第3章 微处理器
1 第3章 微处理器
主要内容 ■微处理器的一般结构; 8086微处理器的组成、引脚功能; 8086的内部寄存器和标志位; 8086的存储器组织; 实模式和保护模式的存储器寻址; 80X86系列微处理器的结构特点
2 主要内容 ◼ 微处理器的一般结构； ◼ 8086微处理器的组成、引脚功能； ◼ 8086的内部寄存器和标志位； ◼ 8086的存储器组织； ◼ 实模式和保护模式的存储器寻址； ◼ 80X86系列微处理器的结构特点
§3.1微处理器的一般结构 性能:8位→16位→32位(主流)→64位(趋势) 运算器 算术逻辑运算,由加法器和 关/(ALU) 一些辅助逻辑电路组成 指令流控制 要 部)控制器1时序控制,产生节拍定时信号 件 指令译码和操作控制 寄存器组—存放临时数据、运算的中 间结果、运算特征、操作数地址
3 §3.1 微处理器的一般结构 运算器 算术逻辑运算，由加法器和 (ALU) 一些辅助逻辑电路组成 指令流控制 控制器 时序控制，产生节拍定时信号 指令译码和操作控制 寄存器组 存放临时数据、运算的中 间结果、运算特征、操作数地址 性能：8位→16位→32位(主流)→ 64位(趋势) 主 要 部 件
§3.28086微处理器 主要内容 8086外部引线及功能; 8086的内部结构和特点; 8086的工作时序
4 §3.2 8086微处理器 主要内容： ◼ 8086外部引线及功能； ◼ 8086的内部结构和特点； ◼ 8086的工作时序
8086的硬件特性 16位微处理器,CMoS型,40引脚DIP封装 16位数据总线,20位地址总线 功耗:+5,360mA(低功耗型80c86仅需10mA) 输入特性:输入电流≤001mA 逻辑0:≤0.8V 逻辑1:≥2.0V 输出特性: 逻辑0:≤0.45V,最大2.0mA 逻辑1:≥24,最大0.4mA 输出引脚负载能力: 74HC、74ALS、74AS、74F负载≤10个 74LS负载≤5个 n74、74S负载≤1个
5 8086的硬件特性 ◼ 16位微处理器，CMOS型，40引脚DIP封装 ◼ 16位数据总线，20位地址总线 ◼ 功耗：＋5V，360mA（低功耗型80C86仅需10mA） ◼ 输入特性：输入电流≤0.01mA ◼ 逻辑0：≤0.8V ◼ 逻辑1：≥2.0V ◼ 输出特性： ◼ 逻辑0：≤0.45V，最大2.0mA ◼ 逻辑1：≥2.4V，最大-0.4mA ◼ 输出引脚负载能力： ◼ 74HC、74ALS、74AS、74F负载≤10个 ◼ 74LS负载≤5个 ◼ 74、74S负载≤1个
、指令流水线 CPU执行一条指令的过程类似于工厂生产流水线,被分 解为多个小的步骤,称为指令流水线 数据和程 控制器的 ALU等 处理后 存储器 输出 序指令 调度分配 功能部件 数据 原料调度分配生产线 成品仓库出厂 取指令指令 取操 作数 指令 存放 结果 6
6 一、指令流水线 取指令 指令 译码 取操 作数 执行 指令 存放 结果 ➢ CPU执行一条指令的过程类似于工厂生产流水线，被分 解为多个小的步骤，称为指令流水线。 原料 调度分配 生产线 成品 仓库 出厂 数据和程 序指令 控制器的 调度分配 ALU等 功能部件 处理后的 数据 存储器 输出
指令流水线 ■指令流水线有两种运作方式: 串行方式: 取指令和执行指令在不同的时刻按顺序执行。 并行方式: 取指令和执行指令可同时执行,需要有能并行工作 的硬件的支持
7 指令流水线 ◼ 指令流水线有两种运作方式： ◼ 串行方式： 取指令和执行指令在不同的时刻按顺序执行。 ◼ 并行方式： 取指令和执行指令可同时执行，需要有能并行工作 的硬件的支持
串行工作方式 8086以前的CPU采用串行工作方式 CPU取指令1执行1取指令2执行2取指令3执行3 BUS忙碌空闲忙碌空闲忙碌空闲 >6个周期执行了3条指令
8 串行工作方式 ◼ 8086以前的CPU采用串行工作方式 CPU 取指令1 执行1 取指令2 执行2 BUS 忙 碌 忙 碌 取指令3 执行3 空闲 空闲 忙 碌 空闲 t0 t1 t2 t3 t4 t5 ➢6个周期执行了3条指令
并行工作方式 8086cPU采用并行工作方式 CPU取指令1执行1 取指令2执行2 取指令3执行3 取指令4执行4 取指令5执行5 >6个周期 BUS|忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌执行了5条 t5指令
9 并行工作方式 ◼ 8086CPU采用并行工作方式 取指令1 取指令2 取指令3 取指令4 执行1 执行2 执行3 BUS 忙碌 执行4 CPU t0 t1 t2 t3 t4 t5 取指令5 执行5 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 ➢6个周期 执行了5条 指令
并行操作的前提 ■取指令部件和指令执行部件要能够并行工作; 各部件执行时间基本相同,否则需再细分; ■取指令部件取出的指令要能暂存在cPU内部 某个地方; ■指令执行部件在需要时总能立即获得暂存的 指令; ■需要解决转移指令问题
10 并行操作的前提 ◼ 取指令部件和指令执行部件要能够并行工作； ◼ 各部件执行时间基本相同，否则需再细分； ◼ 取指令部件取出的指令要能暂存在CPU内部 某个地方； ◼ 指令执行部件在需要时总能立即获得暂存的 指令； ◼ 需要解决转移指令问题