微處理器與總線教學(xué)ppt課件

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1、第2章微處理器與總線主要內(nèi)容：8088/8086CPU的結(jié)構(gòu)及工作原理80386CPU的工作模式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)系統(tǒng)總線2.1微處理器概述微處理器的功能：能夠進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算能對(duì)指令進(jìn)行譯碼、寄存并執(zhí)行指令所規(guī)定的操作具有與存儲(chǔ)器和I/O接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的能力少量數(shù)據(jù)的暫存提供系統(tǒng)所需的定時(shí)和控制信號(hào)能夠響應(yīng)輸入輸出設(shè)備發(fā)出的中斷請(qǐng)求2.1.1運(yùn)算器運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元、通用或?qū)Ｓ眉拇嫫鹘M及內(nèi)部總線三個(gè)部分組成ALU的內(nèi)部包括負(fù)責(zé)加、減、乘、除運(yùn)算的加法器，以及實(shí)現(xiàn)與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算的邏輯運(yùn)算功能部件。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。加法器邏輯

2、運(yùn)算功能部件。。。運(yùn)算結(jié)果邏輯運(yùn)算結(jié)果進(jìn)位信號(hào)控制信號(hào)AB輸入圖2-1ALU結(jié)構(gòu)示意圖運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部用于傳送數(shù)據(jù)和指令的傳送通道。根據(jù)其內(nèi)部總線數(shù)量的不同分為：?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)運(yùn)算器雙總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器三總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器單總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器寄存器組ABALU(1)單總線結(jié)構(gòu)所有的部件都通過一條內(nèi)部總線傳遞信息，任何時(shí)刻只有一組數(shù)據(jù)從源部件傳送到目標(biāo)部件。ALU的輸入端有兩個(gè)用來暫時(shí)存放參加運(yùn)算的操作數(shù)的鎖存器。當(dāng)要進(jìn)行一次雙操作數(shù)的運(yùn)算時(shí)，首先通過總線將第一個(gè)操作數(shù)放入鎖存器A或B中，然后再通過總線傳送另一個(gè)操作數(shù)至另一個(gè)鎖存器，之后進(jìn)

3、入ALU進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過總線置入某個(gè)內(nèi)部通用寄存器。寄存器組ALU雙總線結(jié)構(gòu)是在運(yùn)算器內(nèi)部用兩條總線來傳送操作數(shù)。參加運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)可同時(shí)通過兩條總線送至ALU進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果經(jīng)緩沖器再通過任意一條總線傳送到通用寄存器。這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器的處理速度比單總線結(jié)構(gòu)的快。(2)雙總線結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)BUSBUS雙總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器寄存器組ALU(3)三總線結(jié)構(gòu)旁路器BUS用兩條總線來傳送操作數(shù)，一條專門用于傳送運(yùn)算結(jié)果。在傳送運(yùn)算結(jié)果的同時(shí)可通過另外兩條總線傳送參加操作數(shù)運(yùn)算的操作數(shù)。只要ALU速度足夠快，全部操作可一步完成。三總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器2.1.

4、2控制器指令控制控制器要能根據(jù)指令所在的地址按順序或在遇到轉(zhuǎn)移指令時(shí)按照轉(zhuǎn)移地址取出指令，分析指令，傳送必要的操作數(shù)，并在指令執(zhí)行結(jié)束后存放運(yùn)算結(jié)果，要保證計(jì)算機(jī)中指令流的正常工作。時(shí)序控制指令的執(zhí)行是在時(shí)鐘信號(hào)的嚴(yán)格控制下進(jìn)行的。一條指令的執(zhí)行時(shí)間稱為指令周期，時(shí)序信號(hào)由控制器產(chǎn)生，使系統(tǒng)按一定的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行工作。操作控制根據(jù)指令流程，確定在指令周期的各個(gè)節(jié)拍中要產(chǎn)生的微操作控制信號(hào)，以有效地完成各條指令的操作過程。微操作控制部件用于產(chǎn)生與各條指令相對(duì)應(yīng)的微操作。根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，在指令的各機(jī)器周期的各個(gè)節(jié)拍內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的微操作控制信號(hào)，

5、從而控制整個(gè)系統(tǒng)各部件的工作?？刂破鞯膬?nèi)部組成：程序計(jì)數(shù)器PC指令寄存器IR指令譯碼器ID時(shí)序控制部件微操作控制部件指令譯碼指令寄存器地址加法器程序計(jì)數(shù)器微操作控制時(shí)序邏輯自存儲(chǔ)器至存儲(chǔ)器各部分微操作控制信號(hào)。。。。。?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)示意圖：2.28088/8086微處理器8088/8086CPU的特點(diǎn)8088CPU的外部引腳及其功能8088/8086的功能結(jié)構(gòu)8088/8086的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)8088/8086的工作時(shí)序2.2.18088/8086CPU的特點(diǎn)8086CPU是Intel系列的16位微處理器，它有16根數(shù)據(jù)線和20根地址線，所以可尋址的

6、地址空間是220＝1MB。8088CPU是準(zhǔn)16位微處理器，它的內(nèi)部寄存器、內(nèi)部運(yùn)算部件以及內(nèi)部操作都是按16位設(shè)計(jì)的，但對(duì)外的數(shù)據(jù)總線只有8位，在處理一個(gè)16位數(shù)據(jù)時(shí)，8088需要兩步操作，因而稱8088是準(zhǔn)16位微處理器。8088的外部數(shù)據(jù)總線寬度為8位，而8086的外部數(shù)據(jù)總線寬度為16位；8088的指令暫存隊(duì)列為4個(gè)字節(jié)，而8086的指令暫存隊(duì)列為6個(gè)字節(jié)；8088的外部引腳與8086的外部引腳稍有不同。8088/8086的功能特征：指令采用并行流水線處理方式；對(duì)內(nèi)存空間實(shí)行分段管理；每段64KB，用段基地址和段內(nèi)偏移實(shí)現(xiàn)對(duì)1MB內(nèi)存空

7、間的尋址支持多處理器系統(tǒng)；片內(nèi)無浮點(diǎn)運(yùn)算部件，浮點(diǎn)運(yùn)算由數(shù)學(xué)協(xié)處理器8087支持（或用軟件模擬）。8088/8086的指令流水線指令的一般執(zhí)行過程：取指令→指令譯碼→讀取操作數(shù)→執(zhí)行指令→存放結(jié)果串行處理方式存在的問題：CPU訪問存儲(chǔ)器(存取數(shù)據(jù)或指令)時(shí)要等待總線操作的完成；CPU執(zhí)行指令時(shí)總線、存儲(chǔ)器等部件處于空閑狀態(tài)。解決辦法：讓總線空閑時(shí)預(yù)取指令，使CPU需要指令時(shí)就能立刻得到。串行處理方式指令流水線取操作數(shù)執(zhí)行指令存放結(jié)果CPU執(zhí)行一條指令的過程類似于工廠生產(chǎn)流水線，被分解為多個(gè)小的步驟，稱為指令流水線。原料調(diào)度分配生產(chǎn)線成品倉庫出廠

8、數(shù)據(jù)和程序指令控制器的調(diào)度分配ALU等功能部件處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸出取指令指令譯碼執(zhí)行單元EU:負(fù)責(zé)分析指令和執(zhí)行指令總線接口單元BIU:負(fù)責(zé)取指令、