《微机原理与接口技术》 第2章80x86微处理器及其 体系结构 教案 作者:李芷 2003.5.10
第 2 章 80x86微处理器及其 体系结构 教 案 作者：李芷 2003.5.10 《微机原理与接口技术》
第2章80x86微处理器及其 体系结构 2.18086/8088微处理器 2280x86高档微处理器 2380x86中断系统
第2章 80x86微处理器及其 体系结构 2.1 8086/8088微处理器 2.2 80x86高档微处理器 2.3 80x86中断系统
2.180868088微处理器 o2.1.18086/8088微处理器结构 o8086/8088微机系统结构 o2.1.28086/8088最小模式系统组成 o2.1.38086/8088最大模式系统组成
2.1 8086/8088微处理器 2.1.1 8086/8088微处理器结构 8086/8088微机系统结构 2.1.2 8086/8088最小模式系统组成 2.1.3 8086/8088最大模式系统组成
2.1.18086/8088微处理器 1.8086/8088的编程结构 8086/8088由两个独立的工作部件:执行部件EU ( Execution Unit)和总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)构成。(编程结构示意图) EU=ALU+执行CU+R阵列 负责指令的译码和执行 BIU=指令队列+地址∑+R阵列+总线CU 负责与存储器或者ⅣO接口传送信息 BIU和EU采用“流水线式”的非同步工作模 式,使得总线控制逻辑和指令执行逻辑之间既 互相独立又互相配合
2.1.1 8086/8088微处理器 1. 8086/8088的编程结构 8086/8088由两个独立的工作部件：执行部件EU （Execution Unit）和总线接口部件 BIU（Bus Interface Unit）构成。 （编程结构示意图） EU = ALU+ 执行CU+ R 阵列 负责指令的译码和执行 BIU = 指令队列+地址∑+ R 阵列 + 总线 CU 负责与存储器或者I/O接口传送信息 BIU 和 EU 采用“流水线式”的非同步工作模 式，使得总线控制逻辑和指令执行逻辑之间既 互相独立又互相配合
80868088编程结构示意图 20 BX 地址加法器 dhl DX DE 16 [内部通信寄在器」 ALU数据总线 外部总线 总线控制 ALU 指令队列 状态标志寄存 控制器 执行部件(EU) 总线接口部件(BU)
8086/8088编程结构示意图 状态标志寄存器 ALU 暂存寄存器 16 执行部件（EU） EU 控制器 ALU数据总线 8 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI AX BX CX DX 外部总线 总线接口部件（BIU） 16 总线控制 逻辑 指令队列 地址加法器 20 CS DS ES SS IP 内部通信寄存器
2.1.18086/8088微处理器 2.80868088的总线周期 ◆8086/8088通过BU完成的一次总线操作,称作一个总线周期。一个总线 周期由若干个时钟周期(T)组成 ◆8086/8088的基本总线周期是由T1,T2,T3,74表示的4个时钟周期组成 总线读/写操作的基本总线周期时序是:在T状态,输出读/写对象的地 址,在7273状态,数据总线传送数据,在T4状态,表示读/写结東 ◆Tν状态:当不能用基本总线周期完成读/写操作时,系统中的“ Ready电 路会产生 READY信号。当CPU在T3状态的下降沿检测到 READY无效信 号,表示数据传送未完成,在73之后插入1~n个等待周期Tw。当CPU检 测到 READY有效信号,会自动脱离Tw而进入T4状态。基本总线周期中 插入w状态实际上是快速CPU对慢速存储器或O设备的一种等待。 ◆7状态:当80868088的不需要执行总线操作时,BIU执行1~n个空闲周期 T,进入总线空闲状态(空操作)。T只是指总线操作的空闲,CPU内 部仍可进行有效操作。因此,在两个总线周期之间插入7状态, 实际上是总线接口部件BJU对执行部件EU的一种等待
2.1.1 8086/8088微处理器 2. 8086/8088的总线周期 ◆8086/8088通过BIU完成的一次总线操作，称作一个总线周期。一个总线 周期由若干个时钟周期（T）组成。 ◆8086/8088的基本总线周期是由T1，T2，T3，T4表示的4个时钟周期组成。 总线读/写操作的基本总线周期时序是：在T1状态，输出读/写对象的地 址，在T2~T3状态，数据总线传送数据，在T4状态，表示读/写结束。 ◆TW状态：当不能用基本总线周期完成读/写操作时，系统中的“Ready”电 路会产生READY信号。当CPU在T3状态的下降沿检测到READY无效信 号，表示数据传送未完成，在T3之后插入1~n个等待周期TW。当CPU检 测到READY有效信号，会自动脱离TW而进入T4状态。基本总线周期中 插入TW状态实际上是快速CPU对慢速存储器或I/O设备的一种等待。 ◆TI状态：当8086/8088的不需要执行总线操作时，BIU执行1~n个空闲周期 TI，进入总线空闲状态（空操作）。TI只是指总线操作的空闲，CPU内 部仍可进行有效操作。因此，在两个总线周期之间插入TI状态， 实际上是总线接口部件BIU对执行部件EU的一种等待
2.1.18086/8088微处理器 3.8086的引脚及其特性 (以8086最小模式为例的主要引脚) CLK:系统时钟信号,输入。 AD15~AD0:地址/数据复用线,双向,三态 A19/S6~A16/S3:地址/状态复用线,输出,三态。 BHES7:数据线高8位开放状态复用线,输出,三态 ALE:地址锁存信号,输出,高电平有效。 RD、WR:读、写选通信号,输出,低电平有效。(互斥) M/IO:存储器或IO选通信号,输出 DEN、DT/R:数据允许、数据收/发信号,输出。 RESET, READY,TEST:系统控制信号,输入 NMI,INTR,INTA:中断请求和中断响应信号,输入/出 HOLD,HLDA:总线请求、总线允许信号,输入/出
2.1.1 8086/8088微处理器 3. 8086的引脚及其特性 （以 8086最小模式为例的主要引脚） CLK：系统时钟信号，输入。 AD15~AD0：地址/数据复用线，双向，三态。 A19/S6~A16/S3：地址/状态复用线，输出，三态。 BHE/S7：数据线高8位开放/状态复用线，输出，三态。 ALE：地址锁存信号，输出，高电平有效。 RD、WR：读、写选通信号，输出，低电平有效。（互斥） M/IO：存储器或I/O选通信号，输出。 DEN、DT/R：数据允许、数据收/发信号，输出。 RESET，READY，TEST：系统控制信号，输入。 NMI，INTR，INTA：中断请求和中断响应信号，输入/出。 HOLD，HLDA：总线请求、总线允许信号，输入/出
80868088微机系統结构 8086/8088微机系统硬件结构组成由最小模式、最大模式 的不同而有所差异。最小/大模式具有共性的特点: ◆MNNX端接cc或GND,决定是最小模式或最大模式 ◆8284A为时钟发生器,外接15MHz振荡源,经8284A三分 频后,得到5MHz主频送系统时钟端CLK。 ◆用3片8282作地址锁存器,在T时锁存地址/数据复用线上 的A19~A0地址信号 当系统所连的存储器和外设较多时,需要增加数据总线 驱动能力,可选用1/2片8286作数据收发器 ◆系统组成还必须有半导体存储器RAM和ROM, 外部设备的IO接口,中断控制管理部件等组件
8086/8088微机系统结构 8086/8088微机系统硬件结构组成由最小模式、最大模式 的不同而有所差异。最小/大模式具有共性的特点： ◆MN/MX端接Vcc或GND，决定是最小模式或最大模式。 ◆8284A为时钟发生器，外接15MHz振荡源，经8284A三分 频后，得到5MHz主频送系统时钟端CLK。 ◆用3片8282作地址锁存器，在T1时锁存地址/数据复用线上 的A19~A0地址信号。 ◆当系统所连的存储器和外设较多时，需要增加数据总线 驱动能力，可选用1/2片8286作数据收发器。 ◆系统组成还必须有半导体存储器RAM和ROM， 外部设备的I/O接口，中断控制管理部件等组件
2.1280868088最小模式系统组成 (8086最小模式总线部件配置示意图) 8284AH+CLK ALE BHE STB READY BHE Alg-Ao RESET 锁存器 ADIS-ADolV 等待 JOE 状态 8086 发生 8286 收发器 D1≤~D V cc o MN/MX DT/R DEN (选件) 其它控制总线
2.1.2 8086/8088最小模式系统组成 （8086最小模式总线部件配置示意图） CLK ALE BHE READY BHE RESET A19~A16 AD15~AD0 8086 MN/MX DT/R DEN VCC 其它控制总线 STB 8282 锁存器 OE （选件） D15~D0 8286 收发器 T OE A19~A0 8284A 等待 状态 发生 VCC
2.1.38086/8088最大模式系统组成 (8086最大模式总线部件配置示意图) 8284A CLK 828径制 DEN READY 总线 DT/R RESET ALE 8086 STB BHE 等待 BHE 状态 8282 A19~A1 A19~A0 发生 ADIS-ADo 锁存器 OE 8286 MN/MX 收发器 OE 其它控制总线
2.1.3 8086/8088最大模式系统组成 （8086最大模式总线部件配置示意图） 8284A 等待 状态 发生 VCC CLK S2~S0 READY RESET 8086 BHE A19~A16 AD15~AD0 MN/MX 其它控制总线 D15~D0 8286 收发器 T OE A19~A0 STB 8282 锁存器 OE BHE CLK 8288 DEN DT/R ALE 控制总线