行鎖存。 NMI非屏蔽中斷輸入非屏蔽中斷輸入 該信號(hào)為正向邊沿觸發(fā),該請(qǐng)求不受中斷該信號(hào)為正向邊沿觸發(fā),該請(qǐng)求不受中斷允許信號(hào)的影響,不能屏蔽。通常用作對(duì)緊急允許信號(hào)的影響,不能屏蔽。通常用作對(duì)緊急事件(如調(diào)電)的處理。事件(如調(diào)電)的處理。 INTR
34、可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入 該信號(hào)有效時(shí)表示外設(shè)向該信號(hào)有效時(shí)表示外設(shè)向CPUCPU發(fā)送了中斷請(qǐng)求信發(fā)送了中斷請(qǐng)求信號(hào),號(hào),CPUCPU在每條指令周期最后一個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)在每條指令周期最后一個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)INTRINTR采采樣,如果有中斷請(qǐng)求,并且樣,如果有中斷請(qǐng)求,并且IFIF1 1,則響應(yīng)中斷。,則響應(yīng)中斷。 INTA 中斷響應(yīng)信號(hào)輸出中斷響應(yīng)信號(hào)輸出 該引腳用來對(duì)外設(shè)的中斷請(qǐng)求作出響應(yīng)。微處理該引腳用來對(duì)外設(shè)的中斷請(qǐng)求作出響應(yīng)。微處理器在整個(gè)中斷響應(yīng)的周期中通過器在整個(gè)中斷響應(yīng)的周期中通過INTAINTA引腿發(fā)送引腿發(fā)送兩個(gè)連兩個(gè)連續(xù)的負(fù)脈沖續(xù)的負(fù)脈沖。第一個(gè)通知外設(shè)其發(fā)出
35、的中斷已經(jīng)得到。第一個(gè)通知外設(shè)其發(fā)出的中斷已經(jīng)得到響應(yīng);第二個(gè)通知外設(shè)將中斷類型碼送至數(shù)據(jù)總線。響應(yīng);第二個(gè)通知外設(shè)將中斷類型碼送至數(shù)據(jù)總線。 CLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入時(shí)鐘信號(hào)輸入 CLK為為CPU提供基準(zhǔn)時(shí)鐘提供基準(zhǔn)時(shí)鐘 RESET復(fù)位信號(hào)輸入復(fù)位信號(hào)輸入 8088要求復(fù)位信號(hào)要維持要求復(fù)位信號(hào)要維持4個(gè)時(shí)鐘周期的個(gè)時(shí)鐘周期的有效電平,復(fù)位后標(biāo)志寄存器,有效電平,復(fù)位后標(biāo)志寄存器,IP、SS、DS、ES、指令隊(duì)列清零,、指令隊(duì)列清零,CSFFFFH。 復(fù)位信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí),復(fù)位信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí),CPU從從FFFF0H 開始執(zhí)行指令。而且在開始執(zhí)行指令。而且在FFFF0H處放置一條無處放置一條無條
36、件轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)入特定的程序,該程序往往實(shí)條件轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)入特定的程序,該程序往往實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化現(xiàn)系統(tǒng)初始化 READY “準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好”信號(hào)輸入信號(hào)輸入 這是對(duì)這是對(duì)CPU和慢速存儲(chǔ)器和和慢速存儲(chǔ)器和I/OI/O設(shè)備進(jìn)行設(shè)備進(jìn)行速度匹配的信號(hào),速度匹配的信號(hào),CPUCPU在總線周期的在總線周期的T T3 3狀態(tài)檢狀態(tài)檢測(cè)測(cè)READYREADY引腿,若引腿,若READYREADY1 1則進(jìn)入則進(jìn)入T T4 4狀態(tài),否狀態(tài),否則插入則插入T TW W狀態(tài)。狀態(tài)。 TEST 測(cè)試信號(hào)輸入測(cè)試信號(hào)輸入 多用于多用于WAITWAIT指令做延時(shí)指令做延時(shí) MN/MX最小和最大模式控制輸入最小和最大模式控制輸入
37、 該引腿接高電平時(shí),工作于最小模式該引腿接高電平時(shí),工作于最小模式 該引腿接低電平時(shí),工作于最大模式該引腿接低電平時(shí),工作于最大模式 DEN 數(shù)據(jù)允許信號(hào)數(shù)據(jù)允許信號(hào) 該引腿為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器該引腿為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器8286/82878286/8287提供一提供一個(gè)輸出允許信號(hào),表示個(gè)輸出允許信號(hào),表示CPUCPU準(zhǔn)備接收或者發(fā)送一準(zhǔn)備接收或者發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù),使之傳送數(shù)據(jù)。個(gè)數(shù)據(jù),使之傳送數(shù)據(jù)。 DT/R 數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)輸出數(shù)據(jù)收發(fā)信號(hào)輸出 該引腿用來控制數(shù)據(jù)總線收發(fā)器的數(shù)據(jù)傳該引腿用來控制數(shù)據(jù)總線收發(fā)器的數(shù)據(jù)傳送方向,當(dāng)送方向,當(dāng)DT/RDT/R為高電平時(shí),輸出數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)為高電平時(shí),輸出數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器
38、或者器或者I/OI/O端口;反之,則端口;反之,則CPUCPU接受數(shù)據(jù)。接受數(shù)據(jù)。 M/IO存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器/輸入輸出控制信號(hào)輸入輸出控制信號(hào) 用來區(qū)分當(dāng)前用來區(qū)分當(dāng)前CPUCPU訪問的是存儲(chǔ)器還是訪問訪問的是存儲(chǔ)器還是訪問I/OI/O端口。端口。M/IOM/IO為高電平時(shí),訪問存儲(chǔ)器,低電為高電平時(shí),訪問存儲(chǔ)器,低電平時(shí),平時(shí),I/OI/O端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 WR寫信號(hào)輸出寫信號(hào)輸出 低電平有效,當(dāng)?shù)碗娖接行?,?dāng)WRWR有效時(shí),表示有效時(shí),表示CPUCPU正在進(jìn)正在進(jìn)行寫操作。至于是寫存儲(chǔ)器還是行寫操作。至于是寫存儲(chǔ)器還是I/OI/O端口。則由端口。則由M/IOM/IO來區(qū)分。來區(qū)
39、分。 RD 讀信號(hào)輸出讀信號(hào)輸出 表示表示CPUCPU正在對(duì)存儲(chǔ)器或者正在對(duì)存儲(chǔ)器或者I/OI/O端口進(jìn)行讀操端口進(jìn)行讀操作。對(duì)存儲(chǔ)器讀還是對(duì)作。對(duì)存儲(chǔ)器讀還是對(duì)I/OI/O端口讀由端口讀由M/IOM/IO決定。決定。信號(hào)信號(hào)M/IO、WR、RD與讀與讀/寫操作的關(guān)系寫操作的關(guān)系M/IOWRRD功能110001011010存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器讀I/O寫I/O讀 HOLD 總線保持請(qǐng)求信號(hào)輸入總線保持請(qǐng)求信號(hào)輸入 高電平有效,是其他部件向高電平有效,是其他部件向CPUCPU發(fā)送的使用總線發(fā)送的使用總線的請(qǐng)求信號(hào)。的請(qǐng)求信號(hào)。 HLDA總線保持響應(yīng)信號(hào)輸出總線保持響應(yīng)信號(hào)輸出 該信號(hào)是該信號(hào)是CPUCP
40、U對(duì)對(duì)HOLDHOLD的響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)?shù)捻憫?yīng)信號(hào)。當(dāng)CPUCPU測(cè)到有總測(cè)到有總線請(qǐng)求信號(hào)線請(qǐng)求信號(hào)HOLDHOLD時(shí),如果微處理器允許讓出總線會(huì)在時(shí),如果微處理器允許讓出總線會(huì)在T T4 4狀態(tài)發(fā)出狀態(tài)發(fā)出HLDAHLDA響應(yīng)信號(hào),讓出總線。其他模塊使用響應(yīng)信號(hào),讓出總線。其他模塊使用完總線后,使完總線后,使HOLDHOLD信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑硎痉艞壙偩€,信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑硎痉艞壙偩€,CPUCPU將將HLDAHLDA信號(hào)變?yōu)榈碗娖?,恢?fù)總線控制權(quán)。信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑謴?fù)總線控制權(quán)。8086在最小模式下的典型配置在最小模式下的典型配置最小模式最小模式數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)數(shù)據(jù)傳送方向控制端數(shù)據(jù)傳送
41、方向控制端T=1, A BT=0, B A輸出允許信號(hào)輸出允許信號(hào)對(duì)準(zhǔn)備好信號(hào)對(duì)準(zhǔn)備好信號(hào)和復(fù)位信號(hào)同和復(fù)位信號(hào)同步,步,對(duì)外設(shè)來對(duì)外設(shè)來說,可以在任說,可以在任何時(shí)候發(fā)送信何時(shí)候發(fā)送信號(hào)。號(hào)。最大模式下各引腳信號(hào):最大模式下各引腳信號(hào):12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221 GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GNDVCCAD15A16 / S3A17 / S4A
42、18 / S5A19 / S6BHE /S7 MN / MXRDHOLD ( (RQ/GT0) )HLDA ( (RQ/GT1) )WR ( (LOCK) )M / IO ( (S2) )DT / R ( (S1) )DEN ( (S0) )ALE ( (QS0) )INTA ( (QS1) )TESTREADYRESET8086 S2、S1、S0 總線周期狀態(tài)信號(hào)輸出總線周期狀態(tài)信號(hào)輸出 信號(hào)的組合為最大模式下的總線控制器信號(hào)的組合為最大模式下的總線控制器82888288提供提供當(dāng)前總線周期所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸過程的類型。當(dāng)前總線周期所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸過程的類型。S2S1S0功能000011110
43、011001101010101發(fā)中斷響應(yīng)信號(hào)讀I/O端口寫I/O端口暫停取指令讀存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器無效狀態(tài) LOCK 總線封鎖信號(hào)輸出總線封鎖信號(hào)輸出 在最大模式下,該信號(hào)表明此時(shí)在最大模式下,該信號(hào)表明此時(shí)CPU不允許其不允許其他主模塊占用總線。他主模塊占用總線。 RQ/GT1、RQ/GT0 總線請(qǐng)求信號(hào)輸入總線請(qǐng)求信號(hào)輸入/ /總線請(qǐng)求允許信號(hào)輸出總線請(qǐng)求允許信號(hào)輸出 這兩個(gè)信號(hào)端提供這兩個(gè)信號(hào)端提供CPUCPU以外的兩個(gè)處理器用來發(fā)以外的兩個(gè)處理器用來發(fā)出使用總線的請(qǐng)求信號(hào)和出使用總線的請(qǐng)求信號(hào)和CPUCPU的應(yīng)答信號(hào),兩個(gè)信號(hào)的應(yīng)答信號(hào),兩個(gè)信號(hào)都是都是雙向雙向的,請(qǐng)求信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)在的,
44、請(qǐng)求信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)在CPUCPU同一引腿上同一引腿上傳送,方向相反。傳送,方向相反。 QS1、QS0 指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)輸出指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)輸出 這兩個(gè)信號(hào)的組合提供了前一個(gè)時(shí)鐘周期中指令這兩個(gè)信號(hào)的組合提供了前一個(gè)時(shí)鐘周期中指令隊(duì)列的狀態(tài)。隊(duì)列的狀態(tài)。 QS1QS0功能00110101無操作從指令隊(duì)列第一個(gè)字節(jié)取走代碼隊(duì)列為空除第一個(gè)字節(jié),還取走了后續(xù)字節(jié)代碼8086在最大模式下的典型配置在最大模式下的典型配置 最大模式最大模式2.4 典型時(shí)序分析典型時(shí)序分析 時(shí)序時(shí)序:計(jì)算機(jī)中一條指令的功能分成了若干個(gè)最:計(jì)算機(jī)中一條指令的功能分成了若干個(gè)最基本的操作序列,這些最基本的操作有嚴(yán)格的時(shí)間先基本
45、的操作序列,這些最基本的操作有嚴(yán)格的時(shí)間先后順序,這種嚴(yán)格的時(shí)間上的先后順序就稱為時(shí)序。后順序,這種嚴(yán)格的時(shí)間上的先后順序就稱為時(shí)序。時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期總線周期總線周期 總線周期總線周期 總線周期總線周期 (取指令)(取指令) (取有效地址)(取有效地址) (執(zhí)行指令)(執(zhí)行指令) 指令周期指令周期T1T2T3T4T1T2T3T4T1T2T3T4非訪存指令非訪存指令T1T2T3T4T1T2T3T4總線周期總線周期(取指令)(取指令)指令周期指令周期總線周期總線周期 (執(zhí)行指令)(執(zhí)行指令) 訪存指令訪存指令1 1. .最小方式下的存儲(chǔ)器讀時(shí)序最小方式下的存儲(chǔ)器讀時(shí)序T1T1狀態(tài)狀態(tài)M/IOM/IO信號(hào)指出信號(hào)指出CPUCPU是從內(nèi)存讀還是從是從內(nèi)存讀還是從I/OI/O端口端口讀,在讀,在T1T1狀態(tài)有效,保持到狀態(tài)有效,保持到T4T4狀態(tài)狀態(tài)指出所讀取的存儲(chǔ)單元或指出所讀取的存儲(chǔ)單元或I/OI/O端口的地址,端口的地址,2020位地址由多位地址由多路復(fù)用總線輸出路復(fù)用總線輸出CPUCPU在在T1T1狀態(tài)從狀態(tài)從A
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