微机原理——2.微处理器

微处理器

1. 能够进行算术运算和逻辑运算
2. 能对指令进行译码、寄存并执行指令所规定的操作
3. 具有与存储器和I/O接口进行数据通信的能力
4. 少量数据的暂存
5. 能够提供这个系统所需的定时和控制信号
6. 能够响应I/O设备发出的中断请求

内部总体上由3个部分组成：运算器、控制器和寄存器组

运算器

由算术逻辑单元、通用或专用寄存器组和内部总线组成

核心功能是实现数据的算术运算和逻辑运算

控制器

• 指令控制：根据指令地址顺序操作指令
• 时序控制：在时钟信号下控制指令
• 操作控制：确定指令周期下的微操作控制信号

内部组成：

1. 程序计数器PC
2. 指令寄存器IR
3. 指令译码器ID
4. 时序控制部件
5. 微操作控制部件

8086/8088微处理器

数据总线宽度：8088:8；8086:16

CPU特点

指令流水线

①从存储器中取出下一条指令；②指令译码（或分析指令）; ③如果指令需要，从存储器中读取操作数；④执行指令（包括算术逻辑运算、I/O操作、数据传送、控制转移等）; ⑤如果需要，将结果写入存储器

内存的分段管理技术

8086/8088CPU内部具有专门存放段地址的段寄存器和存放段内偏移地址的地址寄存器，将两类不同寄存器的内容送入地址加法器中合成，就形成了指向内存某一具体单元的地址（物理地址）

支持多处理系统

具有最小（单处理）和最大（多处理）两种工作模式以及内置的多任务处理能力

CPU外部引脚及其功能

1. A16～A19/S3～S6：地址、状态复用的引脚，三态输出。
2. A8～A15:8位地址信号，三态输出
3. AD0～AD7：地址、数据分时复用的双向信号线，三态
4. IO/m：输入/输出/存储器控制信号，三态
5. WR：写信号输出，三态

功能结构

内部结构

执行单元EU的主要功能是，执行指令、分析指令、暂存中间运算结果并保留结果的特征

总线接口单元BIU负责CPU与存储器、I/O接口之间的信息传送

BIU的地址加法器用来产生20位的物理地址

CPU的内部寄存器

8086/8088CPU内部共有14个16位寄存器。按其功能可分为三大类，即通用寄存器（8个）、段寄存器（4个）、控制寄存器（2个）

通用寄存器

数据寄存器、地址指针寄存器和变址寄存器

1. 数据寄存器

• AX：累加器
• BX：基址寄存器
• CX：基址寄存器
• DX：数据寄存器

1. 地址指针寄存器

• SP：堆栈指针寄存器
• BP：基址指针寄存器

1. 变址寄存器

• SI：源变址寄存器
• 段寄存器CS（代码）、SS（堆栈）、DS（数据）、ES（附加数据）
• 控制寄存器IP（指令指针）、FLAGS（标志寄存器或程序状态字）

存储器组织

段地址和偏移地址

组合形成物理地址

堆栈是在存储器里开辟出来的一个特定的数据区域，称为堆栈段，它用来存放需要暂时保存的数据，如调用子程序时的返回地址、中断处理时的断点及现场信息等

存储器的分体结构

8086系统的存储器分奇地址存储体和偶地址存储体两部分。

工作时序

微型计算机系统各部件之间的信息交换是通过总线操作周期完成的，一个总线周期包含多个时钟周期，执行一条指令需要一个或多个总线周期

• 时钟周期：微处理器执行指令的最小时间单位，又称T状态。
• 总线周期：CPU对存储器或I/O端口完成一次读操作或写操作所需的时间。
• 指令周期：CPU执行一条指令所需的时间。