《微机系统与接口》

东南大学微机系统与接口 1

《微机系统与接口》Microcomputer Systems and Interface 第 1 章微型计算机基础（续）

马旭东 13809022379/ 83795360

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微型计算机分类体系 Von NeuMANN / Harvard (外 MEM 可流水线作业 )

功能结构单 / 多片机 / (MCU)/MPU) ；组装方式单 / 多板机； TP801 使用方式 DESKTOP/LAPTOP/NOTEBOOK （便携式） -Mobile MP 安装使用非（可重装入） / 嵌入式（ EMBBEDED ）指令 CISC/RISC 内核 ( 标准内核 ), 多核，软核专用 / 通用 MPU DSP，MCU


8086/8088微处理器

8086/8088 芯片管脚图： Vcc=+5V,VLSI

冯 . 诺伊曼（ Von NeuMANN ）结构

i8086: 工业控制

单板计算机

i8088 ：个人计算机

同代 MC6802/6809


8086/8088微处理器

INTEL 公司 78 年推出（ 79 年推出 8088 ） 4 万多个晶体管 (8088为 2.9 万个晶体管 ) 时钟频率 4.77MHZ 数据线 16 位（ 8088 的数据线 8 位）地址线 20 位 40脚 DIP 封装 81年 IBM 推出 Personal Computer

（个人计算机、微机） PC Intel Architecture(IA)-16


IBM PC&PC/XT （ 20年前产品）

可以重复加载运行各种应用软件的个人计算机：多板结构 1 ．系统板 +I/O 选卡 ---- 基于中大规模 IC μP:8088(80C88)/8087＋ 82XX 芯片组 chipset82C88 总线控制器 BUS Controller8284 Clock Generator &Driver 2． ROM---- 基本系统程序3. RAM---- 中间数据 / 应用程序4． I/O 接口电路： Speaker/KB5. I/O expanding slots: 62 脚： PC-5 XT-8

如何构建？？


微处理器的基本结构基本组成

算术逻辑单元（运算器）

寄存器组

指令处理单元（控制器）

内部数据总线

控制总线

数据总线

地址总线

暂存器累加器

ALU

标志寄存器

指令寄存

指令译码

时序和

控制逻辑

通用寄存器组

地址寄存器组

地址总线控制

数据总线控制

处理器干哪些事？？执行指令！！


IA-16微机系统结构指令：算逻运算、数据传送、 I/O 、跳转、系统操作等

执行方式：串行、流水线（深度－ EU＋ BIU 两级）

取指、执行、取指、执行。。

SCLK

P26 图 1.7 微机外部结构框图


IA-16 微处理器（ Intel 8086/8088 ）

AH AL

BH BL

CH CL

DH DL

SP

BP

DI

SI

通

用

寄

存

器

AXBX

CX

DX

ALU 数据总线（ 16位）运算寄存器

ALU

标志寄存器

EU 控制系统

执行单元EU

∑

CS

DS

SS

ES

IP内部暂存器

1 2 3 4 5 6

数据总线8088:8 位

8086:16 位

总线控制逻辑

地址总线20 位

指令队列

8088

8086

Q 总线（ 8 位）

指令指针

段寄存器

外部总线

总线接口单元 BIU

SCLK

P19图 1.9 功能结构


8086/8088 流水工作过程指令队列总线接口单元 BIU

MPU执行单元

时间

等待执行 1 执行 2 执行 3 。。。

1 2 23 3 34 45…

取指取指取指取数取指 … .

与 BIU 有关的指令执行

指令的执行过程： 1000:100 MOV AX,0064H ; B8 64 00 1000:103 ADD AX,100H ; 05 00 01 1000:106 MOV [2000H],AX ; F3 00 20机器码

东南大学微机系统与接口 108088 指令执行过程（结构为 8086 ，复制自郑州大学钱晓捷资料 )


8086/8088 的内部寄存器(Registers)

14个 16 位寄存器： 8 通用寄存器 /4段 /2 控制寄存器

栈操作：16 位

P20 图1.10

ADD AX， 100 ， MOV BH， [1000]SUB DX， [BX]JC 1000MOV CS:[SI],AL


通用寄存器 (Register) 功能 AX， BX， CX， DX， AH， AL， BH，

BL， CH， CL， DH， DL（ 16-8 ）习惯： AX 累加器 Accumulator)/ BX 基址 R/

CX(Count) 计数 R, 循环 - 串操作 / DX 数据R（ Data ）， I/O port, 双字除（ H16 ）；

SP， BP： Stack Pointer R, Base Pointer 基址指针 R 数据 /Pointer

SI， DI 变址 R（ Source Index R, Destination Index R） -- 指针作用

例： REP MOVSB

指令、数据存储地址


段寄存器功能段寄存器 Segment Register CS,SS,DS,ES Code,Stack,Data,Extra( 附加段 )R==Segment Base

Address 解决８位机兼容问题 MOV AX， [1000H] 8086/8088 存储器管理： 20 AB1MB, 64KB 单位，

物理地址 PA ，段基地址 SA ，偏移地址EA（ OFFSET ）；（ SA， EA 逻辑地址）关系：PA=SA*16+EA

默认： MOV AX， DS:[1000H] 当 (DS)=1234H 时物理地址＝ 13340H A19……A0=? 当 (DS)=56A8H 时物理地址＝ 57A80H


控制寄存器控制寄存器：IP（ Instruction Pointer- 预取指令的偏移地址

）FLAGS 标志（ 6 状态 /3 控制 -8088/86 定义 9

位）控制标志位 (3) 六个算术和逻辑运算结果特征 (6)

奇偶位＝ 1

偶

借进位

半进位

溢出标志

跟踪

符号位

零标志位

中断允许＝ 1

方向

当算术运算的结果超出了带符号数的范围，即溢出时， OF= 1 ，否则 OF＝ 0。 8 位带符号数范围是一 128 ～＋ 127， 16 位带符号数的范围是 -32768 ～＋ 32767 。

例 : XXXX1010 10X0X1X1


标志状态寄存器 Flags( 位 )

CF 进位标志位当进行加法或减法运算时，若最高位发生进位或借位则 CF＝ 1 ，否则 CF＝ 0 。

PF 奇偶标志位当逻辑运算结果中“ 1” 的个数为偶数时PF＝ 1 ，为奇数时 PF=0 。

AF 辅助进位位在 8（ l6 ）位加减法操作中，低 4 位向高4 位有进位、借位发生

ZF 零标志位当运算结果为零时 ZF＝ 1 ，否则 ZF＝ 0 。 SF 符号标志位当运算结果的最高位 MSB为 1时 SF=1 ，

否则 SF= 0 。 OF 溢出标志位当算术运算的结果超出了带符号数的范

围，即溢出时， OF= 1 ，否则 OF＝ 0。 8位 /16 位带符号数范围

例 : XXXX1010 10X0X1X1


标志控制寄存器 Flags ( 位 )

TF 跟踪标志位 TF= 1 ，使 CPU 处于单步执行指令的工作方式。这种方式便于进行程序的调试。每执行一条指令后，自动产生一次内部中断，从而使用户能逐条指令地检查程序。

IF 中断允许标志位 IF= l使 CPU 可以响应可屏蔽中断请求。 IF= 0使 CPU禁止响应可屏蔽中断请求。

IF 的状态对不可屏蔽中断及内部中断没有影响。 DF 方向标志位 DF= l 使串操作按减地址方式进

行。也就是说，从高地址开始，每操作一次地址减小一次。 DF＝ 0 使串操作按增地址方式进行。


8086 ／ 8088 的引脚信号

　 P22动态复用 ----机器周期至少 4 个时钟周期 CLK：T1， T2，T3， T4，Tw)

两种工作模式：

MAX/MIN

MAX模式


8086 ／ 8088 引脚分类第一类每个引脚只传送一种信息。 32P---/RD 。

第六类电源 / 地 Vcc/Vss（ GND ）

第五类引脚的输入和输出分别传送不同的信息，如 RQ#／ GT0#输入时传送总线请求，输出时传送总线请求允许。

第四类每个引脚可以传送两种信息 (分时复用）。这两种信息在时间上是可以分开的，因此可以用一个引脚在不同时刻传送不同的信息，一般称这类引脚为分时复用线。例如： AD7 ～ AD 。

第三类引脚在 8086／ 8088 的两种不同工作方式——最小模式和最大模式下有不同的名称和定义。例如：第 29 脚为WR#（ LOCK# ）。

第二类每个引脚电平的高低代表不同的信号，例如 IO／M# 。


8086 ／ 8088 重要引脚信号

/ RD（ Read ）读信号输出端。读信号是一个低电平有效的输出信号，当 /RD 为低电平时，表明CPU正在对内存或外设进行读操作。

/WR（Write ）写信号输出端。写信号是一个低电平有效的输出信号，当 /WR 为低电平时，表明CPU正在对内存或外设进行写操作。（ IORD--IOWR),(IORQ--MENRQ)

AD7～ AD0（ Address Data Bus ）地址、数据复用端，双向工作。

A15～ A8（ Address ）地址输出端（ A16-A19)

RESET 系统复位信号输入端

RESET信号高电平有效， 8086／ 8088要求该信号的有效时间至少为 4个 T 状态。 CPU 接收到RESET信号后，立即停止当前操作，完成内部的复位过程，恢复到机器的起始状态并使系统重新启动。复位时各寄存器的状态 : FLAGS=0H， IP=0， CS=FFFFH ，（预取队列空）， DS=ES=SS=0 ，各 GR=0。 ==起始地址 0FFFF:0 （ P23表 1.4 ）

CLK 时钟输入端接至 8284集成电路的输出端，由 8284提供8088所需的 4． 77M， 33％占空比（即 1／ 3周期为高电平， 2／ 3周期为低电平）的系统时钟信号 T=2.096 微秒

( 完成微机基本功能的基本信号 )


8086/8088 与 Max/Min 模式 8088: AD0-AD7: 数据 /低 8 位地址复用线 SS0 ：状态信号 8086: AD0～ AD15 地址 / 数据复用引脚 ( 双向、三态 )

A16/S3～ A19/S6 地址 / 状态复用引脚 (输出、三态 )

/BHE/S7 总线高位允许 / 状态 (输出，三态 ):P25表 1.6)

最小模式：系统只有 8086或 8088 一个微处理器。所有控制信号直接由 CPU提供最大模式：由两个或多个微处理器 ( 主处理器和协处理器 ) 组成中 ( 大 ) 规模系统， CPU并不直接向外界提供全部控制信号，而由 S0S1S2 通过 Intel 8288 总线控制器提供 ( 编码信号 :P27 表 1.8)


8086 ／ 8088 的工作方式MIN

锁存器：74LS373i8282/8283

（双向）缓冲器74LS245i8286/8287

(P24图 1.13)

－单 CPU 模式


8086 ／ 8088 的工作方式MAX

锁存器

双向总线缓冲器

总线控制器 8288

-- 多处理器 / 总线模式

P26图 1.14


8086/8088 工作过程（时序）RESET 复位 FFFF:0 取第一条指令 TCLK 控制操作逻

辑（不同指令实现不同操作、处理功能：计算、读写寄存器／存储器／ IO 口）

典型 BIU 时序

指令周期


时钟周期、总线周期和指令周期每两个时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为

T 状态，也称为时钟周期（ Clock Cycle ） T

CPU 从存储器或输入 /输出端口，存取一个字节（或字）所要花费的时间称为一个总线周期（ Bus Cycle ）执行一条指令所需要的时间称为指令周期（ Instruction Cycle ） MOV AX, BX ;2T MOV AX, [1000H] 10T, 1 次传送

ADD [BX], AL ； 16T＋ EA ， 2 次传送

t


8086/8088 总线时序例－存储器写

T1 ：输出地址； T2 ：总线转向； T3: 存储器访问； T4: 结束


小结1．外部设备一定要通过 I/O 接口才能与主机相连；

2． CPU 内寄存器只能放暂存信息，主要信息放在存储器中；

3．原始数据（数值数据、非数值数据（如人名等字符）

编码压缩数据（位、半字节、字节、字、双字）信息 / 程序

4． 3的 ASCII 码表示， *011 0011B，MSB*=0表示标准ASCII （西文）， 1扩展 ASCII— 数据、中文等， GB码 ---- 内码（ GB码MSB=1 ）； MIMH（ 64 ）

5． 8086 数据总线 16 位； 8088为 8 位；字长 =ALU 数据宽度

6. 8086/8088硬件工作过程： RESETTCLK 控制－时序逻辑电路 :按指令指定逻辑工作；

时钟周期、总线周期和指令周期

第二章指令系统

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