单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,4.,16,位微处理器,4.1 16,位微处理器概述,4.2 8086/8088 CPU,的结构,4.3 8086/8088 CPU,的引脚信号和工作模式,4.4 8086/8088,的主要操作功能,微型计算机系统组成,微型计算机系统的三个层次,微处理器,(Microprocessor),微型计算机,(Microcomputer),微型计算机系统,(Microcomputer,System),微型计算机系统组成,微处理器,存储器,I/O,接口,总线,硬件系统,软件系统,微 型,计算机,系 统,微 型,计算机,(,主,机,),外 设,ALU,寄存器,控制器,键盘、鼠标,显示器,软驱、硬盘、光驱,打印机、扫描仪,系统软件,应用软件,微处理器（,Micro Processing Unit,）,微处理器（,Micro Processing Unit），,即微型化的中央处理器中央处理器,CPU,的英文全称是,Central Processing Unit早期微处理器以,MPU,表示，以区别于大型主机的多芯片,CPU。
但现在已经不加区分，都用,CPU,表示与,CPU,有关的术语,主频,CPU,内部的时钟频率，是,CPU,进行运算时的工作频率一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，,CPU,的运算速度也就越快但由于内部结构不同，并非所有时钟频率相同的,CPU,性能一样外频,即系统总线、,CPU,与周边设备传输数据的频率，具体是指,CPU,到芯片组之间的总线速度倍频,原先并没有倍频概念，,CPU,的主频和系统总线的速度是一样的，但,CPU,的速度越来越快，倍频技术也就应允而生它可使系统总线工作在相对较低的频率上，而,CPU,速度可以通过倍频来提升CPU,主频的计算方式为：,主频,=,外频,x,倍频,也就是倍频是指,CPU,和系统总线之间相差的倍数，当外频不变时，提高倍频，,CPU,主频也就越高与,CPU,有关的术语,缓存（,Cache,）,CPU,进行处理的数据信息多是从内存中调取的，但,CPU,的运算速度要比内存快得多，为此在此传输过程中放置一存储器，存储,CPU,经常使用的数据和指令这样可以提高数据传输速度可分一级缓存和二级缓存一级缓存（,L1 Cache,）,集成在,CPU,内部中，用于,CPU,在处理数据过程中数据的暂时保存。
L1,级高速缓存的容量越大，存储信息越多，可减少,CPU,与内存之间的数据交换次数，提高,CPU,的运算效率但因高速缓冲存储器均由静态,RAM,组成，结构较复杂，在有限的,CPU,芯片面积上，,L1,级高速缓存的容量不可能做得太大二级缓存（,L2 Cache,）,由于,L1,级高速缓存容量的限制，为了再次提高,CPU,的运算速度，在,CPU,外部放置一高速存储器，即二级缓存工作主频比较灵活，可与,CPU,同频，也可不同CPU,在读取数据时，先在,L1,中寻找，再从,L2,寻找，然后是内存，最后是外存储器与,CPU,有关的术语,生产工艺,在生产,CPU,过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件其生产的精度以微米（,um,）来表示，精度越高，生产工艺越先进在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，提高,CPU,的集成度，,CPU,的功耗也越小这样,CPU,的主频也可提高，在,0.25,微米的生产工艺最高可以达到,600MHz,的频率而,0.18,微米的生产工艺,CPU,可达到,G,赫兹的水平上工作电压,是指,CPU,正常工作所需的电压，提高工作电压，可以加强,CPU,内部信号，增加,CPU,的稳定性能。
但会导致,CPU,的发热问题，,CPU,发热将改变,CPU,的化学介质，降低,CPU,的寿命早期,CPU,工作电压为,5V,，随着制造工艺与主频的提高，,CPU,的工作电压有着很大的变化，,Core 2 Duo CPU,的电压为,1.7V,，解决了,CPU,发热过高的问题与,CPU,有关的术语,MMX,（,MultiMedia,Extensions,，多媒体扩展指令集）,英特尔开发的最早期,SIMD,指令集，可以增强浮点和多媒体运算的速度SSE(Streaming SIMD Extensions,，单一指令多数据流扩展,),英特尔开发的第二代,SIMD,指令集，有,70,条指令，可以增强浮点和多媒体运算的速度3DNow!(3D no waiting),AMD,公司开发的,SIMD,指令集，可以增强浮点和多媒体运算的速度，它的指令数为,21,条Intel Core 2 Duo E6300 1.86GHz,基本参数,CPU,内核,内核电压,1.248V,制作工艺,0.065,微米,CPU,频率,主频,1860MHz,倍频（倍）,7,外频,266MHz,CPU,缓存,L1,缓存,32KB,L2,缓存,2MB,CPU,指令集,指令集,MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSE4,EM64T,4,.1 16,位微处理器概述,8086/8088,内部结构相同，但外部性能有区别：,8086,是,16,位数据总线，,8088,是,8,位数据总线。
处理一个,16,位数据字时，,8088,需要两步操作，,8086,只要一步8086/8088,的,CPU,的内部都采用,16,位字进行操作及存储器寻址，软件完全兼容、程序执行也一样但是,8088,有相对较多的外部存取操作，所以程序执行速度相对较慢封装模式：,都封装在,40,脚双列直插组件（,DIP,）中4,.2,8086/8088 CPU,的结构,8086 CPU,从功能上可以分为两部分：,总线接口部件（,bus interface unit,BIU,),执行部件（,execution unit,，,EU,）,AH AL,BH BL,CH CL,DH DL,SP,BP,DI,SI,通用寄存器,运算寄存器,ALU,标志,执行部分控制电路,1 2 3 4 5 6,CS,DS,SS,ES,IP,内部寄存器,I/O,控制电路,地址加法器,20,位,16,位,8,位,指令队列缓冲器,外部总线,执行部件,（,EU,）,总线接口部件,（,BIU,）,8086CPU,结构图,AX,BX,CX,DX,16,位,专用寄存器,4,.2.1,执行部件,功能：负责指令的执行1,）从指令队列中取出指令2,）对指令进行译码，发出相应的控制信号。
3,）接收由总线接口送来的数据或发送数据至接口4,）利用内部寄存器和,ALU,进行数据处理4,.2.1,执行部件,执行部件的组成：,（,1,）,4,个通用寄存器：,AX,、,BX,、,CX,、,DX,2,）,4,个专用寄存器,:,BP-,基数指针寄存器,(base pointer),SP-,堆栈指针寄存器,(stack pointer),SI-,源变址寄存器,(source index),DI-,目的变址寄存器,(destination index),（,3,）,FR-,标志寄存器,(flag register),（,4,）,ALU-,算术逻辑部件（,arithmetic-logic unit,）,4,.2.1,执行部件,8086/8088,的,EU,具有如下,4,个特点：,（,1,）,4,个通用寄存器既可以作为,16,位寄存器来使用，也可以作,为,8,位寄存器使用例如：,BX,作为,8,位寄存器时，分为,BH,高,8,位和,BL,低,8,位2,）,AX,寄存器常常称为,累加器,，,8086,指令系统中有许多指令,是通过累加器的动作来执行的例如，累加器作为,16,位来,使用的时候，可以按照,“字”,进行乘、除等操作；当累加器,作为,8,位来使用的时候，可以按照,“字节”,进行乘、除等操,作。
3,）加法器是算术逻辑单元（,ALU）,的主要部件，绝大部分指,令的执行都由加法器来完成4,.2.1,执行部件,（,4,）,标志寄存器,FR,共有,16,位，其中有,7,位未用D15,D0,OF,DF IF TF,SF ZF AF PF CF,进位标志,奇偶标志,辅助进位标志,零标志,符号标志,跟踪标志,中断标志,方向标志,溢出标志,1-,有进、借位,0-,无进、借位,加减法中第,3,位向第,4,位有进、借位，,BCD,码运算中是否调整,1-,当前运算结果为,0,0-,结果不为,0,状态标志：,操作执行后，决定,ALU,在何种状态，这种状态影响以后的操作控制标志：,人为设定的，对特定的功能起控制作用标志寄存器功能举例,0101 0100 0011 1001,5439H,+0100 0101 0110 1010,456AH,1001 1001 1010 0011,低8位中“,1”,的个数为偶数，,PF=1,运算结果不为0，,ZF=0,低4位向前有进位，,AF=1,最高位向前没有进位，,CF=0,15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,O,D I T,S Z A P C,4,.2.2,总线接口部件,功能：负责,CPU,与存储器、,I/O,端,口之间的数据传送。
1,）取指令送到指令队列2,）,CPU,执行指令时，到指定的位置取数据，并将其送至指令,要求的位置单元中总线接口部件由下列各部分组成：,（1）4个段地址寄存器；,CS16,位代码段寄存器；,DS16,位数据段寄存器；,ES16,位附加段寄存器；,SS16,位堆栈段寄存器；,4,.2.2,总线接口部件,（,2）16位指令指针寄存器,IP；,（3）20,位的地址加法器；,（4）6字节的指令队列缓冲器8086/8088,的,BIU,具有如下特点：,（,1,）,指令队列缓冲器：,在执行指令的同时，从内存中 取下一,条或者下几条指令，并放入指令队列缓冲器中CPU,执行,完一条指令后，可以立即执行下一条指令,（流水线技术），,而无需轮番取指令和执行指令，从而提高,CPU,效率2,）,地址加法器：,产生,20,位地址CPU,内无论是段地址寄存器,还是偏移量都是,16,位的，通过地址加法器产生,20,位地址4,.2.2,总线接口部件,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,8088之前的,CPU,采用串行工作方式：,CPU,访问存储器,(,存取数据或指令,),时要等待总线操作的完成,CPU,执行指令时总线处于空闲状态,缺点：,CPU,无法全速运行,解决：,总线空闲时预取指令，使,CPU,需要指令时能立刻得到,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,2,4,.2.2,总线接口部件,8086/8088CPU,采用并行工作方式,取指令2,取操作数,BIU,存结果,取指令3,取操作数,取指令4,执行1,执行2,执行3,EU,BUS,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,指令预取队列的存在使,EU,和,BIU,两个部分可同时进行工作，,提高了,CPU,的效率,降低了对存储器存取速度的要求,4,.2.2,总线接口部件,总线接口部件和执行部件不是同步工作的，它们按照以下的,流水线技术原则,管理：,（,1,）,每当,8086,的指令队列中有,2,个空字节，,8088,指令队列中有,1,个空字节时，总线接口部件就会自动取指令至队列中。
2,）,执行部件从总线接口的指令队列前部取出指令代码，执行,该指令3,）,当队列已满，执行部件又不使用总线时，总线接口部件进,入空闲状态4,）,执行转移指令、调用指令、返回指令时，先清空队列内,容，再将要执行的指令放入队列中数据与指令的存储与访问,地址,内 容,0,00000100,B（4）,1,10000000,B（128。
