(精品)第02章80X86微处理器

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,*,*,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,*,*,第,2,章,80X86,微处理器,主讲人：,宫 鹤,10/9/2024,1,第,2,章,80X86,微处理器,2.1,8086/8088,微处理的编程结构,2.2 8086/8088,的引脚信号与工作模式,2.3 8086/8088,的总线操作模式,2.4 8086/8088,存储器的组织与管理,2.5 IBM PC/XT,微型计算机的基本配置,2.6,从,80286,到,Pentium,系列处理器的发展过程,10/9/2024,2,第,2,章,80X86,微处理器,2.1 8086/8088,微处理的编程结构,一、,8086,和,8088,差别：,相同点：,16,位,CPU,，,AB,宽度为,20,位,差 别：,1,、指令预取队列：,8088 4,字节,8086 6,字节,2,、数据总线引脚：,8088 8,根,8086 16,根,8088,为准,16,位,CPU,，内部,DB,为,16,位，但外部为,8,为，即,16,位数据要分两次传送。,本课程主要介绍,8086,取指令,指令译码,取操作数,执行指令,存放结果,10/9/2024,3,串行工作方式：,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,执行指令时总线空闲,2,）,CPU,访问存储器时要等待总线操作的完成,(,存取数据或指令,),缺点：,CPU,无法全速运行,解决：总线空闲预取,CPU,需要立刻得到,10/9/2024,4,并行工作方式：,8086CPU,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,结论,:,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,CPU,的效率；降低对存储器速度要求,10/9/2024,5,8086,的流水线操作,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寄存器,IPQ,，,EU,不断地从,IPQ,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）,新型,CPU,将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执行更多的指令,例如，,PIII,为,14,个阶段，,P4,为,20,个阶段,(,超级流水线,),10/9/2024,6,8088/8086 CPU,的特点,采用并行流水线工作方式,对内存空间实行分段管理：,每段大小为,16B,64KB,用段地址和段内偏移实现对,1MB,空间的寻址,设置地址段寄存器指示段的首地址,支持多处理器系统；,片内没有浮点运算部件，浮点运算由数学协处理器,8087,支持（也可用软件模拟）,注：,80486DX,以后的,CPU,均将数学协处理器作为标准部件集成到,CPU,内部,10/9/2024,7,二、,8086,的内部结构,1 2 3 4 5 6,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,总线控制 电路,外部总线,EU,控制电路,ALU,标志寄存器,AH AL,CH CL,SP,BP,SI,DI,通用,寄存器,地址加法器,指令队列,执行部件,(EU),总线接口部件（,BIU),16,位,20,位,16,位,16,位,暂存器,DH,DL,BH,BL,Execution Unit,Bus Interface Unit,AX,BX,CX,DX,10/9/2024,8,一 执行单元,EU,(,一,),功能,:,执行指令,从指令队列中取指令代码 译码在,ALU,中完成数据的运算运算结果,的特征保存在标志寄存器,FLAGS,中。,算术逻辑单元（运算器）,8,个通用寄存器,1,个标志寄存器,EU,部分控制电路,（二）执行单元包括,10/9/2024,9,二、,8086,的内部结构,1 2 3 4 5 6,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,总线控制 电路,外部总线,EU,控制电路,ALU,标志寄存器,AH AL,CH CL,SP,BP,SI,DI,通用,寄存器,地址加法器,指令队列,执行部件,(EU),总线接口部件（,BIU),16,位,20,位,16,位,16,位,暂存器,DH,DL,BH,BL,Execution Unit,Bus Interface Unit,AX,BX,CX,DX,10/9/2024,10,二 总线接口单元,BIU,(,一,),功能：,从内存中取指令送入指令预取队列,负责与内存或输入,/,输出接口之间的数据传送,在执行转移程序时，,BIU,使指令预取队列复位，从指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行,。,10/9/2024,11,二、,8086,的内部结构,1 2 3 4 5 6,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,总线控制 电路,外部总线,EU,控制电路,ALU,标志寄存器,AH AL,CH CL,SP,BP,SI,DI,通用,寄存器,地址加法器,指令队列,执行部件,(EU),总线接口部件（,BIU),16,位,20,位,16,位,16,位,暂存器,DH,DL,BH,BL,Execution Unit,Bus Interface Unit,AX,BX,CX,DX,10/9/2024,12,1,、四个段地址寄存器,CS 16,位代码段寄存器,DS 16,位数据段寄存器,ES 16,位附加段寄存器,SS 16,位堆栈段寄存器,2,、,IP 16,位指令指针寄存器,指向下一条要取出的指令。,（二）,BIU,的组成,4,、六字节的指令队列,3,、,20,位地址加法器,例：指令的物理地址,=CS,16+IP,16,位内部寄存器提供的信息经,地址加法器,产生,20,位地址,取指令与执行指令并行工作,在一条指令的执行中，可取下一条或多条指令，在指令队列中排队。,10/9/2024,13,三、,8086/8088,的内部寄存器,数据寄存器,AX BX CX DX,地址指针寄存器（,SP,，,BP,）,变址寄存器（,SI,，,DI,）,含,14,个,16,位寄存器，按功能可分为三类,CS,代码段寄存器,DS,数据段寄存器,ES,附加段寄存器,SS,堆栈段寄存器,IP,指令指针寄存器,FLAGS,标志寄存器,4,个段寄存器,2,个控制寄存器,8,个通用寄存器,10/9/2024,14,数据寄存器,8086,含,4,个,16,位数据寄存器，可分为,8,个,8,位寄存器,8,AH,AL,8,AX,（,Accumulator),累加器,8,BH,BL,8,BX,8,CH,CL,8,CX,8,DH,DL,8,DX,（,Base,）基址寄存器,（,Count,）计数寄存器,（,Data,）数据寄存器,常用来存放参与运算的操作数或运算结果,多用于存中间运算结果。,所有,I/O,指令必须都通过,AX,与接口传送信息；,在间接寻址中用于存放基地址；,用于在循环或串操作存放循环次数或重复次数；,在,32,位乘除法运算时，存放高,16,位数；,在间接寻址的,I/O,指令中存放,I/O,端口地址。,10/9/2024,15,作为通用寄存器，二者均可用于存放数据；,作为基址寄存器，,BX,常用于寻址数据段；一般与,DS,或,ES,搭配,BP,则通常用于寻址堆栈段。,地址指针寄存器,BX,与,BP,在应用上的区别,SP：,(Stack Pointer),堆栈指针寄存器,BP,：,(Base Pointer),基址指针寄存器,其内容为栈顶的偏移地址；,常用在访问内存时放内存单元的,偏移地址。,10/9/2024,16,变址寄存器,SI,：源变址寄存器,(,Sourse,Index),DI,：目标变址寄存器,(destination Index),变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。,在串操作中，,DI,存放目标操作数的偏移地址。,在串操作中，用,SI,存放源操作数的偏移地址,10/9/2024,17,（二）段寄存器,用于存放逻辑段的段基地址,(,逻辑段的概念后面将要介绍,),CS,：,代码段寄存器,(Code Segment),代码段用于存放指令代码,DS,：,数据段寄存器,(Data Segment),用来存放操作数,ES,：,附加段寄存器,(Extra Segment),用来存放操作数,SS,：,堆栈段寄存器,(Stack Segment),用于存放返回地址,保存寄存器内容，传递参数,10/9/2024,18,（三）控制寄存器,IP,：,指令指针寄存器,(,Instructiong,Pointer),内容为,下一条要执行的指令的偏移地址,FLAGS,：,标志寄存器,状态标志：存放运算结果的特征,6,个状态标志位,(CF,，,SF,，,AF,，,PF,，,OF,，,ZF),控制标志：控制某些特殊操作,3,个控制标志位,(IF,，,TF,，,DF),10/9/2024,19,状态标志位：,CF,：,进位标志,(Carry flag),CF=1,表示最高位向前有进位或借位，否则，,CF=0,PF,：,奇偶标志（,Parity Flag),运算结果低位中为偶数个时,PF=1,否则,PF=0,AF,：,辅助进位标志,(Auxiliary Flag),AF=1,表示,8,位运算低,4,位向高,4,位的进借位，否则,AF=0,ZF,：,零标志,(Zero Flag),算数逻辑运算结果为,0,，则,ZF=1,SF,：,符号标志,(Sign Flag),操作运算的最高位,OF,：,溢出标志,(Overflow Flag),OF=1,溢出，否则,OF=0,，,OF=C,最高位,次高位,OF,11,15,12,DF,10,IF,9,TF,8,SF,7,ZF,6,5,AF,4,3,PF,2,1,CF,0,10/9/2024,20,1011 1111 0001 1111,1000,1000,1001,OF,11,15,12,DF,10,IF,9,TF,8,SF,7,ZF,6,5,AF,4,3,PF,2,1,CF,0,11,15,12,DF,10,IF,9,TF,8,7,6,5,4,3,2,1,0,1,0,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,+,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,10/9/2024,21,控制标志位：,DF,：方向标志（,Direction Flag),用于控制串操作变址寄存器中地址的增减,1,增，,0,减,IF,：可屏蔽中断允许标志（,Interrupt Flag),1,开，,0,关,TF,：跟踪标志（,Trap Flag),用于单步调试，开，关,OF,11,15,12,DF,10,IF,9,TF,8,SF,7,ZF,6,5,AF,4,3,PF,2,1,CF,0,10/9/2024,22,表,8086 CPU,标志位情况,名 称,符 号,符号标志,SF,功能,与运算结果的最高位相同，当数据用补码表示时，负数的最高位为,1,，所以符号标志表示运算执行后的结果是正还是负,零标志,ZF,当前的运算结果为零，当前的运算结果为非零,奇偶标志,PF,运算结果所含的,1,的个数为偶数,进位标志,CF,当执行一个加法运算使最高位产生进位时，或者执行一个减法运算引起最高位产生借位时，此外，循环指令也影响这一标志,辅助进位标志,AF,加法运算时，如果第,3,位往第,4,位有进位；减法运算时，如果第,3,位往第,4,位有借位。辅助进位标志一般在,BCD,码运算中作为是否进行十进制调整的判断依据,溢出标志,OF,运算过程中产生溢出时，所谓溢出，是指当字节运算的结果超出了范围,