FPGA的微机原理实验系统设计(5)
Total RAM bits 119808 165888 239616 239616 483840 594432 1152000
Embedded multipliers 13 18 26 26 35 86 150
PLLs 2 2 4 4 4 4 4
Maximum user I/O pins 158 182 315 315 475 450 622
鉴于其充足的性能和较低的成本，被普遍应用于开发板等，且基本满足本实验系统的需求，因此本实验系统采用EP2C8型号芯片。
（3）FPGA配置电路
本系统中的FPGA芯片采用两种配置模式，JTAG配置模式和AS配置模式，配置模式将会在后面详细讲述。其中AS配置模式将会用到EPCS4配置芯片，由其构成的配置电路，为FPGA芯片进行配置，使其正确工作。
（4）存储电路
8088有20条地址线，能实现1M字节的存储空间。除了利用Quartus II LPM库函数在FPGA上实现的64K字节的ROM外，其余960K字节的存储空间由静态存储芯片来实现。
（5）8253，8259，8284等芯片电路
是实验系统的重要组成部分，8253为系统提供定时计数的功能。8259为系统提供管理中断的功能。8284为CPU软核提供工作时钟。74LS138为系统I/O地址提供译码片选功能。74LS245为系统数据总线提供三态缓冲的功能。
（6）键盘输入、显示电路
利用Intel 8279芯片来实现4X4矩阵的键盘输入，以及数码管进行显示。其构成的电路为系统提供输入、调试和观察结果的功能。
3 8088VHDL软核的设计及仿真
3.1 Intel 8088内部结构和工作原理
微处理器8086 是英特尔于1978 年推出了首枚16 位微处理器，而Intel 8088 是一个以Intel 8086为基础的，内部数据总线（处理器内部传输数据的总线）为8位（8086为16位），外部数据总线（处理器外部传输数据的总线）为16 位（与8086一样），因此是一种准16位CPU。它具有包括乘法和除法的16位运算指令，所以能处理16位数据，也能处理8位数据。8088地址总线为20 位，可寻址1MB 内存，为双列直插式封装，有40 根引脚，电源为5V。
8086 从功能上分执行单元EU(Execution Unit)和总线接口单元BIU(Bus Interface Unit)[1]，如图3-1所示。执行单元的功能就是负责指令的执行，由8 个16 位通用寄存器（AX，CX，DX，BX，SP，BP，SI，DI)，1 个16 位标志寄存器(FLAGS)， 1 个16位算术逻辑单元ALU 及EU 控制电路组成。
总线接口单元的功能是负责与存储器，I/O 端口传送数据，由4 个16 位段寄存器（CS，DS，SS，ES），1 个16 位的指令指针寄存器IP，1 个与EU 通信的内部暂存器，1 个指令队列，1 个计算20 位物理地址的加法器及总线控制电路构成。8088 的指令队列为4 个字节，会在执行指令的同时，从内存中取指令，取来的指令就放在指令队列中。EU 单元每次都是从指令队列的前部取指令，然后在本单元中执行指令，这样CPU 执行完一条指令就可以立即执行下一条指令，不需要从内存取指令，然后再执行，从而提高效率。8088的内部寄存器都是16 位的，所以需要一个附加的部件来根据16 位寄存器提供的信息来计算出20 位的物理地址，地址加法器就是用来完成这个作用的。计算方法为：将代码段寄存器CS 的内容左移4 位，然后再与IP 的内容相加得到最终的物理地址。
总线接口部件和执行部件之间不是同步工作的，但两者的动作仍然是有管理原则的，体现在以下几个方面：