微型計算機原理與匯編語言程序設(shè)計-第3章 典型微處理器及其體系結(jié)構(gòu)資料

1、1 本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容l 8086微處理器的內(nèi)部組成和寄存器結(jié)構(gòu)微處理器的內(nèi)部組成和寄存器結(jié)構(gòu)l 8086微處理器的外部引腳特性和工作方式微處理器的外部引腳特性和工作方式l 8086微處理器的存儲器和微處理器的存儲器和I/O組織組織l 8086工作方式及總線操作工作方式及總線操作l 8086中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用l 高檔微處理器的典型結(jié)構(gòu)和各部件功能高檔微處理器的典型結(jié)構(gòu)和各部件功能第第3章章典型微處理器及其體系結(jié)構(gòu)典型微處理器及其體系結(jié)構(gòu) 2第第3章章 3.1 8086微處理器內(nèi)外部結(jié)構(gòu)微處理器內(nèi)外部結(jié)構(gòu) 概述概述：l16位微處理器位微處理器，HMOS工藝制造，芯片集工藝制造

2、，芯片集成成2.9萬只晶體管，萬只晶體管，+5V電源；電源；l40條引腳條引腳，雙列直插式封裝；，雙列直插式封裝；l16條數(shù)據(jù)線條數(shù)據(jù)線，字長，字長16位；位；l20條地址線條地址線，尋址空間，尋址空間1MB（220B）；）；l時鐘頻率時鐘頻率510MHz；l基本指令執(zhí)行時間基本指令執(zhí)行時間0.30.6s。3 3.1.1 8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 內(nèi)部兩個邏輯單元：內(nèi)部兩個邏輯單元：l執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU（Execution Unit） 負(fù)責(zé)指令譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)運算。負(fù)責(zé)指令譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)運算。l總線接口部件總線接口部件BIU （Bus Interface Unit） 從內(nèi)存

3、取指令送指令隊列；負(fù)責(zé)內(nèi)從內(nèi)存取指令送指令隊列；負(fù)責(zé)內(nèi)部數(shù)據(jù)與外部的信息傳遞和交換。部數(shù)據(jù)與外部的信息傳遞和交換。第第3章章4第第3章章5 8086CPU供編程使用有供編程使用有14個個16位位寄存器，按用途分為：寄存器，按用途分為：l通用寄存器通用寄存器8個個l控制寄存器控制寄存器2個個l段寄存器段寄存器4個個第第3章章3.1.2 8086寄存器結(jié)構(gòu)寄存器結(jié)構(gòu)6第第3章章7第第3章章8 FLAG反映指令執(zhí)行結(jié)果或控制指令執(zhí)行反映指令執(zhí)行結(jié)果或控制指令執(zhí)行形式。共有形式。共有9個可用標(biāo)志位。個可用標(biāo)志位。l6個狀態(tài)標(biāo)志個狀態(tài)標(biāo)志l3個控制標(biāo)志個控制標(biāo)志第第3章章（2）標(biāo)志寄存器）標(biāo)志寄存器FL

4、AG9各標(biāo)志各標(biāo)志位含義位含義和特點和特點10第第3章章 3.段寄存器段寄存器(4個個16位寄存器位寄存器)11 8086CPU有有40條引腳，分以下條引腳，分以下5類：類：1. 地址地址/數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（16條）條）2. 地址地址/狀態(tài)總線（狀態(tài)總線（4條）條）3. 控制總線（控制總線（9條）條）4. 電源線和地線（電源線和地線（3條）條）5. 其它控制線（其它控制線（8條）條）第第3章章 3.1.3 8086外部引腳功能外部引腳功能12第第3章章13 3.2.1 存儲器組織存儲器組織 存儲器內(nèi)部按存儲器內(nèi)部按“字節(jié)字節(jié)”組織組織，兩相鄰字節(jié)，兩相鄰字節(jié)為一個為一個“字字”。 8086將

5、將1MB存儲空間分成存儲空間分成兩個兩個512KB存儲體存儲體.第第3章章3.2 存儲器和存儲器和I/O組織組織14第第3章章1516l20位地址線尋址位地址線尋址1MB（220B）存儲空間；）存儲空間；l16位寄存器只尋址位寄存器只尋址64KB（216B）；）；整個整個存儲空間分成若干邏輯段，每段最大容量存儲空間分成若干邏輯段，每段最大容量64KB；lCPU允許各邏輯段在整個存儲空間中浮動，允許各邏輯段在整個存儲空間中浮動，可緊密相連，也可相互重疊，還可分開一段可緊密相連，也可相互重疊，還可分開一段距離，如圖距離，如圖3-10所示。所示。 第第3章章 2.存儲器分段存儲器分段17第第3章章1

6、8第第3章章3.存儲器地址存儲器地址l 段地址段地址l 偏移地址偏移地址l 有效地址有效地址l 邏輯地址邏輯地址l 物理地址物理地址 物理地址物理地址PA=段地址段地址10H偏移地址偏移地址 19第第3章章20第第3章章214. 專用和保留的存儲器單元專用和保留的存儲器單元（1）00000H003FFH（共（共1KB） 存放中斷向量表存放中斷向量表（2）B0000HB0FFFH（共（共4KB） 單色顯示器的視頻緩沖區(qū)單色顯示器的視頻緩沖區(qū)（3）B8000HBBFFFH（共（共16KB） 彩色顯示器的視頻緩沖區(qū)彩色顯示器的視頻緩沖區(qū)（4）FFFF0HFFFFFH（共（共16B） 存放一條無條件轉(zhuǎn)

7、移指令，系統(tǒng)存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，系統(tǒng)上電或復(fù)位時自動跳轉(zhuǎn)到初始化程序上電或復(fù)位時自動跳轉(zhuǎn)到初始化程序第第3章章22（1）統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址：I/O端口地址在存儲器中，每端口地址在存儲器中，每個端口占一個存儲單元地址。個端口占一個存儲單元地址。CPU訪存指令和尋訪存指令和尋址方式都可用。址方式都可用。（2）獨立編址：獨立編址：單獨編址構(gòu)成單獨編址構(gòu)成I/O空間。采用空間。采用專門專門I/O指令（指令（IN和和OUT）和接口控制信號訪問）和接口控制信號訪問端口。端口。第第3章章 3.2.2 I/O端口組織端口組織233.3 8086微處理器的總線周期和操作時序微處理器的總線周期和操作時序第第3章

8、章3.3.1 8284A時鐘信號發(fā)生器時鐘信號發(fā)生器 8284A是是Intel公司專為公司專為8086設(shè)設(shè)計的時鐘信號發(fā)生器，能產(chǎn)生計的時鐘信號發(fā)生器，能產(chǎn)生8086所需所需的系統(tǒng)時鐘信號，可采用石英晶體或的系統(tǒng)時鐘信號，可采用石英晶體或TTL脈沖發(fā)生器作振蕩源。脈沖發(fā)生器作振蕩源。24第第3章章25第第3章章3.3.2 8086微處理器的總線周期微處理器的總線周期l 8086經(jīng)外部總線對存儲器或經(jīng)外部總線對存儲器或I/O端口端口進(jìn)行一次信息輸入或輸出過程稱總線進(jìn)行一次信息輸入或輸出過程稱總線操作。操作。l 執(zhí)行該操作所需要時間稱總線周期執(zhí)行該操作所需要時間稱總線周期。l 8086總線周期至少

9、由總線周期至少由4個時鐘周期組個時鐘周期組成。每個時鐘周期稱成。每個時鐘周期稱T狀態(tài)，用狀態(tài)，用T1、T2、T3和和T4表示。表示。26第第3章章27第第3章章3.3.3 8086微處理器最小微處理器最小/最大工作方式最大工作方式1.最小工作方式最小工作方式l 8086的的33引腳接引腳接+5V，系統(tǒng)處于最小工作方式。，系統(tǒng)處于最小工作方式。l 系統(tǒng)中只有系統(tǒng)中只有8086一個微處理器。一個微處理器。2最大工作方式最大工作方式l 把把8086的的33引腳接地，系統(tǒng)處于最大工作方式。引腳接地，系統(tǒng)處于最大工作方式。l 包含有兩個或多個微處理器。其中有一個主處理包含有兩個或多個微處理器。其中有一個

10、主處理器器8086，其他處理器稱協(xié)處理器。，其他處理器稱協(xié)處理器。28第第3章章3.3.4 8086微處理器的操作時序微處理器的操作時序8086主要操作有：主要操作有：l 系統(tǒng)復(fù)位和啟動操作。系統(tǒng)復(fù)位和啟動操作。l 總線操作?？偩€操作。l 暫停操作。暫停操作。l 中斷響應(yīng)操作。中斷響應(yīng)操作。l 總線保持或總線請求總線保持或總線請求/允許操作。允許操作。29第第3章章3.4 8086中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)3.4.1 8086中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1. 中斷源中斷源（1）一般輸入）一般輸入/輸出設(shè)備；輸出設(shè)備；（2）數(shù)據(jù)通道；）數(shù)據(jù)通道；（3）實時時鐘；）實時時鐘；（4）故障信號；）故障信號；（

11、5）軟件中斷。）軟件中斷。30第第3章章2. 8086中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)l 8086系統(tǒng)有簡單而靈活的中斷系統(tǒng)系統(tǒng)有簡單而靈活的中斷系統(tǒng)；l 每個中斷都有中斷類型碼供每個中斷都有中斷類型碼供CPU識別識別；l 最多可處理最多可處理256種不同中斷類型種不同中斷類型，對對應(yīng)類型號為應(yīng)類型號為0255。l 8086中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-19所示所示。31第第3章章32第第3章章3. 中斷源的識別中斷源的識別（1）軟件識別）軟件識別查詢法查詢法（2）硬件識別）硬件識別中斷矢量中斷矢量33第第3章章3.4.2 中斷類型與中斷向量表中斷類型與中斷向量表（1）內(nèi)部中斷）內(nèi)部中斷 由由C

12、PU執(zhí)行某些指令引起。執(zhí)行某些指令引起。1）除法出錯，類型號）除法出錯，類型號n=02）單步中斷，類型號）單步中斷，類型號n=13）INTO溢出中斷，類型號溢出中斷，類型號n=44）中斷指令）中斷指令I(lǐng)NT n（2）外部中斷）外部中斷 由由CPU外部硬件電路發(fā)出的電信號引起。外部硬件電路發(fā)出的電信號引起。1）非屏蔽中斷）非屏蔽中斷2）可屏蔽中斷）可屏蔽中斷 34第第3章章8086中斷向量表中斷向量表l 中斷服務(wù)程序入口地址為中斷向量。中斷服務(wù)程序入口地址為中斷向量。l 每個中斷向量為每個中斷向量為4字節(jié)，占用字節(jié)，占用4個連續(xù)存儲單個連續(xù)存儲單元，低元，低16位存中斷服務(wù)程序入口地址偏移地位存

13、中斷服務(wù)程序入口地址偏移地址（址（IP），高），高16位存中斷服務(wù)程序入口地址位存中斷服務(wù)程序入口地址段地址（段地址（CS）。）。l 256種中斷類型對應(yīng)中斷向量占用種中斷類型對應(yīng)中斷向量占用1KB存儲空存儲空間。間。l 中斷向量計算：中斷向量計算： 中斷向量指針中斷向量指針=中斷類型號中斷類型號4。35第第3章章36第第3章章3.4.3 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)1. 響應(yīng)非屏蔽中斷請求響應(yīng)非屏蔽中斷請求CPU執(zhí)行完現(xiàn)行指令后就立即響應(yīng)。執(zhí)行完現(xiàn)行指令后就立即響應(yīng)。2. 響應(yīng)可屏蔽中斷中斷的條件響應(yīng)可屏蔽中斷中斷的條件須滿足以下須滿足以下4個條件個條件：（1）無總線請求和非屏蔽中斷請求）無總線請求和非

14、屏蔽中斷請求（2）CPU允許中斷，即允許中斷，即IF=1（3）CPU執(zhí)行完現(xiàn)行指令執(zhí)行完現(xiàn)行指令（4）當(dāng)前中斷級別最高）當(dāng)前中斷級別最高 37第第3章章3.4.4 中斷處理過程中斷處理過程1. 中斷請求中斷請求2. 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)3. 中斷處理中斷處理4. 中斷返回中斷返回38第第3章章3.5 高檔微處理器簡介高檔微處理器簡介39第第3章章40第第3章章41小結(jié)小結(jié)本章小結(jié)本章小結(jié)l 8086從功能結(jié)構(gòu)上可劃分為執(zhí)行部件和總線接從功能結(jié)構(gòu)上可劃分為執(zhí)行部件和總線接口部件口部件。l 8086有有14個個16位寄存器，分通用寄存器、段寄位寄存器，分通用寄存器、段寄存器、指針和標(biāo)志寄存器。存器、指針和標(biāo)志寄存器。l 8086存儲