微處理器結(jié)構(gòu)

第2章微處理器結(jié)構(gòu)

微處理器是微機(jī)的核心部件，熟悉微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成部件和相應(yīng)功能才能掌握其原理。本章重點(diǎn)講述16位微處理器8086，并簡(jiǎn)單介紹32位高檔微處理器的體系結(jié)構(gòu)。2.18086微處理器簡(jiǎn)介

微處理器的集成度越來(lái)越高，并且內(nèi)部晶體管數(shù)目已達(dá)到幾百萬(wàn)個(gè)。CPU從最初發(fā)展到現(xiàn)在，其晶體管數(shù)目增加了幾十倍，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然可分為控制單元、邏輯單元和存儲(chǔ)單元三大部分。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086CPU內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖

1.執(zhí)行單元（EU）

Intel8086CPU的執(zhí)行單元EU中包含8個(gè)16位的內(nèi)部寄存器、1個(gè)16位的運(yùn)算器（ALU）與1個(gè)16位標(biāo)志寄存器（Flag）以及內(nèi)部控制邏輯三部分組成。EU不與外部總線相連，它負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（1）內(nèi)部寄存器

①通用寄存器

AX：累加器，在乘除法運(yùn)算、串運(yùn)算和I/O指令中均作為專用寄存器使用；

BX：基址寄存器，在尋址時(shí)常用來(lái)存放基址；

CX：計(jì)數(shù)寄存器，在循環(huán)和串操作指令中作為計(jì)數(shù)器使用；

DX：數(shù)據(jù)寄存器，在寄存器間接尋址的I/O指令中存放I/O端口地址，在雙字節(jié)乘除運(yùn)算時(shí)，DX與AX共同存放一個(gè)32位雙字節(jié)數(shù)據(jù)，其中DX存放高16位。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

②

指針寄存器系統(tǒng)中有兩個(gè)16位的指針寄存器。SP（StackPointRegister）：堆棧指針寄存器BP（BasicPointRegister）：基數(shù)指針寄存器，通常用于存放基地址，用來(lái)指示相對(duì)于起始地址的偏移量。

BP和SP一般用于堆棧段。

2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

③

變址寄存器系統(tǒng)中有兩個(gè)16位的變址寄存器。SI（SourceIndexRegister）：源變址寄存器。DI（DestinationIndexRegister）：目的變址寄存器，可用作間接尋址、變址尋址和基址變址尋址的寄存器。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）算數(shù)邏輯單元（ALU）及標(biāo)志寄存器（Flag）算術(shù)邏輯單元（ALU）實(shí)際上就是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器，進(jìn)行各種運(yùn)算。①算術(shù)運(yùn)算：加、減、加1、減1、比較、求反、求補(bǔ)、乘、除運(yùn)算；②邏輯運(yùn)算：邏輯運(yùn)算包括：邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯異或以及移位、循環(huán)移位等運(yùn)算和操作。

2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

標(biāo)志寄存器FLAG是一個(gè)16位寄存器，使用其中的9位作為條件標(biāo)志（狀態(tài)標(biāo)志）和控制標(biāo)志。條件標(biāo)志（6位）根據(jù)算數(shù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果由硬件自行設(shè)定，表示前一步操作執(zhí)行以后，ALU所處的狀態(tài)，后續(xù)操作可根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)行判斷；控制標(biāo)志（3位）由用戶通過(guò)指令進(jìn)行設(shè)定，用以對(duì)某一種特定的功能起控制作用，反映了人們對(duì)微機(jī)系統(tǒng)工作方式的可控制性。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

①條件標(biāo)志（6位）

CF（CarryFlag）：進(jìn)位標(biāo)志位。

PF（ParityFlag）：奇偶標(biāo)志位。

AF（AuxiliaryCarryFlag）：輔助進(jìn)位標(biāo)志位（半進(jìn)位標(biāo)志位）。

ZF（ZeroFlag）：零標(biāo)志位。

SF（SignFlag）：符號(hào)標(biāo)志位。

OF（OverflowFlag）：溢出標(biāo)志位。進(jìn)位標(biāo)志CF（CarryFlag）當(dāng)加減運(yùn)算結(jié)果的最高有效位有進(jìn)位（加法）或借位（減法）時(shí)，進(jìn)位標(biāo)志置1，即CF＝1；否則CF＝0針對(duì)無(wú)符號(hào)整數(shù)，判斷加減結(jié)果是否超出表達(dá)范圍N個(gè)二進(jìn)制位表達(dá)無(wú)符號(hào)整數(shù)的范圍：0～2N-18位：0～＋25516位：0～＋655358位二進(jìn)制數(shù)相加：

00111010＋01111100＝10110110十六進(jìn)制表達(dá)：3A＋7C＝B6轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)：58＋124＝182沒(méi)有產(chǎn)生進(jìn)位：CF＝08位二進(jìn)制數(shù)相加：

10101010＋01111100＝[1]00100110十六進(jìn)制表達(dá)：AA＋7C＝[1]26轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)：170＋124＝294＝256＋38產(chǎn)生進(jìn)位：CF＝10＜182＜255進(jìn)位1表達(dá)256溢出標(biāo)志OF（OverflowFlag）有符號(hào)數(shù)加減結(jié)果有溢出，則OF＝1；否則OF＝0針對(duì)有符號(hào)整數(shù)，判斷加減結(jié)果是否超出表達(dá)范圍N個(gè)二進(jìn)制位表達(dá)有符號(hào)整數(shù)的范圍：－2N－1～2N－1-18位：－128～＋12716位：－32768～＋32767杯中水已滿，再加就溢出！8位二進(jìn)制數(shù)相加：

00111010＋01111100＝10110110十六進(jìn)制表達(dá)：3A＋7C＝B6轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)：58＋124＝182超出范圍：OF＝18位二進(jìn)制數(shù)相加：

10101010＋01111100＝[1]00100110十六進(jìn)制表達(dá)：AA＋7C＝[1]26轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)：-86＋124＝38沒(méi)有超出范圍：OF＝0182＞127補(bǔ)碼AAH表達(dá)-86進(jìn)位和溢出的區(qū)別進(jìn)位標(biāo)志反映無(wú)符號(hào)整數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍有進(jìn)位，加上進(jìn)位或借位后運(yùn)算結(jié)果仍然正確溢出標(biāo)志反映有符號(hào)整數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍有溢出，運(yùn)算結(jié)果已經(jīng)不正確處理器按照無(wú)符號(hào)整數(shù)求得結(jié)果設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志CF、OF程序員決定操作數(shù)是無(wú)符號(hào)數(shù)，關(guān)心進(jìn)位操作數(shù)是有符號(hào)數(shù)，注意溢出溢出標(biāo)志的判斷處理器硬件判斷規(guī)則最高位和次高位同時(shí)有進(jìn)位或同時(shí)無(wú)進(jìn)位，無(wú)溢出；最高位和次高位進(jìn)位狀態(tài)不同，有溢出人工判斷的簡(jiǎn)單規(guī)則只有當(dāng)兩個(gè)相同符號(hào)數(shù)相加（含兩個(gè)不同符號(hào)數(shù)相減），而運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)與原數(shù)據(jù)符號(hào)相反時(shí)，產(chǎn)生溢出；其他情況下，不會(huì)產(chǎn)生溢出

00111010＋01111100

10110110正數(shù)正數(shù)負(fù)數(shù)最高位次高位零標(biāo)志ZF（ZeroFlag）運(yùn)算結(jié)果為0，則ZF＝1，否則ZF＝0結(jié)果是0，ZF標(biāo)志不是0

！舉例8位二進(jìn)制數(shù)相加：

00111010＋01111100＝10110110

結(jié)果不是0，ZF＝08位二進(jìn)制數(shù)相加：

10000100＋01111100＝[1]00000000

結(jié)果是0，ZF＝1結(jié)果進(jìn)位符號(hào)標(biāo)志SF（SignFlag）運(yùn)算結(jié)果最高位為1，則SF＝1；否則SF＝08位二進(jìn)制數(shù)相加：

00111010＋01111100＝10110110

最高位＝1：SF＝18位二進(jìn)制數(shù)相加：

10000100＋01111100＝[1]00000000

最高位＝0：SF＝0結(jié)果進(jìn)位最高位＝符號(hào)位＝SF奇偶標(biāo)志PF（ParityFlag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果最低字節(jié)中“1”的個(gè)數(shù)為零或偶數(shù)時(shí)，PF＝1；否則PF＝08位二進(jìn)制數(shù)相加：

00111010＋01111100＝10110110

“1”的個(gè)數(shù)為5個(gè)：PF＝08位二進(jìn)制數(shù)相加：

10000100＋01111100＝[1]00000000

“1”的個(gè)數(shù)為0個(gè)：PF＝1結(jié)果進(jìn)位僅最低8位“1”的個(gè)數(shù)

兩正數(shù)相加（補(bǔ)碼相加），結(jié)果為負(fù)數(shù)，顯然運(yùn)算產(chǎn)生了溢出，即超出了機(jī)器所能表示的范圍故OF＝1；SF=1；ZF=0；PF＝1；CF＝0；AF＝1。例：將十六進(jìn)制數(shù)5439H和356AH相加，并說(shuō)明其標(biāo)志狀態(tài)。0101010000111001＋01000101011010101001100110100011

②條件標(biāo)志（3位）

TF（TrapFlag）：陷阱標(biāo)志位。

IF（Interrupt-enableFlag）：中斷允許標(biāo)志位。

DF（DirectionFlag）：方向標(biāo)志位。該標(biāo)志由方向控制指令STI或CLI設(shè)置或清除。

（3）內(nèi)部控制邏輯內(nèi)部控制邏輯用于實(shí)現(xiàn)EU內(nèi)部控制，主要功能為從指令隊(duì)列緩沖器中去除指令，并對(duì)指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制各部件的協(xié)同工作，來(lái)完成指令的執(zhí)行過(guò)程。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.總線接口單元（BIU）

BIU負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)、地址、狀態(tài)及控制信息。它由段寄存器（DS、CS、ES、SS）、16位指令指針寄存器IP（指向下一條要取出的指令代碼）、20位地址加法器（用來(lái)產(chǎn)生20位地址）和6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊(duì)列緩沖器等組成。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（1）段地址寄存器

訪問(wèn)存儲(chǔ)器的物理地址由段地址和段內(nèi)偏移地址兩部分組成。段地址寄存器用來(lái)存放段地址，也稱段寄存器?？偩€接口單元

BIU有4個(gè)段寄存器。分別為：CS、DS、ES和SS。段寄存器用于存放段基地址值（16位無(wú)符號(hào)數(shù)）。CPU可以通過(guò)4個(gè)段寄存器訪問(wèn)存儲(chǔ)器中4個(gè)不同的段（每段最大64K字節(jié))。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)①CS（代碼段寄存器）CS是存放當(dāng)前執(zhí)行程序所在段的段地址。CS的內(nèi)容左移四位加上指令指針I(yè)P的內(nèi)容就是下一條要執(zhí)行的指令的地址。②DS（數(shù)據(jù)段寄存器）DS是存放當(dāng)前使用數(shù)據(jù)的段地址。通常數(shù)據(jù)段用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)。DS的內(nèi)容左移四位加上按指令中存儲(chǔ)器尋址方式計(jì)算出來(lái)的偏移地址，就是對(duì)數(shù)據(jù)段指定單元進(jìn)行讀寫(xiě)的地址。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)③ES（附加段寄存器）附加段經(jīng)常在字符串操作時(shí)作為目的區(qū)使用，ES存放附加段的段地址，DI存放目的區(qū)的偏移地址。④SS（堆棧段寄存器）SS是存放當(dāng)前堆棧段的地址。堆棧是存儲(chǔ)器中開(kāi)辟的按后進(jìn)先出的原則組織的一個(gè)特別存儲(chǔ)區(qū)。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（2）地址加法器地址加法器用于由邏輯地址計(jì)算20位物理地址，邏輯地址指程序員編寫(xiě)程序使用的地址，一般指段地址和段內(nèi)偏移地址。

（3）指令指針寄存器（IP）指令指針寄存器又稱為程序計(jì)數(shù)器，它是一個(gè)16位寄存器。IP中存放當(dāng)前將要執(zhí)行的指令的有效地址。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（4）指令隊(duì)列緩沖器指令隊(duì)列緩沖器是一個(gè)與CPU速度相匹配的高速緩沖寄存器。8086緩沖器為6個(gè)字節(jié)，8088為4個(gè)字節(jié)，

。（5）總線控制邏輯總線控制邏輯的功能是產(chǎn)生CPU外部三總線（AB、DB、CB）的控制信號(hào)，控制CPU與其它部件交換數(shù)據(jù)、地址、狀態(tài)及控制信息。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.總線接口單元（BIU）和執(zhí)行單元（EU）的管理在EU執(zhí)行指令的過(guò)程中，BIU始終根據(jù)指令指示器IP提供的地址，從存放指令的存儲(chǔ)器中預(yù)先取出一串指令存放到指令隊(duì)列中。取來(lái)的指令在指令隊(duì)列中是按字節(jié)順序存放的，這樣EU不必等待BIU去取指令。2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)指令執(zhí)行的兩個(gè)主要階段：取指和執(zhí)行取指：從主存取出指令代碼進(jìn)入指令隊(duì)列執(zhí)行：譯碼指令、并發(fā)出有關(guān)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)指令功能取指譯碼執(zhí)行2.1.18086內(nèi)部結(jié)構(gòu)8088指令執(zhí)行過(guò)程示意

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)信息和數(shù)據(jù)的物理部件。

所有的程序和數(shù)據(jù)必須被調(diào)入內(nèi)存后，才能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行和處理。

2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織1.存儲(chǔ)單元地址和內(nèi)容

8086CPU的存儲(chǔ)器是以字節(jié)（8位）為單位組織的。它們具有20條地址總線，故可尋址的地址空間容量為220=1MB。每個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)唯一一個(gè)地址，地址范圍0～220-1，用十六進(jìn)制表示為00000～FFFFFH。2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織

2.存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及訪問(wèn)

存儲(chǔ)器內(nèi)部是按字節(jié)進(jìn)行組織的，兩個(gè)相鄰的字節(jié)被稱為一個(gè)“字”。在一個(gè)字中每個(gè)字節(jié)用一個(gè)唯一的地址碼進(jìn)行表示。存放的信息以字節(jié)為單位，在存儲(chǔ)器中按順序排列存放。2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織

若存放的數(shù)據(jù)為一個(gè)字，則將該字的低字節(jié)（低8位）存放在低地址中，高字節(jié)（高8位）存放在高地址中，并以低地址作為該字的地址。如果一個(gè)字是從偶地址開(kāi)始存放，稱為對(duì)準(zhǔn)字。如果一個(gè)字是從奇地址開(kāi)始存放，稱為非對(duì)準(zhǔn)字。2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織

3.存儲(chǔ)器的分段

8086CPU地址總線為20條，直接可尋址的存儲(chǔ)器空間可達(dá)到1MB，但是，8086CPU內(nèi)所有的寄存器（CS、DS、SS、ES、SP、BP、SI、DI和IP）都是16位的，最多只能尋址64KB空間。因此，為了對(duì)整存儲(chǔ)器空間尋址，需要20位長(zhǎng)的地址碼。2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織

將16位段基址左移4位，然后與16位段內(nèi)偏移地址相加而獲得20位物理地址。

物理地址＝段地址×16＋段內(nèi)偏移地址

當(dāng)CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，必須完成上述的地址計(jì)算。

2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織邏輯地址是在處理器內(nèi)部、程序員編程時(shí)采用的地址邏輯地址＝段基地址∶偏移地址段基地址＝在主存中的起始地址偏移地址＝距離段基地址的位移量某個(gè)存儲(chǔ)單元可以有多個(gè)邏輯地址，但只有一個(gè)唯一的物理地址邏輯地址線性地址物理地址編程使用處理器轉(zhuǎn)換地址總線輸出2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織邏輯地址與物理地址108208308106206306107207307109209309110105104103102101210205204203202201310305304303302301081828061626071727091929100504030201201514131211302524232221邏輯地址＝相對(duì)地址：205（2層05號(hào)房間）物理地址＝絕對(duì)地址：15（第15號(hào)房間）邏輯地址和物理地址

4.8086CPU的I/O地址空間

8086CPU和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互是由I/O接口電路完成的。每個(gè)I/O接口往往包含一個(gè)或多個(gè)端口，這些端口通常對(duì)應(yīng)I/O接口電路內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)寄存器。8086CPU利用地址總線的低16位作為對(duì)8位I/O端口的尋址線。

2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織

當(dāng)I/O設(shè)備接在地址總線低8位（AD7～AD0）上時(shí)，這個(gè)I/O設(shè)備所包括的所有端口地址都將是偶數(shù)地址（即A0＝0）；若I/O設(shè)備是接在地址總線的高8位（AD15～AD8），那么此設(shè)備包含的所有端口地址都是奇數(shù)地址（即A0＝1）。

2.1.28086/8088存儲(chǔ)器及I/O組織2.28086引腳功能及工作模式

8086CPU是一個(gè)40引腳的器件，它采用分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因而部分引腳具有兩種功能。

8086設(shè)計(jì)了最小工作模式和最大工作模式，在兩種工作模式下，部分引腳的功能是不同的。2.2.18086引腳信號(hào)功能

12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVCCAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE*/S7MN/MX*RD*HOLD(RQ*/GT0*)HLDA(RQ1*/GT1*)WR*(LOCK*)M/IO*(S2*

)DT/R*(S1*

)DEN(S0

)ALEINTATEST*READYRESET8086

在最小模式和最大模式下的通用引腳：

1.電源

VCC：輸入，接入±5V電源。

GND：輸入，兩條地線均應(yīng)接地。

2.AD15～AD0：(AddressDataBus)AD15～AD0是地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線，雙向，三態(tài)。

2.2.18086引腳信號(hào)功能

3.A19/S6～A16/S3

地址/狀態(tài)分時(shí)復(fù)用信號(hào)，輸出。在總線周期的T1狀態(tài)A19/S6～A16/S3上出現(xiàn)的是地址的高4位。在T2～T4狀態(tài)，A19/S6～A16/S3上輸出狀態(tài)信息

。

2.2.18086引腳信號(hào)功能

4.BHE/S7（BusHighEnable/Status）地址/狀態(tài)分時(shí)復(fù)用信號(hào)，輸出。在總線周期的T1狀態(tài)A19/S6～A16/S3上出現(xiàn)的是地址的高4位。在T2～T4狀態(tài)，A19/S6～A16/S3上輸出狀態(tài)信息

。

2.2.18086引腳信號(hào)功能

——

5.NMI（Non-MaskableInterrupt）

NMI為非屏蔽中斷請(qǐng)求，輸入，高電平有效。NMI不受中斷允許標(biāo)志的影響。當(dāng)CPU檢測(cè)到NMI有一個(gè)上升沿的信號(hào)以后，CPU執(zhí)行完當(dāng)前指令便響應(yīng)中斷類型碼為2的非屏蔽中斷請(qǐng)求。

2.2.18086引腳信號(hào)功能

6.INTR（InterruptRequest）

INTR為可屏蔽中斷請(qǐng)求，輸入，高電平有效。如果INTR信號(hào)有效，當(dāng)CPU的中斷允許標(biāo)志IF=1時(shí)，CPU結(jié)束當(dāng)前指令后，響應(yīng)INTR中斷請(qǐng)求。2.2.18086引腳信號(hào)功能

7.RD（Read）

讀信號(hào)，輸出，三態(tài)。CPU執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)器或I/O端口的讀操作時(shí)，T2～T3期間有效，到底是讀存儲(chǔ)器還是讀I/O端口取決于M/IO，若為高則為讀存儲(chǔ)器，否則為讀I/O端口。2.2.18086引腳信號(hào)功能

————

8.CLK（Clock）

時(shí)鐘信號(hào)，輸入。為CPU和總線控制邏輯提供時(shí)鐘信號(hào)。要求時(shí)鐘信號(hào)的占空比為1/3，即一個(gè)周期中，1/3為高電平，2/3為低電平。CPU的所有操作均是在時(shí)鐘的同步下進(jìn)行的。2.2.18086引腳信號(hào)功能

9.RESET（Reset）

復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，CPU結(jié)束當(dāng)前操作并對(duì)標(biāo)志寄存器、IP、DS、SS、ES及指令隊(duì)列清零，并將CS設(shè)置為FFFFH。當(dāng)復(fù)位信號(hào)撤除時(shí)，CPU從FFFF0H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。2.2.18086引腳信號(hào)功能

10.READY（Ready）

READY為準(zhǔn)備好判斷信號(hào)，輸入，高電平有效。CPU在每個(gè)總線周期的T3狀態(tài)前沿對(duì)READY進(jìn)行采樣。當(dāng)READY信號(hào)有效時(shí)表示存儲(chǔ)器或I/O準(zhǔn)備好發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

2.2.18086引腳信號(hào)功能

11.TEST（Test）測(cè)試信號(hào)，輸入，低電平有效。該信號(hào)與WAIT指令配合使用，在CPU執(zhí)行WAIT指令時(shí)，CPU一直處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，進(jìn)行等待。只有當(dāng)8086檢測(cè)到信號(hào)有效時(shí)，才結(jié)束等待狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行向下執(zhí)行指令。

2.2.18086引腳信號(hào)功能

——

12.MN/MX（Minimum/MaximumModeControl）MN/為最大/最小模式控制信號(hào)，輸入。決定8086工作在哪種工作模式。如果MN/＝1（+5V），CPU工作在最小模式狀態(tài)，MN/＝0（接地），CPU工作在最大模式狀態(tài)。2.2.18086引腳信號(hào)功能

——最小工作模式：系統(tǒng)中只有一個(gè)8086CPU，在這種情況下，所有的總線控制信號(hào)，都是直接由8086CPU產(chǎn)生，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少，該模式適用于規(guī)模較小的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。2.2.28086兩種工作模式

最大工作模式：最大工作模式用在中、大規(guī)模的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。在最大工作模式下，系統(tǒng)中至少包含兩個(gè)微處理器，其中一個(gè)為主處理器，即8086CPU，其它的微處理器稱之為協(xié)處理器。一類是數(shù)值協(xié)處理器8087，另一類是輸入/輸出協(xié)處理器8089。2.2.28086兩種工作模式

1.總線周期在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU按照一定的時(shí)序，通過(guò)BIU對(duì)外部存儲(chǔ)器或I/O接口完成一次訪問(wèn)，稱為CPU執(zhí)行了一次總線操作。執(zhí)行一次總線操作的周期稱為一個(gè)總線周期。執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期，而CLK時(shí)鐘脈沖的重復(fù)周期稱為時(shí)鐘周期

。2.2.38086微處理器的總線操作

2.復(fù)位操作及時(shí)序復(fù)位操作是通過(guò)RESET引腳上的觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，其在最大工作模式和最小工作模式下都是一樣的。當(dāng)RESET引腳上有高電平時(shí)，CPU就結(jié)束當(dāng)前操作，進(jìn)入初始化（復(fù)位）過(guò)程。不管CPU原來(lái)做任何種操作，對(duì)RESET信號(hào)的響應(yīng)都是立即進(jìn)行的。2.2.38086微處理器的總線操作

3.典型總線操作時(shí)序

CPU為了與存儲(chǔ)器或I/O端口進(jìn)行一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)交換，需要執(zhí)行一次總線操作，按數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较騺?lái)分，可將總線操作分為讀操作和寫(xiě)操作兩種類型；按照讀/寫(xiě)的不同對(duì)象，總線操作又可分為存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)與I/O讀/寫(xiě)操作。

2.2.38086微處理器的總線操作

（1）最小模式下的總線讀周期

8086CPU進(jìn)行存儲(chǔ)器讀操作時(shí)，便進(jìn)入存儲(chǔ)器讀周期時(shí)序，一個(gè)最基本的讀周期包含有4個(gè)狀態(tài)，即T1、T2、T3、T4，必要時(shí)可插入1個(gè)或幾個(gè)TW。2.2.38086微處理器的總線操作8086的總線讀周期時(shí)序

（2）最小模式下的總線寫(xiě)周期

當(dāng)CPU要向內(nèi)存或I/O端口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入總線寫(xiě)周期。最基本的總線寫(xiě)周期也包括T1、T2、T3、T4四個(gè)狀態(tài)，在內(nèi)存或外設(shè)速度較慢的情況下，必要時(shí)在之后插入若干個(gè)TW狀態(tài)。2.2.38086微處理器的總線操作8086的總線寫(xiě)周期時(shí)序

4.最大模式下的總線操作與最小模式的差異在最大工作模式下，8086的總線讀寫(xiě)操作在邏輯上和最小模式下的讀寫(xiě)操作是一樣的，但在最大方式時(shí)，增設(shè)總線控制器8288，總線控制信號(hào)不再由CPU直接輸出，而是由總線控制器根據(jù)CPU給出的狀態(tài)信號(hào)S2～S0進(jìn)行綜合后產(chǎn)生，因此在分析操作時(shí)序時(shí)要考慮CPU和總線控制器8288兩者產(chǎn)生的控制信號(hào)。2.2.38086微處理器的總線操作2.380X86微處理器

Intel公司在推出了16位微處理器8086之后，相繼推出了80286、80386、80486、Pentium、PentiumPro、PentiumⅡ、PentiumⅢ、PentiumⅣ等80X86系列高檔微處理器。從基本概念、結(jié)構(gòu)乃至指令系統(tǒng)來(lái)看，它們是8086的延續(xù)和擴(kuò)展。

80386DX封裝在一個(gè)132引腳芯片80486DX是一個(gè)168引腳的芯片Pentium具有237個(gè)引腳PentiumPro有387個(gè)引腳PentiumIV達(dá)到423個(gè)引腳處理器的主要引腳——數(shù)據(jù)總線、地址總線和讀寫(xiě)控制總線——幾乎相同摩爾定律1.集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個(gè)月就翻一番。2.微處理器的性能每隔18個(gè)月提高一倍，而價(jià)格下降一半。3.用一個(gè)美元所能買(mǎi)到的電腦性能，每隔18個(gè)月翻兩番。

戈登·摩爾GordonMoore

1982年1月推出的80286在IBMPC/AT中得以推廣應(yīng)用。該芯片上共集成了13.5萬(wàn)只晶體管，采用68個(gè)引腳的4列直插式封裝，地址線和數(shù)據(jù)線不再分時(shí)復(fù)用，分開(kāi)設(shè)置16條獨(dú)立的數(shù)據(jù)線和24條獨(dú)立的地址線。

2.3.180286微處理器

80286內(nèi)部包含4個(gè)獨(dú)立的可并行操作的功能部件：總線接口部件BIU、地址部件AU、指令部件IU和執(zhí)行部件EU。并行工作運(yùn)行速度，80286的運(yùn)行速度為8～10MHz，后期80286版本達(dá)到20MHz。

2.3.180286微處理器

80286內(nèi)部的通用寄存器（包含4個(gè)數(shù)據(jù)寄存器和4個(gè)基址變址寄存器）、4個(gè)段寄存器和1個(gè)指令指針寄存器，其用途和含義與8086的寄存器一樣。不同之處在于標(biāo)志寄存器（FLAGS）新增了兩個(gè)標(biāo)志（占3位）以及增加了1個(gè)機(jī)器狀態(tài)字（MSW）。

2.3.180286微處理器

嵌套標(biāo)志（NT/D14）：NT=1，表示當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)嵌套于另一個(gè)任務(wù)中，執(zhí)行該任務(wù)后，要返回原來(lái)的任務(wù)中；NT=0，表示沒(méi)有任務(wù)嵌套。I/O特權(quán)標(biāo)志位（IOPL/D13、D12），用以表示在保護(hù)模式下指定的I/O操作處于特權(quán)層的哪一層。

機(jī)器狀態(tài)字（MSW）是一個(gè)16位寄存器，只定義了它的低4位：保護(hù)允許（PE）、協(xié)處理器監(jiān)控（MP）、模擬協(xié)處理器（EM），任務(wù)切換（TS）。

80286有實(shí)地址和虛地址保護(hù)方式兩種工作方式。

80386是Intel公司首次推出的32位微處理器，具有6個(gè)獨(dú)立部件：總線接口部件、指令預(yù)取部件、指令譯碼部件、執(zhí)行部件、分段部件和分頁(yè)部件。6個(gè)部件按流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，指令的預(yù)取、譯碼、執(zhí)行等步驟由各自的處理部件并行操作。

2.3.280386微處理器

80386共有8類寄存器。控制寄存器、系統(tǒng)地址寄存器、調(diào)試寄存器和測(cè)試寄存器主要是用于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試；通用寄存器、段寄存器、指令指示器、標(biāo)志寄存器用于存放數(shù)據(jù)或地址。2.3.280386微處理器

均可完成8位、16位、32位的操作數(shù)或16位、32位操作數(shù)地址的存放。

圖2-2180386的部分寄存器

80386的32位指令指示器（EIP）是8086中IP的擴(kuò)展，用來(lái)存放下一條要執(zhí)行的指令的地址偏移量。EFLAGS的低16位仍是80286的IP和FLAGS，并可單獨(dú)使用；增加了兩個(gè)標(biāo)志位，虛擬8086方式標(biāo)志（VM）和恢復(fù)標(biāo)志或重新啟動(dòng)標(biāo)志（RF）。

80386在原有8086、80286的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)段寄存器，為此80386內(nèi)部有6個(gè)16位的段寄存器CS、DS、ES、SS、GS和F