chap02_Intel 8086系统结构

,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,2,章,Intel 8086,系统结构,2.1 8086,的功能结构,2.2,8086微处理器的执行环境(系统结构),2.1 Intel 8086 的功能结构,8086CPU从功能上来说分成两大部分：总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）和执行单元EU（Execution Unit）。,BIU的功能是负责与存储器、I/O端口之间进行信息传送。,EU部分负责指令的执行。,2024/9/13,2,8086的功能结构示意图,1 2 3 4 5 6,内部寄存器,IP,ES,SS,DS,CS,输入,/,输出控制电路,外部总线,执行部分控制电路,ALU,标志寄存器,AH AL,BH BL,CH CL,DH DL,SP,BP,SI,DI,通用寄存器,地址加法器,指令队列,执行单元 （,EU,）,总线接口单元 （,BIU,）,16,位,20,位,16,位,2024/9/13,3,总线接口单元,BIU,段寄存器、指令指针,IP、,地址加法器和总线控制逻辑、,指令队列,管理与系统总线的接口，负责对存储器和外设访问,执行单元,ALU,、通用寄存器(数据、指针寄存器,)、,标志寄存器和控制逻辑电路,负责指令译码、数据运算和指令执行,2024/9/13,4,指令执行的两个主要阶段：取指和执行，分别由,BIU,和,EU,来进行，取指和执行可以并行重叠。,在一条指令的执行过程中(,EU)，(BIU),就可以取出下一条(或多条,),指令，在指令流队列中排队，一条指令执行完，就可以立即执行队列中的下一条指令，减少了,CPU,因取指而需等待的时间。提高了运行速度。,2024/9/13,5,指令预取（Prefetch）,8086处理器维护着长度为6个字节的指令队列。,BIU,和,EU,两个单元相互独立，可以并行操作。,实现了,指令流水线技术,节省许多取指时间，提高了工作效率，降低了与之相配的存储器的存取速度的要求。,程序转移时，预取的指令可能作废。,2024/9/13,6,流水线技术与指令队列,取指与执行在同时进行,时间,BIU,EU,2024/9/13,7,2.2 8086微处理器的结构,2.2.1 8086的寄存器*,寄存器就是暂时存放数据、地址的地方；对应用人员(程序员)来说，寄存器是重要的可操作的、可利用的资源。,8,个,16,位通用寄存器,AX,，,BX,，,CX,，,DX,，,SI,，,DI,，,BP,，,SP,其中,AX,BX,CX,DX,又可作为8个,8,位通用寄存器,AH,，,AL,，,BH,，,BL,，,CH,，,CL,，,DH,，,DL,4,个,16,位段寄存器,CS,，,DS,，,SS,，,ES,1,个,16,位指令指针,IP,1,个,16,位标志寄存器,PSW/FLAGS,共14个基本的程序执行寄存器(,Register),2024/9/13,8,寄存器的名称,AX,：累加器,(Accumulator),BX,：基址寄存器,(Base),CX,：计数器,(Counter),DX,：数据寄存器,(Data),SI,：源变址寄存器,(Source Index),DI,：目的变址寄存器,(Destination Index),BP,：基址指针,(Base Pointer),SP,：堆栈指针,(Stack Pointer),2024/9/13,9,14个基本程序执行寄存器,AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL,SP,BP,SI,DI,IP,FLAGS,CS,DS,SS,ES,AX,BX,CX,DX,累加器,基址,计数,数据,数据寄存器,0,15,0,7,8,15,0,15,0,15,附加数据段,堆栈段,数据段,代码段,段寄存器,指令指针,标志,堆栈指针,基址指针,源变址,目的变址,指针寄存器,变址寄存器,通,用,寄,存,器,2024/9/13,10,1、通用寄存器,（1）数据寄存器,AX、BX、CX、DX,暂存计算过程中所用到的操作数、结果或其它信息。(高级语言中的变量),可以字(16位)的形式访问，也可以字节(8位)的形式访问。,AX-,高位字节,AH，,低位字节,AL,2024/9/13,11,(a) 通用寄存器-数据寄存器,AX（Accumulator）,作为累加器。,作为累加器，是算术、逻辑运算的主要寄存器。另外，所有,I/O,指令都使用这一寄存器与外部设备传送信息。,ADD AX, 0100H,IN AL, 20H,OUT 30H , AX,BX（Base）,基址寄存器,可作为通用寄存器，此外在计算存储器地址时，经常作为基址寄存器,MOV AX, BX+03H,C,语言,int array10； array0,array3,2024/9/13,12,数据寄存器(续),CXCounter,计数寄存器,可以作通用寄存器使用，此外，循环,LOOP,指令和串处理指令中用作隐含计数器,。,例：,MOV CX , 200H,AGAIN: ,LOOP AGAIN ；（CX)-1(CX),结果不等于0转,AGAIN,高级语言,for (i=0x200; i0;i- -) ,;,2024/9/13,13,数据寄存器(续),DXData,寄存器,可以作为通用寄存器使用。此外，,(1)在做双字节运算时，把,DX，AX,组合在一起存放一个双字长(32位)数，,DX,用来存放高16位;,(2)对某些,I/O,操作,DX,可用来存放,I/O,的端口地址。,例：,MUL BX ; (AX)*(BX)-(DX)(AX),例：,IN AL , DX,在高级语言中可以任意设置变量，在汇编语言中要考虑可利用的特定资源。,2024/9/13,14,(b) 通用寄存器-指针与变址寄存器,SP,BP,SI,DI-,可以象数据寄存器一样在运算过程中存放操作数，但只能以16位为单位使用。此外，更经常的用途是提供,偏移地址?,。,SP (Stack Pointer) ,堆栈指针寄存器,BP（base pointer）,基址指针寄存器,与,SS,寄存器联合使用来确定堆栈段中某一存储器单元地址。,SP -,确定栈顶的实际地址；,BP,可用为堆栈段的一个基地址，访问堆栈段中的其他信息。,2024/9/13,15,堆栈,堆栈是按照后进先出,LIFO(Last In First Out),或,FILO,工作的一段存储单元。(前面的指令队列是先进先出,FIFO,的。),操作,PUSH POP,(,BP)=0061H,设: (,SS)=3F00H,(SP)=0060H,(BP)=0061H,堆栈和指针如图：,2024/9/13,16,变址寄存器,SI,DI,SISource Index Register,源变址寄存器,DIDestination Index,目的变址寄存器,一般与,DS,联用，用来确定数据段中某一存储单元的地址，,SI , DI,具有自动增量和自动减量功能，所以用于变址寻址是方便的。在串处理指令中，,SI,和,DI,作为隐含的源变址和目的变址寄存器，此时,SI,与,DS,联用，,DI,和,ES,联用，分别在数据段和附加段中寻址。,C,字符串拷贝:,strcpy(Source ,dest );,两个指针,2024/9/13,17,2 段寄存器,段寄存器: 4个16位段寄存器,CS、DS、SS、ES。,CSCode Segment Register,代码段寄存器,用来指示当前代码段（程序放在代码段）。,DSData Segment Register,数据段寄存器,用来指示当前数据段。,SSStack Segment Register,堆栈段寄存器，,用来指示当前堆栈段。,ESExtra Segment Register,附加段寄存器，,用来指示当前附加段。,段寄存器作用在下面存储器分段中详述,2024/9/13,18,3、,控制寄存器,IP，PSW,IPInstruction Pointer,指令指针寄存器,用来存储代码段中的偏移地址;,类似于前面提到的程序计数器,PC，,略有区别，,PC,指向下一条,要执行的指令,，而,IP,是指向下一次要,取出的指令偏移地址,（流水线技术）。,IP,与,CS,寄存器相结合确定下一条指令的物理地址，计算机用,IP,寄存器来控制指令的执行流程。,2024/9/13,19,PSW,程序状态字,PSW(Program/Processor Status Word),标志寄存器,FLAGS， 16,位寄存器,只用了其中9位,6位状态标志,CF、PF、AF、ZF、SF、OF,1位控制标志,DF,2位系统标志,IF,TF,15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,2024/9/13,20,(1)状态标志,用来记录指令执行结果的辅助信息(进/借位，零，奇偶，正负，溢出等,),主要是加减运算和逻辑运算指令影响标志位，其他有些指令的执行也会相应地设置(影响)它们。,处理器主要使用其中,5,个构成各种条件，分支指令判断这些条件,实现程序分支,OF,11,DF,10,IF,9,TF,8,SF,7,ZF,6,0,5,AF,4,0,3,PF,2,1,1,CF,0,2024/9/13,21,(1) 状态标志(续),1.进位标志,CF（Carry Flag）,2.,零标志,ZF（Zero,Flag,）,3.,符号标志,SF（Sign Flag）,有符号数,4.奇偶标志,PF（Parity Flag）,5.,辅助进位标志,AF(,Auxiliary,Carry Flag),6.溢出标志,OF（Overflow Flag）,2024/9/13,22,溢出标志,OF,有符号数的运算结果超出表示范围，即在字节运算(8位)时，运算结果大于127或小于128，字运算时(16位) ，大于32767或小于32768时，,OF=1,否则,OF=0,溢出的判断：,双高位判断法,：符号位的进位；,：字长次最高位(数值部分最高位),两个同号数相加，或异号数相减，产生溢出。,2024/9/13,23,溢出标志OF(续),两个负数相加，和应为负数，但结果符号为正，出错， -225 S2： ABCD- -ABCD,2024/9/13,28,（3）系统标志,1.中断允许标志,IF,（Interruptenable flag）,若置,I1(STI),则允许,CPU,接受外部的可屏蔽中断请求。否则,I=0(CLI),屏蔽中断请求。,2. 追踪标志,TF(Trace flag),若,T=1,CPU,进入单步方式，即在每条指令执行后，产生一个内部中断，以便于调试。当,T=0，CPU,正常工作。,2024/9/13,29,状态标志是,CPU,根据计数结果自动设置的，可根据这些指令建立标志位,如：如何判断,a84,到了2000年，00成了1900年，为解决2000年问题，付出了代价。,二代身份证问题,也是如此，前6位表示地区号(省市区)，出生年月日,4,+2+2=8位，3位编号，最后一位是校验位（由一个算法生成）共18位。,2024/9/13,39,本章结束!,2024/9/13,40,