微机原理与接口技术第2章1

1本章主要内容8086微处理器80286、80386Pentium2Intel8086微处理器的主要内容8086的编程结构，尤其是寄存器组；8086标志寄存器各个标志的含义；8086的存储器编址，存储器的分段结构32.1.1CPU的内部组成运算器主要功能：对数据进行算术和逻辑运算。这些功能由算术逻辑单元（ALU）来实现；寄存器组寄存器可以存放数据和地址，也可以存放控制信息和状态信息。CPU中寄存器的数量对CPU的运行速度影响很大。寄存器从应用的角度可以分为：通用寄存器、专用寄存器，有以下几种类型：数据寄存器、地址寄存器、状态标志寄存器、控制寄存器等。4控制器控制器是指挥与控制计算机各功能部件协同工作，自动执行计算机程序的部件。控制器一般是由指令指针寄存器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。52.1.216位微处理器80868086的编程结构8086：Intel系列16位微处理器数据总线：16位，内部寄存器，ALU都是16位的地址总线：20位，以字节为单位对存储器进行编址，可寻址220即1M字节。问题：内部寄存器、运算器为16位，如何产生20位地址？编程结构——面向程序设计和应用角度的CPU结构671.总线接口部件（BIU）总线接口单元BIU的任务：总线接口部件负责与存储器、I/O端口传送数据①读指令——指令队列出现空字节(80881个空字节，80862个空字节)时，从内存取出后续指令。BIU取指令时，并不影响EU的执行，两者并行工作，大大提高了CPU的执行速度。②读操作数——EU需要从内存或外设端口读取操作数时，根据EU给出的地址从内存或外设端口读取数据供EU使用。③写操作数——EU的运算结果、数据或控制命令等由BIU送往指定的内存单元或外设端口。8总线接口部件（BIU）的组成4个16位段地址寄存器CS16位的代码段寄存器DS16位的数据段寄存器ES16位的附加段寄存器SS16位的堆栈段寄存器16位的指令指针寄存器IP(InstructionPointer)20位的地址加法器利用16位的段寄存器和另一个16位地址寄存器值，形成20位的物理地址，送20位地址总线。6字节的指令队列缓冲器总线控制电路CPU与外界总线联系的转接电路包括三组总线：20位地址总线，16位双向数据总线和一组控制总线91）存储器的分段10代码段寄存器CS存储程序当前使用的代码段的段地址。代码段用来存放程序的指令代码。下一条要读取指令在代码段中的偏移地址由指令指针寄存器IP提供；数据段寄存器DS用来存放程序当前使用的数据段的段地址。一般来说，程序中所用到的原始数据、中间结果以及最终结果都存放在数据段中；堆栈段寄存器SS用来存放程序当前所使用的堆栈段的段地址。堆栈是在存储器中开辟的一个特定区域；附加数据段寄存器ES用来存放程序当前使用的附加数据段的段地址。附加数据段通常用于存放字符串操作时的目的字符串。程序员在编写汇编语言源程序时，应该按照上述规定将程序的各个部分放在规定的段内。每个源程序必须至少有一个代码段，而数据段、堆栈段和附加数据段则根据程序的需要决定是否设置。112）指令指针寄存器指令指针寄存器IP用来存放下一条要读取的指令在代码段中的偏移地址。IP在程序运行中能自动加1修正，从而使其始终存放的是下一条要读取的指令在代码段的偏移地址。由于CS和IP的内容决定了程序的执行顺序，因此程序员不能直接用赋值指令对其内容进行修改。有些指令能使IP和CS的值改变（如跳转指令）或使其值压入堆栈或从堆栈中弹出恢复原值（如子程序调用指令和返回指令）。123）20位地址加法器8086/8088CPU在对存储单元进行访问以读取指令或读/写操作数时，必须在地址总线上提供20位的地址信息，以便选中对应的存储单元。那么，CPU是如何产生20位地址的呢？CPU提供的用来对存储单元进行访问的20位地址是由BIU中的地址加法器产生的。13存储器中每个存储单元的地址可有以下两种表示方式：逻辑地址：其表达形式为“段地址：段内偏移地址”。段内偏移地址又称为“有效地址EA(EffectiveAddress)。在读指令时，段地址由代码段寄存器CS提供，当前要读取指令在代码段中的偏移地址由指令指针寄存器IP提供；在读取或存储操作数时，根据具体操作，段地址由DS、ES或SS提供，段内偏移地址由指令给出。14物理地址：CPU与存储器进行数据交换时在地址总线上提供的20位地址信息称为物理地址。物理地址的形成过程如图所示。由IP提供或由EU根据指令所提供寻址方式计算出寻址单元的16位段内偏移地址后，把该偏移地址和段寄存器内容左移四位后（相当于乘以10H）得到的段基址（段内第一个存储单元的物理地址）同时送到BIU中的地址加法器，形成一个20位的物理地址，从而实现对存储单元的访问。由逻辑地址求物理地址的公式为：物理地址=段地址10H+段内偏移地址如假设当前(CS)=20A8H，(IP)=2008H，那么，下一条从内存中读取的指令所在存储单元的物理地址为：20A8H10H+2008H=22A88H。15∑015段内偏移地址段寄存器190340000段地址左移4位20位物理地址190物理地址的形成164)指令队列缓冲器8086的指令队列有6个字节，当指令队列出现空字节时，BIU就自动执行一次取指令周期，将下一条要执行的指令从内存单元读入指令队列。它们采用“先进先出”原则，按顺序存放，并按顺序取到EU中去执行。指令队列的引入使得EU和BIU可并行工作，即BIU在读指令时，并不影响EU单元执行指令，EU单元可以连续不断地直接从指令队列中取到要执行的指令代码，从而减少了CPU为取指令而等待的时间，提高了CPU的利用率，加快了整机的运行速度。17182．执行单元EU执行单元EU不与系统外部直接相连，它的功能只是负责执行指令。执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中直接得到，执行指令时若需要从存储器或I/O端口读写操作数时，由EU向BIU发出请求，再由BIU对存储器或I/O端口进行访问。19执行部件EU的组成EU控制电路：指令译码，产生定时和控制信号16位算术逻辑单元ALU：进行算术逻辑运算8个16位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI16位标志寄存器FLAGS：存放运算结果的状态和控制标志数据暂存寄存器：暂存参加运算的数据EU控制电路：它是控制、定时与状态逻辑电路，接收从BIU中指令队列取来的指令，经过指令译码形成各种定时控制信号，对EU的各个部件实现特定的定时操作。202.28086/8088寄存器结构内部有14个16位寄存器，按功能可分为四大类8个通用寄存器：AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI4个段寄存器：CS、DS、SS、ES1个控制寄存器：IP1个标志寄存器：FLAGS212.2.1通用寄存器AX、BX、CX、DX一般用于存放参与运算的操作数或运算结果每个数据寄存器都是16位的，但又可将高、低8位分别作为两个独立的8位寄存器来用。高8位分别记作AH、BH、CH、DH，低8位分别记作AL，BL，CL，DL。注意，8086/8088CPU的14个寄存器除了这4个16位寄存器能分别当作两个8位寄存器来用之外，其它寄存器都不能如此使用。22AX(Accumulator)称为累加器。用该寄存器存放运算结果可使指令简化，提高指令的执行速度。此外，所有的I/O指令都使用该寄存器与外设端口交换信息。BX(Base)称为基址寄存器。8086/8088CPU中有两个基址寄存器BX和BP。BX用来存放操作数在内存中数据段内的偏移地址，BP用来存放操作数在堆栈段内的偏移地址。CX(Counter)称为计数器。在设计循环程序时使用该寄存器存放循环次数，可使程序指令简化，有利于提高程序的运行速度。DX(Data)称为数据寄存器。在寄存器间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址；在做双字长乘除法运算时，DX与AX一起存放一个双字长操作数，其中DX存放高16位数。寄存器AX,BX,CX,DX的特定用法23地址指针寄存器SP、BP堆栈指针寄存器SP(stackpointer)基址寄存器BP（basepointer）变址寄存器SI、DI源变址寄存器SI(sourceindex)目的变址寄存器DI(destinationindex)242.2.2段寄存器CS16位的代码段寄存器DS16位的数据段寄存器ES16位的附加段寄存器SS16位的堆栈段寄存器258086/8088段寄存器与提供段内移地址的寄存器之间的默认组合段寄存器提供段内偏移地址的寄存器CSIPDSBX、SI、DI或一个16位数SSSP或BPESDI(用于字符串操作指令)262.2.3控制寄存器指令指针寄存器IP标志寄存器FR27标志寄存器FLAGS标志寄存器共有16位，其中7位未用，所用的各位含义如下：根据功能，8086的标志可以分为两类：状态标志：表示前面的操作执行后，ALU处于何种状态，可能会影响后面的操作控制标志：人为设置的，可以用专门的设置和清除指令，用于对某种功能的控制1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF28状态标志有6个，即SF、ZF、PF、CF、AF和OF①符号标志SF(signflag)②零标志ZF(zeroflag)③奇偶标志PF(parityflag)——低8位1的个数为偶数，PF=1④进位标志CF(carryflag)——最高位产生进位CF=1⑤辅助进位标志AF(auxiliarycarryflag)⑥溢出标志OF(overflowflag)——算术运算产生溢出——8位运算结果超出-128~+127——16位运算结果超出-32768~+3276729控制标志位（3位）——用来控制CPU的操作，由程序设置或清除。它们是：TF(TrapFlag)——跟踪（陷阱）标志位。是为测试程序的方便而设置。若将TF置1，CPU处于单步工作方式。IF(InterruptFlag)——中断允许标志位。是用来控制可屏蔽中断的控制标志位。若将IF置1，表示允许CPU接受外部从INTR引脚上发来的可屏蔽中断请求；若用CLI指令将IF清0，则禁止CPU接受可屏蔽中断请求信号。DF(DirectionFlag)——方向标志位。若将DF置1，串操作按减地址方式进行，也就是说，从高地址开始，每操作一次地址自动递减；否则按增地址方式进行。302.38086的存储器和I/O组织一.8086的存储器编址1.8086存储空间存储器地址20根地址线，直接寻址能力1MB，地址从00000H-FFFFFH按字节编址，每个字节赋予一个20位的地址编号——物理地址3178H9FH…存储单元地址00000H00001H…46HDFH6CH……98H65H5EHA6H66H……6FH0011FH00120H00121HE8009HE800AHE800BHE800CHE800DHFFFFFH图3.10数据在存储器中的存放1、注意20根地址线与1M个存储单元之间的关系；存储单元地址与该单元内容等概念；2、注意字节型、字型及双字型数据在存储器中的存放方法；3、规则存放的概念（本节后面还会详细介绍）32存储器内容一个字可以存放在任意两个相连的存储单元中，在一个字中的每一个字节有一个地址，字单元地址采用它的低地址表示；即一个字的起始地址可以从偶地址开始也可以从奇地址开始，并且较高存储器地址的字节含有该字的高8位，较低地址含有低8位同一个地址可以看做字节单元地址，也可以看做字单元地址指针存放：按双字进行存放，偏移量存放于低地址，段基址存放于高地址存放字符串时，字符串的第一个字节存放在地址较低的单元中，然后依次存放332．存储器的段结构8086/8088CPU中有关可用来存放地址的寄存器如IP、SP等都是16位的，故只能直接寻址64KB。为了对1M个存储单元进行管理，8086/8088采用了段结构的存储器