《微机原理及应用》课程教学资源（PPT课件）第2章 16位和32位微处理器

第2章16位和32位微处理器本章内容：16位微处理器8086/808832位微处理器8038632位微处理器Pentium

第2章 16位和32位微处理器 本章内容： ◼ 16位微处理器8086/8088 ◼ 32位微处理器80386 ◼ 32位微处理器Pentium

2.116位微处理器8086/8088本节内容：■简介18086/8088CPU的内部结构18086/8088CPU的寄存器结构，时钟周期、总线周期的概念18086/8088CPU的引脚信号和功能18086/8088系统的工作模式18086/8088的操作时序18086/8088的存储器组织

2.1 16位微处理器8086/8088 本节内容： ◼ 简介 ◼ 8086/8088CPU的内部结构 ◼ 8086/8088 CPU的寄存器结构 ◼ 时钟周期、总线周期的概念 ◼ 8086/8088CPU的引脚信号和功能 ◼ 8086/8088系统的工作模式 ◼ 8086/8088的操作时序 ◼ 8086/8088的存储器组织

2.1.0简介8086：16位微处理器采用单一的+5V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0.4uS。8086有16根数据线和20根地址线，可以处理8位或16位数据可寻址220即1MB的存储单元和64KB的I/O端口。8088：准16位微处理器设计的主要目的是为了与Intel原有的8位外围接口芯片直接兼容。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，但外部数据总线只有8条，因此执行相同的程序，8088要比8086有较多的外部存取操作而执行得较慢

2.1.0 简介 ➢ 8086：16位微处理器 ◼ 采用单一的+5V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。 ◼ 8086有16根数据线和20根地址线，可以处理8位或16位数据， 可寻址2 20即1MB的存储单元和64KB的I/O端口。 ➢ 8088：准16位微处理器 ◼ 设计的主要目的是为了与Intel原有的8位外围接口芯片直接 兼容。 ◼ 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，但外部数据总线只有8条，因此执行相同的程序， 8088要比8086有较多的外部存取操作而执行得较慢

2.1.18086/8088CPU的内部结构AB通用奇存器AXALAH（20位）地址BXBHBL数据加法器ZCXCLCH省存器DXDHDLDB众SP（16位CSBP指计和变DSSI址寄存器SSDIESIPALU内部寄存器8086总线数据总线总线控3M制电路众（16位）（16位数据总线）（8位）暂存寄存器众EUALU控制电路队列总线指令队列缓冲器（8位）标志寄存器价总线接口单元（BIU）执行单元（EU）图2.18086微处理器内部结构框图

2.1.1 8086/8088 CPU的内部结构 图2.1 8086微处理器内部结构框图

1.总线接口部件BIU>功能负责CPU与内存或IO端口传送指令或数据BIU从内存取指令送到指令队列缓冲器当EU执行指令时，BIU要配合EU从指定的内存单元或IO端口中读取数据，或者把EU的操作结果送到指定的内存单元或I/O端口去》组成：段寄存器、指令指针寄存器、地址加法器、指令预取队列及总线控制逻辑

1.总线接口部件BIU ➢ 功能 负责CPU与内存或I/O端口传送指令或数据。 ❖ BIU从内存取指令送到指令队列缓冲器。 ❖ 当EU执行指令时，BIU要配合EU从指定的内存 单元或I/O端口中读取数据，或者把EU的操作结 果送到指定的内存单元或I/O端口去。 ➢ 组成：段寄存器、指令指针寄存器、地址 加法器、指令预取队列及总线控制逻辑

1)段寄存器所有寄存器都是16位的，因此，能够提供的最大地址空间只能为64KB。为了寻址1MB，将存储器的空间分成若于段，每段最大为64KB。没寄存器：用来存放段的起始地址(16位)的寄存器，设有四个段寄存器：CS 代码段寄存器(Code Segment register)DS数据段寄存器(Data Segmentregister)SS堆栈段寄存器(Stack Segment register)ES附加数据段寄存器(Extra Segmentregister)

1)段寄存器 ➢ 所有寄存器都是16位的，因此，能够提供的最大 地址空间只能为64 KB。 ➢ 为了寻址1MB，将存储器的空间分成若干段，每 段最大为64KB。 ➢ 段寄存器：用来存放段的起始地址(16位)的寄存 器，设有四个段寄存器： ◼ CS 代码段寄存器(Code Segment register) ◼ DS 数据段寄存器(Data Segment register) ◼ SS 堆栈段寄存器(Stack Segment register) ◼ ES 附加数据段寄存器(Extra Segment register)

2)地址加法器由于8086内部寄存器都是16位的，需要一个附加结构地址加法器来根据提供的16位信息产生20位地址

2)地址加法器 由于8086内部寄存器都是16位的，需要一个附加结构- 地址加法器来根据提供的16位信息产生20位地址

3)指令预取队列（指令队列缓冲器）>8086：指令预取队列为6字节>8088：指令预取队列为4字节原则。指令预取队列采用先进先出要执行的指令预先由BIU从内存取出放在队列中，然后EU再从队列中取出指令并执行。>一般情况下，EU每执行完一条指令，就可以立即从指令队列中取指令执行，从而提高了CPU的效率

3)指令预取队列(指令队列缓冲器) ➢8086：指令预取队列为6字节 ➢8088：指令预取队列为4字节 ➢指令预取队列采用“先进先出”原则。 ➢要执行的指令预先由BIU从内存取出放在队 列中，然后EU再从队列中取出指令并执行。 ➢一般情况下，EU每执行完一条指令，就可 以立即从指令队列中取指令执行，从而提高 了CPU的效率

4)总线控制逻辑8086分配20条引脚线传送20位地址、16位数据和4位状态信息，这就必须要分时传送总线控制逻辑的功能，就是以逻辑控制方法实现上述信息的分时传送

4)总线控制逻辑 ➢ 8086分配20条引脚线传送20位地址、16位 数据和4位状态信息，这就必须要分时传送。 ➢ 总线控制逻辑的功能，就是以逻辑控制方 法实现上述信息的分时传送

2.执行部件EU>功能■负责指令的译码、执行和数据运算。■负责向总线接口部件BIU提供偏移地址■对通用寄存器和标志寄存器进行管理>组成：算术逻辑单元(ALU)、1个标志寄存器、8个通用寄存器、1个数据暂存寄存器和EU控制电路

2.执行部件EU ➢ 功能 ◼ 负责指令的译码、执行和数据运算。 ◼ 负责向总线接口部件BIU提供偏移地址。 ◼ 对通用寄存器和标志寄存器进行管理。 ➢ 组成：算术逻辑单元(ALU) 、1个标志寄存 器、8个通用寄存器、1个数据暂存寄存器 和EU控制电路