文档介绍：第二章 8086系统结构
本章重点内容:
8086 CPU的结构及工作原理
8086 CPU的引脚及其功能
8086的存储器组织
8086的系统配置
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第二章 8086系统结构
Intel 8086是标准的16位微处理器,8086 CPU是双列直插封装,40根引脚,单一正5V供电。具有16位的数据总线,20位的地址总线,可以管理1MB的存储器空间。
8086 外部数据总线是16位
8088 外部数据总线是8位
Intel 8088是准16位微处理器。它们在内部结构上都是按16位设计的,8086与8088的内部结构类似,都有20根地址总线,主要区别是在外部数据总线数不同。
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一、 8086 CPU的内部结构
从功能上划分,8086微处理器的内部分为总线接口部件和执行部件两部分。
8086 CPU结构
总线接口部件(BIU)
- 与微处理器外部总线连接,负责与存储器、I/O接口进行联络,存取指令、操作数等。
执行部件(EU)
负责指令的执行,包括对通用寄存器、ALU和标志寄存器进行管理和控制
从BIU取得指令和数据,向BIU提供地址和数据
2-1 8086 CPU结构
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总线
控制
电路
标志寄存器
暂存器
EU
控制
器
1
2
3
4
5
6
ALU
∑
CS
SS
ES
IP
内部寄存器
DL
DH
CL
CH
BL
BH
AL
AH
SP
DI
SI
AB(20位)
DB
(16位)
指令队列
ALU数据
总线(16位)
队列
总线
(8位)
8086总线
指令执行单元EU
总线接口单元BIU
BP
DS
4
1. 总线接口部件(BIU——Bus Interface Unit)
4个16位的段地址寄存器
CS —代码段寄存器
DS —数据段寄存器
SS —堆栈段寄存器
ES —扩展段寄存器
功能: 负责形成地址、取指令、指令排队、读/写操作数、总线控制。
BIU的组成:
2) 16位的指令指针寄存器 IP:存放下一条要执行指令的偏移地址。
3) 20位的地址加法器∑:形成地址。
CS
DS
SS
ES
15 0
5
BIU的组成:
4) 总线控制电路:
发出总线控制信号,实现存储器读/写控制和I/O的读/写控制。
同时也是8086 CPU与外部打交道的不可缺少的路径,它将8086 CPU的内部总线与外部总线相连。
1. 总线接口部件
6
1. 总线接口部件
5) 6个字节的指令队列缓冲器
提高CPU的效率
BIU的组成:
指令的一般执行过程:
取指令指令译码读取操作数
执行指令存放结果
8086以前的CPU采用串行工作方式:
取指令1
执行
1
取操
作数2
执行
2
CPU
BUS
忙碌
忙碌
忙碌
忙碌
存结果1
取指令2
1)CPU执行指令时总线处于空闲状态
2)CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成
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1. 总线接口部件
8086CPU采用并行工作方式(简略描述)
8086 CPU包括两大部分:EU和BIU
BIU不断地从存储器取指令送入指令队列,EU不
断地从指令队列取出指令执行
EU和BIU构成了一个简单的2工位流水线
指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键(类似于工厂流水线的传送带)
取指令2
取指令3
BIU
取指令4
取指令5
取指令6
执行1
执行3
执行6
EU
BUS
忙碌
忙碌
忙碌
忙碌
忙碌
忙碌
取指令1
忙碌
取指令7
执行2
执行4
执行5
8
1. 总线接口部件
指令预取队列的存在使EU和BIU两个部分可同时进行工作,从而提高了CPU的效率;降低了对存储器存取速度的要求。
新型CPU将一条指令划分成更多的阶段,以便提高CPU和总线的工作效率
例如,PIII为14个阶段,P4为20个阶段(超级流水线)
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总线
控制
电路
标志寄存器
暂存器
EU
控制
器
1
2
3
4
5
6
ALU
∑
CS
SS
ES
IP
内部寄存器
DL
DH
CL
CH
BL
BH
AL
AH
SP
DI
SI
AB(20位)
DB
(16位)
指令队列
ALU数据
总线(16位)
队列
总线
(8位)
8086总线
指令执行单元EU
总线接口单元BIU
1
2
3
4
BP
DS
5
取指令的过程
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