清華大學微機原理16位微處理器課件

2微到計算機及應(yīng)用16位微處理器1概述28086/8088微處理器38086/808的cC總線4主要操作時序1微處理器概述微處理器(mIcroprocessor)是微型計算機的運算及控制部件也稱中央處理單元(CPU)。它本身不構(gòu)成獨立的工作系統(tǒng),因而它也不能獨立地執(zhí)行程序。通常,微處理器由算術(shù)邏輯部件(ALU)、控制部件、寄存器組和片內(nèi)總線等幾部分組成,第一代微處理器是1971年Intel.公司推出的4004,以后又推出了4040和8008。它們是4位及8位微處理器,只能進行串行的十進制運算,集成度達到2000個晶體管/片,用在各種類型的計算器中已經(jīng)完全能滿足要求第二代微處理器是1974年推出的8080,M6800及Z80等。它們是采用NM0S工藝的8位微處理器,集成度達到9000個晶體管/片。在許多要求不高的工業(yè)生產(chǎn)和科研開發(fā)中已可運用。這些8位微處理器構(gòu)成的計算機系統(tǒng)對許多算術(shù)運算和其他操作都必須編制程序。8位微處理器只有16位地址線,最多可尋址64K個存儲單元,對于具有大量數(shù)據(jù)的大型復雜程序都可能是不夠的1微處理器概述20世紀70年代后期,超大規(guī)模集成電路(ⅥLSⅠ)投入使用,出現(xiàn)了第三代微處理器。Intel公司的8086/8088,Motorola公司的M68000和Zilog公司的Z8000等16位微處理器相繼問世,它們的運算速度比8位微處理器快2~5倍,采用MOS高密度工藝,集成度達29000個晶體管/片,趕上或超過了20世紀70年代小型機的水平。從此,傳統(tǒng)的小型計算機受到嚴峻的挑戰(zhàn)20世紀80年代以來,Intel公司又推出了高性能的16位微處理器80186及80286。它們與8086/8088向上兼容。80286是為滿足多用戶和多任務(wù)系統(tǒng)的微處理器,速度比8086快5~6倍。處理器本身包含存儲器管理和保護部件,支持虛擬存儲體系1微處理器概述1985年,第四代微處理器80386及M68020推出市場,集成度達45萬個晶體管/片。它們是32位微處理器,時鐘頻率達40Mz,速度之快、性能之高,足以同高檔小型機相匹敵總之,20世紀70年代至今,微處理器的發(fā)展是其他許多技術(shù)領(lǐng)域望塵莫及的,如1989年推出了80486,1993年推出了Pentium及80586等更高性能的32位及64位微處理器,它也促進了其他技術(shù)的進步本章以講解16位8086/8088微處理器為中心,第5章再介紹80386,80486及Pentium等芯片的原理。因為它們是當今許多流行的微型計算機,如IBMPC及許多兼容機聯(lián)想,同方,COMPAQ等個人計算機的CPU16位微處理器1概述28086/8088微處理器38086/808的cC總線4主要操作時序微型機是由具有不同功能的一些部件組成的。中央處理單元(CPU是微型機的心臟,它決定了微型機的結(jié)構(gòu)。要構(gòu)成臺微型計算機,必須了解CPU的結(jié)構(gòu)。本節(jié)將詳細介紹8086/8088CPU的結(jié)構(gòu),它是掌握80x86微處理器和IBMPC微型計算機的基礎(chǔ)8086和8088CPU的內(nèi)部基本相同,但它們的外部性能是有區(qū)別的。8086是16位數(shù)據(jù)總線,而8088是8位數(shù)據(jù)總線,在處理個16位數(shù)據(jù)字時,808需要兩步操作而8086只需要一步8086和8088CP的內(nèi)部都采用16位字進行操作及存儲器尋址,兩者的軟件完全兼容,程序的執(zhí)行也完全相同。然而,由于8088要比8086有較多的外部存取操作,所以,對相同的程序,它將執(zhí)行得較慢。這兩種微處理器都封裝在相同的40腳雙列直插組件IP)中2.,18086/8088CPU的結(jié)構(gòu)8086cPU從功能上可分為兩部分,即總線接口部件(businterfaceunit,縮寫為BIU和執(zhí)行部件BU(executionunit)。8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示圖的左半部分為執(zhí)行單元EU,右半部分為總線接口單元BIU。BU不與外部總線(或稱外部世界)相聯(lián),它只負責執(zhí)行指令。而B則負責從存儲器或外部設(shè)備中讀取指令和讀/寫數(shù)據(jù),即完成所有的總線操作。這兩個單元處于并行工作狀態(tài),可以同時進行讀/寫操作和執(zhí)行指令的操作。這樣就可以充分利用各部分電路和總線,提高微處理器執(zhí)行指令的速度82.18086/8088CPU的結(jié)構(gòu)地址總通用寄存器:/地址加法器BX[BHBLCXCHCL數(shù)據(jù)總線DzDH」SP內(nèi)部總線四存器醫(yī)廷制外部總線運露寄存名4ALU指今隊列吉存器控制系統(tǒng)24AGs執(zhí)行單元(EU)總線接口單元(FIU2.18086/8088CPU的結(jié)構(gòu)(1)執(zhí)行單元EU(executionunit)巸U負責執(zhí)行指令,完成兩