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第2章80868088CPU体系结构PPT课件

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微机原理第二章课件-8086_8088微处理器的内部结构分解

微机原理第二章课件-8086_8088微处理器的内部结构分解

(3) 6字节的指令队列：总线接口部件从内 存中取来的指令放在一个缓冲区中，这个 缓冲区叫指令队列。执行部件在执行指令 过程中从指令队列取来指令执行。 (4) 输入/输出控制电路：该控制电路将 8086CPU的片内总线与系统总线相连，是 8086CPU与外部交换数据的必经之路。
2、执行部件EU(Execution Unit)
第二节 CPU的外部结构
8086/8088CPU芯片都是40条引脚的双列 直插式封装。部分引脚采用了分时复用方 式，即同一条引脚在不同的时刻具有不同 的用途。如图2.3所示。 8086/8088CPU可有两种工作模式，即最 大模式和最小模式。不同模式下个别引脚 的功能是不同的。
GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND
(4) 标志寄存器FR
FR主要用来标志运算结果的状态，以及控制CPU的 操作。各标志位定义如图2. 2所示（共有9个标志）：
下图是80x86微处理器的标志寄存器，从 图中可知，他们是向下兼容的。
标志位共有9个，6个是状态标志，用来表示运算结果的 特征，包括CF、PF、AF、ZF、SF和OF；3个是控制标志， 用来控制CPU的操作，包括IF、DF和TF。 ① 状态标志： CF：进位标志，表示本次运算中最高位（第7位或第15 位）有进位或有借位。 PF：奇偶标志。 PF=1表示本次运算中低8位有偶数个 “1”； PF=0表示有奇数个“1”。 AF：辅助进位标志。 AF=1表示本次运算第3位向第4位有 进位或有借位。在十进制运算中作为是否进行十进制调整 的依据。 ZF：零标志。ZF=1表示本次运算结果为零，否则ZF=0 SF：符号标志。 SF=0为正数； SF=1为负数。 OF：溢出标志。 OF=1表示本次运算结果产生溢出，否则 OF=0。所谓溢出就是指运算结果超出了相应类型数据所能

第二章 微型计算机的体系结构全套PPT

第二章 微型计算机的体系结构全套PPT
① 当指令队列中有2个空字节时，BIU自动把 指令取到指令队列中。当指令队列已满， 而EU无总线访问请求时， BIU进入空闲状 态。
② EU从指令队列的头部取出指令，并执行该 指令。在执行中，如需要访问内存或 I/O 设备，则EU请求BIU取操作数，并直等到 需要的操作数到来后，EU才继续操作。若 BIU处于空闲态，它立即响应请求，若BIU 正在取指令到指令对列，它先完成取指令 操作，再响应EU的请求。
第二章
微型计算机的体系结 构
2.1 8086CPU的内部逻辑结构
8086是Intel系列的16位微处理器，常用 HMOS工艺制造，它有16位数据线和20根地 址线，可寻址的地址空间达220即1MB。
8088微处理器是准16位，其内部逻辑按16
位设计，但外部数据总线只有8条。
1. 8086的内部结构 8086的内部逻辑结构如图2.1所示，从功
• OF（Overflow Flag）：溢出标志。 OF=1 表示本次运算结果超出了带符号数范 围，即溢出。否则OF=0。
8位补码的整数范围是： -128 ~ +127；
16位补码的整数范围是： -32768 ~ +32767。
❖ 关于进位与溢出 2个n位的无符号二进制数相加，结果大
于2n－1，称为进位。应用CF标志位作判断。 2个n位的带符号二进制数相加，结果大
当运算结束时，BIU将运算结果送入指定的内存单元或外设。 各逻辑段之间可完全分开，也可相互交叠甚至完全重叠。 CF=1表示本次运算中，最高位（D7位或D15位）发生进位（加法运算）或借位（减法运算）。 最大模式下的总线请求/允许 有时，CPU需要在T3之后加入一个或几个附加的时钟周期Tw，称为等待状态。 FLAGS (Flags Register ) 标志寄存器 最大模式下的总线请求/允许 CPU从代码段中偏移地址位IP的单元中取出指令代码的1个字节后， IP自动加1，指向指令代码的下一个字节存放单元。 8086系统允许一次访问存储器时读/写一个字节（8位），也可以读/写一个字（相邻的2个字节），此时要求同时访问两个存储体，各读/写一个字节 信息。 1所示，从功能上可分为两个独立的功能部件，即总线接口部件（BIU）和执行部件 （EU）。 8086系统的堆栈在存储器中实现。

第2章-8086 8088微处理器

第2章-8086 8088微处理器
用来存放二进制操作数，可以是参加操作的数据、 操作的中间结果、操作数的地址。
大多数算术和逻辑运算指令都可以使用这些数据寄 存器。
17
通用寄存器
指针寄存器和变址寄存器
用于堆栈操作
SP (Stack Pointer), BP (Base Pointer), SI (Source Index), DI (Destination Index)
NUIST
第2章 8086/8088 微处理器
教学目标
掌握微处理器的内部功能结构组成。 理解和掌握微处理器的寄存器结构，明确各寄 存器的用法。 理解“段加偏移”的存储器寻址方法，掌握 物理地址和逻辑地址的关系。 掌握微处理器的总线周期的概念，理解微机 系统在时序作用下的工作过程。
2
主要内容
1 8086/8088微处理器特点 2 8086/8088微处理器结构 3 8086/8088 CPU工作模式和引脚 4 8086的总线时序
CX,DX • 堆栈指针寄存器SP(16位) • 基址指针寄存器BP(16位) • 目的变址寄存器DI(16位) • 源变址寄存器SI(16位)
11
指令执行部件EU（Execution Unit）
通用 寄存器
AH BH CH
AL BL CL
DH DL
指针 SP
和变址 BP 寄存器 DI
SI
AX BX CX DX
FLAGS IP
目的变址寄存器 变址寄存器 源变址寄存器
基址指针寄存器 栈指针寄存器
指针寄存器 CS
标志寄存器 指令指针寄存器
DS SS ES
16
通Hale Waihona Puke 寄存器代码段寄存器 数据段寄存器 堆栈段寄存器 附加段寄存器

微机原理与接口技术-第2章-80868088微处理器

微机原理与接口技术-第2章-80868088微处理器

2.1.3 8088CPU的寄存器结构
含14个16位寄存器，按功能可分为三类： 8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器
AH BH
AL BL
AX BX 控制寄存器 指令指针 状态标志 IP FLAGS CS DS SS ES
AH CH
通 用 寄 存 器
AL CL AX CX BL DL BX DX CX DX
地址指针寄存器
SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址； BP：基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内 存单元的偏移地址。
BX与BP在应用上的区别
作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； 作为基址寄存器，BX通常用于数据段，一般与DS 或ES搭配使用；BP则通常用于堆栈段，与SS搭配 使用。
变址寄存器
SI：源变址寄存器 DI：目标变址寄存器 变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址.
段寄存器
用于存放逻辑段的段基地址。 CS：代码段寄存器 DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器 SS：堆栈段寄存器 堆栈段用于存放返回地址，保存寄存器内容，传递参 数。
指令指针寄存器
IP：指令指针寄存器，其内容为下一条 要执行的指令的偏移地址；
2.1.2 8088CPU的存储器组织
物理地址
● 8088/8086：20根地址线，可寻址220(1MB)个存储单元。
● CPU送到AB上的20位的地址称为物理地址。
低地址
物理地址
. . 60000H 60001H 60002H 60003H 60004H . . .
段基址
F0H 12H 1BH 08H
段i-1
代码段
段基址 段i 段基址 段i+1 段基址
最大64KB， 最小16B

第2章8086、8088CPU体系结构

第2章8086、8088CPU体系结构

Intel 8282
具有三态输出的 TTL电平锁存器 STB 电平锁存引脚 OE* 输出允许引脚
每一位都是一个三态锁存器， 8个三态锁存器的控制端连在一起
74LS373
具有三态输出的 TTL电平锁存器 LE 电平锁存引脚 OE* 输出允许引脚
74LS373与Intel 8282功能一样
以Intel8086／8088、Z8000和MC68000 为代表的16位微处理器是第3代产品，以它们 为核心部件组成的微机系统,其性能已达到中、 高档小型计算机的水平。20多年来,Intel系 列CPU一直占着主导地位。尽管8086/8088后 续的80286、80386、80486以及Pentium系列 CPU结构与功能已经发生很大变化，但从基本 概念与结构以及指令格式上来讲,它们仍然是 经典的8086/8088CPU的延续与提升。并且， 其他系列流行的CPU(如AMD公司的6X86MX/MⅡ 等)也与80x86CPU兼容。
补充：三态门和D触发器
• 三态门和以D触发器形成的锁存器是微机 接口电路中最常使用的两类逻辑电路 • 三态门：功率放大、导通开关 • 器件共用总线时，一般使用三态电路：
– 需要使用总线的时候打开三态门； – 不使用的时候关闭三态门，使之处于高阻
• D触发器：信号保持，也可用作导通开关
三态
锁存
三态缓冲器（三态门）
具有单向导通和三态的特性
A T
A T F A T
F
T为低平时： 输出为高阻抗（三态） T为高电平时： 输出为输入的反相
F
A
T
F
表示反相或低电平有效
74LS244
双4位单向缓冲器 • 分成4位的两组 • 每组的控制端连 接在一起 • 控制端低电平有 效 • 输出与入同相

第2章CPU计算机ppt课件

第2章CPU计算机ppt课件
第2章 CPU
2.1 CPU概述 2.2 主流CPU 2.3 CPU的选购 2.4 CPU散热器选购
2.1 CPU概述
CPU(Central Processing Unit)，即中央处理单元， 也称微处理器，是整个系统的核心，也是整个系统最高 的执行单位。它负责整个系统指令的执行、数学与逻辑 运算、数据存储、传送以及输入输出的控制。
＊后面的四位数字是CPU频率。（频率不是超过1G，第一位是0， 后三位数字代表了主频率）
＊紧接着数字编号的英文字母标识的是封装方式。 A代表PGA封装 C代表LGA封装 U是CPU核心电压，分为：S－1.5V;U－1.6V;V－1.7V;N－1.8V T是工作温度，分为：Q=60C;X=65C;R=70C;Y=75C;T=90C;S=95C ２是二级缓存的大小，分为：1=64K;2=128K;3=256K，4＝512K Ｂ是前端总线的速度，分为：A=133MHz;B=200MHz;C=2e 内置MMX多媒体指令集 支持MMX指令和3DNow!指令 256KBL2Cache,支持MMX和 3DNow! 8MBL2Cache,MMX， 3DNow!,SSE 采用0.13微米制造，MMX， 3DNow!,SSE
2. AMD各阶段的代表产品
Thoroughbred的A0版XP Thoroughbred的B0版XP Barton核心的XP处理器 低端Duron处理器
2.3 CPU的选购
CPU作为一台PC的核心部分，它的选择对于购置新 机和升级的用户来说都非常重要。
2.3.1 选购CPU的注意事项 2.3.2 主流CPU不同核心的选购 2.3.3通过产品标识辨别Intel的CPU 2.3.4通过编号认识AMD的CPU
2.3.1 选购CPU的注意事项 1. 从实际需要出发选择产品 Office类应用 游戏玩家 多媒体网络应用与制作 图形设计 其他工作

微机原理第二章课件-80868088微处理器的内部结构

微机原理第二章课件-80868088微处理器的内部结构

算术逻辑单元（ALU）
执行位移、循环等位操作。
执行与、或、非等逻辑运 算。
执行加、减、乘、除等算 术运算。
逻辑运算 算术运算
位操作
标志寄存器
状态标志
记录运算结果的状态，如进位标志、 溢出标志和零标志等。
控制标志
用于控制处理器行为，如中断允许标 志和方向标志等。
03 8086/8088微处理器的 输入/输出结构
02 8086/8088微处理器的 内部结构
寄存器结构
通用寄存器
状态寄存器
用于存储操作数和中间结果，包括数 据寄存器、地址寄存器和段寄存器等。
用于存储处理器状态信息，如溢出标 志、奇偶校验标志和中断允许标志等。
控制寄存器
用于存储程序计数器、标志寄存器、 中断屏蔽寄存器和调试寄存器等。
存储器管理单元（MMU）
工作原理
指令解码器通常包含一系列的解码器逻辑门，每个逻辑门对应于一种可能的机器码。当解码器读取到一条指令时，它 会激活相应的逻辑门，从而生成一组控制信号。这些控制信号随后被发送到微处理器的其他部分，以执行相应的操作 。
重要性
指令解码器是微处理器中至关重要的部分，因为它决定了微处理器如何执行程序中的指令。不同的指令 解码器设计可以实现不同的指令集，从而影响微处理器的性能和功能。
输入/输出端口
输入/输出端口
8086/8088微处理器拥有多个输 入/输出端口，这些端口可以与 外部设备进行数据交换。每个端 口都由一个16位的地址唯一标识， 通过端口地址可以寻址到具体的
端口进行读写操作。
数据总线
在输入/输出端口中，数据总线 是一个双向的8位数据通道，用 于在微处理器和外部设备之间传 输数据。数据总线可以同时进行

第2章 80868088的系统结构

第2章 80868088的系统结构

第2章 8086/8088的系统结构1978年，Intel公司制造出第一个16位的微处理器8086/8088，它是80X86微处理器系统结构的基础。

8086/8088CPU的主要特点是：第一，CPU数据总线是16位的，就是说，它一次最多能处理16位的数据；第二，CPU地址总线是20位的，存储器的空间是1MB；第三，CPU采用了流水线处理技术，当数据总线和地址总线忙于传输数据时，CPU可以同时处理其它信息，使处理器的效率提高。

Intel以后研制出的所有的CPU都是建立在8086/8088指令集基础之上。

新的微处理器都能运行原来8086/8088的程序，同时又增加了新的功能和指令。

计算机的系统结构 (system architecture ) 也称为系统架构，经典的系统结构定义是指计算机系统的多层次结构中机器语言机器级的结构，它是软件和硬件/固件的主要交界面，是由机器语言程序、汇编语言源程序和高级语言源程序翻译生成的机器语言目标程序能在机器上正确运行所应具备的界面结构和功能。

随着计算机技术、微电子技术等不断发展，系统结构的概念和内涵也在演变，对于计算机或CPU设计、应用人员来说，计算机系统结构是硬件和软件的综合技术，往低层看，是CPU、存储器、接口等的硬件电路系统设计，和指令系统的设计和优化等，是计算机的基础级。

往上层看，是如何构造出性能更快、更优的计算机系统，提高计算机系统的并行性，包括指令级的并行、操作系统级的并行、和多处理器的并行，这涉及到许多并行的新算法，结构和编程等技术，这些内容本书涉及。

2-1 8086/8088 CPU结构微处理器就是中央处理单元（central processing unit）,一般简称为CPU。

它的内部有一个算数和逻辑单元（ALU），它主要功能是对数据进行运算和逻辑控制。

8086/8088 CPU结构有二种含义，一是指物理结构，另一个是指编程结构。

物理结构是指在硅片上设计和制造CPU时，各个功能单元部分的电路版图（layout）怎样设计，放置在何处，单元之间的联线怎样安排等，对于一块已经封装好的集成电路，一般是无法从外部看到芯片的内部的。

第2章 80888086系统硬件结构

第2章 80888086系统硬件结构

第2章 8088/8086系统硬件结构
2. 端脚上的区别
8088对外数据总线为8位，故仅分时复用地址线的 低8位，即AD0～AD7这8条为地址/数据线。A8～A15 专门用于地址线。 8086对外数据总线为16位，故与16位的地址线分
时复用，即AD0～AD15这16条均为地址/数据线。
第2章 8088/8086系统硬件结构
字节12340H的内容为：12H 表示为(12340H)＝12H 字节12341H的内容为：34H 表示为(12341H)＝34H 字内容(12340H)＝？ 3412H 字内容(12341H)＝？ 5634H 双字内容(12340H)＝？ 78563412H 双字内容(12341H)＝？ 90785634H
2.4.1 存储单元的地址和内容
计算机存储信息的基本单位是一个二进制位（bit） ，1或0 存储器以字节（8bit）为单位存储信息 汇编语言的数据类型：字节、字、双字、四字 每个字节单元有一个唯一的物理地址，从0编号，顺序加1 地址也用二进制数表示（无符号整数，写成十六 进制） 16位二进制数可表示216=65536=64K个地址 0000H ~ FFFFH 字长16位，一个字要占用相继的两个字节 低位字节存入低地址，高位字节存入高地址 机器以偶地址访问（读/写）存储器 字、 4字单元地址用它的最低字节地址来表示
各段在存储器中的分配：
由操作系统负责，但需要时也可指定
第2章 8088/8086系统硬件结构
2、专用寄存器
IP (instruction pointer)指令指针寄存器
（存放代码段中的偏移地址, 始终指向下一条指令的首地址）
FLAGS (PSW program status word)程序状态字寄存器
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2.1 8086/8088 CPU内部结构
2.2 8086/8088 CPU的工作模式及引脚功能
2.3 8086/8088的存储器组织
2.4 8086/8088的系统配置 2.5 8086/8088的操作和时序 2.6 8086/8088的寻址方式
16
2.1 8086/8088微处理器
• (一)8086/8088CPU内部结构 • (二)寄存器结构 • (三)8086/8088CPU的总线周期概念
8086有16根数据线和20根地址线，可以处理 8位或16位数据，寻址1MB的存储单元和64KB的 I／O端口。它的主机设计较之8位机的性能大约 提高了10倍。
在推出8086之后不久,Intel公司还推出了准16
位微处理器8088。8088的内部寄存器、运算器
以及内部数据总线都是按16位设计的,但外部数据
具有单向导通和三态的特性
T为低平时：
A
F 输出为高阻抗（三态）
T为高电平时：
T
输出为输入的反相
A
F
A
F
A
F
T
T
T
表示反相或低电平有效
4
74LS244
双4位单向缓冲器 • 分成4位的两组 • 每组的控制端连
接在一起 • 控制端低电平有
效 • 输出与输入同相
每一位都是一个三态门， 每4个三态门的控制端连接在一起
• 位数据通路和并行流水线结构,从而允许在总线空闲状 态预取指令,使取指令和执行指令的操作并行执行,提高
• 了CPU的利用律和处理速度。8086/8088对外提供16 位数据总线(8088只有8位)和20位地址线,可寻址空间为 220=1M字节。 8086/8088CPU另一个突出特点是支持 多
• 处理器系统，可与8087或8089构成多处理器系统，以 提高系统的数据处理能力和输入输出能力。8086/8088 这两个CPU基本相同，都是16位内部结构，但对外数据 总线宽度不同，8086是16位，而8088只有8位，所1以5 ， 称8088为准16位CPU。
上升沿锁存：
通常用负脉冲触发锁存
上升沿锁存
负脉冲的上升沿
带有异步置位清零的 电平控制的锁存器
9
74LS273
具有异步清零的 TTL上升沿锁存器
每一位都是一个D触发器， 8个D触发器的控制端连接在一起
10
三态缓冲锁存器（三态锁存器）
A
DQ
C
T
锁存环节
B
缓冲环节
11
Intel 8282
具有三态输出的 TTL电平锁存器
第二章 8086/8088 CPU体系结构
门电路介绍 三态门与D触发器 三态缓冲器、锁存器
三八译码器、
1
概述
1
点击输入简要文字内容，文字内容需概括精炼，不用多余 的文字修饰，言简意赅的说明分项内容……
2
点击输入简要文字内容，文字内容需概括精炼，不用多余 的文字修饰，言简意赅的说明分项内容……
3
点击输入简要文字内容，文字内容需概括精炼，不用多余 的文字修饰，言简意赅的说明分项内容……
STB 电平锁存引脚 OE* 输出允许引脚
每一位都是一个三态锁存器， 8个三态锁存器的控制端连在一起
12
74LS373
具有三态输出的 TTL电平锁存器 LE 电平锁存引脚 OE* 输出允许引脚
74LS373与Intel 8282功能一样
13
以Intel8086／8088、Z8000和 MC68000为代表的16位微处理器是第3代产 品，以它们为核心部件组成的微机系统,其性 能已达到中、高档小型计算机的水平。20多 年来,Intel系列CPU一直占着主导地位。尽管 8086/8088后续的80286、80386、80486 以及Pentium系列CPU结构与功能已经发生 很大变化，但从基本概念与结构以及指令格 式上来讲,它们仍然是经典的8086/8088CPU 的延续与提升。并且，其他系列流行的 CPU(如AMD公司的6X86MX/MⅡ等)也与 80x86CPU兼容。
2
补充：三态门和D触发器
• 三态门和以D触发器形成的锁存器是微机 接口电路中最常使用的两类逻辑电路
• 三态门：功率放大、导通开关 • 器件共用总线时，一般使用三态电路：
– 需要使用总线的时候打开三态门； – 不使用的时候关闭三态门，使之处于高阻
• D触发器：信号保持，也可用作）
7
74LS245
8位双向缓冲器 • 控制端连接在一起
， 低电平有效 • 可以双向导通 • 输出与输入同相
E*＝0，导通 DIR＝1 A→B DIR＝0 A←B
E*＝1，不导通
74LS245与Intel 8286功能一样
8
DQ CQ
DQ CQ
S DQ CQ
R
D触发器
电平锁存
电平锁存：
高电平通过，低电平锁存
总线只有8条。这样设计的目的主要是为了与
Intel原有的8位外围接口芯片直接兼容。在本节
中，我们对8088也将加以说明。
18
一、8086／8088CPU的内部结构 从功能上讲，8086可分为两个部分，即总线接
口单元BIU(Bus Interface Unit)和执行单元 EU(Execution Unit)。
5
A T OE*
双向三态缓冲器
具有双向导通和三态的特性
B
OE*＝0，导通 T＝1 A→B T＝0 A←B
OE*＝1，不导通
6
Intel 8286 8位双向缓冲器
• 控制端连接在一起 低电平有效
• 可以双向导通 • 输出与输入同相
OE*＝0，导通 T＝1 A→B T＝0 A←B
OE*＝1，不导通
每一位都是一个双向三态门， 8位具有共同的控制端
17
8086是Intel系列的16位微处理器，是iAPX86 ／88系列微3.机1 8的0基86础／。80它8采8微用处高理速器运算性能的 HMOS工艺制造,芯片上集成有2.9万个晶体管， 用单一的+5伏电源和40条引脚的双列直插式封装； 时钟频率为5MHz～10MHz，最快的指令执行时 间为0.4μs。
14
• 8086/8088CPU是Intel系列微处理器中具有代表性的高 性能16位微处理器。 Intel 8086/8088CPU采用HMOS 工艺制造，外型为双列直插，有40个引脚。单一的
• 5V电源，主时钟频率8086为5MHz（8086-1为10MHz； 8086-2为8MHz),8088为4.7MHz。8086/8088内部采 用16