自动化人 - 知乎​www.zhihu.com 华东子：微机接口技术1——CPU与外设数据传送方式​zhuanlan.zhihu.com

2.1 8086/8088CPU的内部结构

2.1.1 80X86微处理器系列

（1）从8080/8085到8086

Intel 8080微处理器是英特尔公司早期发布的一款比较成功的微处理器，继4004芯片推出的第三代微处理器。它于1974年4月发布，8位处理器，主频为2MHz，拥有16位地址总线和八位数据总线，包含7个八位寄存器，支持16位寻址，同时也包含一些输入输出端口，这是一个相当成功的设计，有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。

8080比4004快十倍，而且数据宽度也从4位扩展到8位，被广泛应用与各种控制系统和嵌入式系统中。自1975年第一台个人电脑诞生以后，8080芯片帮助英特尔在几年后占据了电脑芯片的霸主地位 。当时的Zilog 制造了与8080兼容的CPU z-80。^[1]

﹡8086是一款16位微处理器，内部及对外有16位数据通路，8080/8085只有8位。

﹡8086寻址空间1MB,8080/8085为64KB。

﹡8086有一个初级流水线结构，内部操作与对外操作具有并行性，8085没有。

﹡8086是一个里程碑。

（2）从8086到8088

﹡8088内部结构与8086相同，是16位微处理器，对外数据总线是8位的。

﹡8088与已有的8位外围芯片容易配合使用。

﹡8088价格低，适合当时的微计算机使用。

（3）8088获得成功

﹡IBM公司选择8088作为处理器设计个人计算机，大获成功，Intel微处理器成为主流产品。

2.1.2 8086微处理器的逻辑框图：

逻辑结构上分EU与BIU两部分：

﹡执行部件（EU)：由ALU、通用寄存器组、状态寄存器及操作控制器电路组成。

﹡总线接口部件(BIU)：由专用寄存器、指令队列缓冲器、地址加法器等功能部件组成。形成对外总线，与存储器、I/O接口电路进行数据传输。

EU 与 BIU的流水线操作： EU 与 BIU可独立工作，BIU在保证EU与片外传送操作数前提下，可进行指令预取，与EU可重叠操作。

1）执行部件EU的功能

从BIU的指令队列缓冲器中取出指令，由EU控制器的指令译码器译码产生相应的操作控制信号给各部件

对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运算结果的状态特征保存到状态寄存器FR中

EU不直接与CPU外部系统相连，当需要与主存储器或I/O设备交换数据时，EU向BIU发出命令，并提供给BIU16位有效地址及所需传送的数据

2）执行部件EU的组成

EU由算术逻辑单元ALU、通用数据寄存器组、地址指针和变址寄存器、标志寄存器、数据暂存寄存器、EU控制器组成

3）EU的特点

通用数据寄存器AX，BX，CX，DX，既可以作16位寄存器使用，也可以分成高、低8位分别作两个8位寄存器使用

ALU的核心是16位二进制加法器

16位状态标志寄存器PSW（7位未用）存放操作后的状态特征和设置的控制标志

EU控制器是执行指令的控制电路，实现从队列中取指令、译码、产生控制信号等。

BIU从主存取指令送到指令队列缓冲器

CPU执行指令时，总线接口单元要配合EU从指定的主存单元或外设端口中取数据，将数据传送给EU或把EU的操作结果传送到指定的主存单元或外设端口中

计算并形成访问存储器的20位物理地址

4）BIU的组成与特点

BIU由4个16位段寄存器、16位指令指针寄存器、20位物理地址加法器、6字节指令队列及总线控制逻辑组成

BIU的特点： 指令队列是由6个字节的寄存器组成（8088指令队列由4个字节组成） 先进先出， 地址加法器是用来产生20位存储器物理地址的。

8086分配20条引脚线分时传送20位地址，16位数据和4位状态信息

2.1.3 8086/8088的内部寄存器

14个16位寄存器：8个通用寄存器/4个段寄存器/2个控制寄存器

8086的寄存器结构

通用数据寄存器组、地址指针和变址寄存器、段寄存器组、指令指针寄存器IP（Instruction Pointer)、标志寄存器

指令指针寄存器和标志寄存器

（1）指令指针寄存器IP 指令指针寄存器IP是一个16位的表示地址指针的寄存器

（2）标志寄存器FR（Flag Register） 标志寄存器也称为程序状态字PSW（Program Status Word）寄存器，它是一个16位的标志寄存器，但仅使用其中的9位

状态标志flag（6个）

CF (Carry Flag)进位标志：右进位为1

AF (Auxiliary Flag)辅助进位标志：第3位右进位置1(半字节）

PF (Parity Flag)奇偶进位标志：结果中1的个数位为偶数置1。

OF （Over Flag）溢出标志：溢出为1

SF （Sign Flag）符号标志 ：负为1， 取最高有效位

ZF （Zero Flag）零标志：是0为1

控制标志（3个）

DF(Direction Flag)方向标志：DF为1，SI、DI减量，由高地址 向低地址处理；DF为0，SI、DI增量，由低地址向高地址处理

IF(Interupt Flag )中断标志： IF为1时允许中断

TF(Trap Flag)陷阱标志（ 又叫跟踪标志）：每执行一条指令就引起一个内部中断。用于单步方式操作，TF为1，指令执行完后产生陷阱，由系统控制计算机；TF为0，CPU不产生陷阱，正常工作.

控制信息由系统程序或用户程序根据需要用指令设置

状态信息由中央处理机根据计算机的结果自动设置

2.2 8086／8088的引脚功能

即引脚信号的定义。引脚名为该引脚功能的英文缩写，基本反映了信号的作用，即含义。

一、信号的有效电平

指控制引脚使用有效时的逻辑电平。低电平有效的引脚名字上面加有一条横线，引脚名字上无横线者为高电平有效。另有一些引脚信号编码使用，即高、低电平均有效，分别表示不同的状态或数值。还有些引脚信号为边沿有效，即信号仅在上升（或下降）沿有效。

二、信号的流向

芯片与其他部件的联系全靠在引脚上传送信息，这些信息可能自芯片向外输出，也可能从外部输入到芯片，还可能是双向的。

CPU的地址线（AB）是输出的，用以寻址存储器单元或I/O端口

数据线（DB）是双向的，CPU可通过它从存储器或外设读取数据，也能将数据输出给它们

CPU的某些控制线是输出的，用来对外界提供控制，也有些控制线是输入的，通过这些流入的信息，可以接受外界的联络信号

三、引脚的复用

在芯片的设计中，有时为了以少量引脚提供更多的功能，会采用引脚复用的做法。如8086中就采用地址、数据线分时复用的方法，即当引脚上出现有效信号时，前一时刻总线上出现地址，后一时刻，其上传输的是数据。

四、三态能力

“三态”能力是指有些引脚除了能正常输出或输入高、低电平外，还能输出高阻状态。当它输出高阻状态时，表示芯片实际上已放弃了对该引脚的控制，使之“浮空”。这样，与总线相连接的其它设备就可以获得对总线的控制权，系统转为接受总线的设备控制下工作。

﹡8086/8088微处理器采用40条引线双列直插(DIP)封装。

﹡ 8086/8088微处理器引线，在逻辑上可分为3类：地址总线信号、数据总线信号、控制总线信号。还有一些专用信号：电源、地、时钟。

﹡ 8086/8088采用引线分时复用技术，一条引线不同时间代表不同信号,解决引线不够问题。

8086系统处于最小模式，就是系统中的CPU只有8086单独一个处理器。在这种系统中，所有总线控制信息都直接由8086产生，系统中总线控制逻辑电路被减到最少，这些特征就是最小模式名称的由来。最小模式适合于较小规模的系统。

在最大模式系统中有多个微处理器，其中必有一个主处理器8086，其他处理器称为协处理器或辅助处理器，承担某一方面的专门工作。

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参考

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参考

1. ^Intel 8080 https://baike.baidu.com/item/Intel%208080/997320?fr=aladdin