微机原理幻灯片

2.1.1 8086 CPU结构与特点,8086CPU内部结构 ： 有两个独立的工作部件，执行部件 EU 和总线接口部件 BIU。 1. 执行部件（EU） 任务：只负责指令的执行。 组成：算术逻辑单元 ALU (运算器)、通用寄存器、标志寄存器和 EU 控制器 。,8086 微处理器内部结构,EU的特点：,(1) 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。专用数据寄存器 BP，SP，SI，DI都是 16 位寄存器，一般用来寻访地址信息。 (2) ALU 的核心是 16 位二进制加法器。其功能：一是进行算数/逻辑运算，二是按指令的寻址方式给出所需要操作对象的 16 位（偏移）地址，提供给 BIU，让 BIU 进行对外部内存储器或 I/O 空间的寻址，传输操作对象。 (3) 16 位状态标志寄存器（7 位未用）存放操作后的状态特征和设置的控制标志。 (4) 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。,2. 总线接口部件（BIU） 任务：负责CPU与存储器、IO接口之间的信息传送。 组成：它由段寄存器、指令指针寄存器、指令队列、地址加法器以及总线控制逻辑。 特点： (1)指令队列是由6个字节的寄存器组成（8088指令队列由4字节组成）。采用“先进先出”原则，暂时存放 BIU 从存储器中预取的指令。,(2) 地址加法器是用来产生 20 位存储器物理地址的。 物理地址（20位） = 段基址（16位）×16偏移地址（16位） (3) 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。总线控制逻辑的功能，就是以逻辑控制方法实现分时把这些信息与外部传输。,3. 8086CPU指令的流水线 BIU 和 EU 并行工作，8086 指令的流水线体现在下面几个方面： (1) 每当 BIU “空闲”且指令队列中有 2 个以上空字节（8088 是 1 个以上空字节），BIU 就会自动把所跟踪的指令从存储器预取到指令队列中。 (2) 每当 EU 准备执行一条指令时，它会按“先进先出”原则，从 BIU 的指令队列中取出指令，进行译码，然后去执行。,(3) 当指令队列已满，而且 EU 又无访问请求时，BIU 便进入空闲状态。 (4) 当执行转移指令、调用指令或返回指令时，BIU 接着按新的跟踪取指令装入指令队列。 综上所述，8086/8088 中指令的取指和执行是分别由 BIU 和 EU完成的，总线控制逻辑和指令执行逻辑之间既互相独立又互相配合。,4. 8086CPU的内部寄存器 (1)段寄存器和存储器分段 8086有 4 个 16 位段寄存器： 代码段寄存器 CS，数据段寄存器 DS， 堆栈段寄存器 SS 和附加数据寄存器 EX。 内存中存放三类信息： 代码，即指令操作码，指出CPU执行什么操作； 数据，即数值和字符等，程序加工对象； 堆栈，即临时保存的返回地址和中间结果。,所谓存储器分段技术就是把 1MB 空间分成若干逻辑段，每个逻辑段的容量64KB。段内地址是连续的，段与段之间是相互独立的。逻辑段可以在整个存储空间浮动，即段的排列可以连续、分开、部分重叠或全重叠，非常灵活。这里所谓的重叠是指存储单元可以分属于不同的逻辑段。,8086 要求各逻辑段首地址的最低 4 位是全 0（即首地址是 16 的整倍），段首地址的高 16 位称做段基址。段基址存放在段寄存器 DS，ES，SS 或 CS 中，并表明了相应逻辑段的性质。段内存储单元距离段首地址的偏移量（以字节数计算），叫做偏移地址（EA）。偏移地址可以存放在 IP，SP，BP，SI，DI，BX 中，或者是通过计算给出的一个 16 位偏移量。 ： 2000H：2000H 就是 22000H 物理地址的逻辑地址描述,存储器逻辑分段和物理地址形成,存储器寻址,物理地址 8086：20根地址线，可寻址220(1MB)个存储单元 CPU 送到 AB 上的 20 位的地址称为物理地址,物理地址,物理地址,. . 60000H 60001H 60002H 60003H 60004H . . .,12H,F0H,1BH,08H,存储器的操作完全基于物理地址。 问题： 8088的内部总线和内部寄存器均为16位，如何生成20位地址？ 解决：存储器分段,存储器分段,高地址,低地址,段基址,段基址,段基址,段基址,最大64KB,段i-1,段i,段i+1,逻辑地址,段基地址和段内偏移组成了逻辑地址 段地址 偏移地址(偏移量) 格式为：段地址:偏移地址 物理地址 = 段基地址×16 + 偏移地址,60002H,00H,12H,60000H,0 0 0 0,段基地址（16位）,段首地址,× × × ,× × ×,BIU中的地址加法器用来实现逻辑地址到物理地址的变换 8088 可同时访问4个段，4个段寄存器指示了每个段的基地址,段基址,段内偏移,物理地址,+,16位,20位,0000,例：,已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H， DS段有一操作数，其偏移地址=0204H， 1)画出各段在内存中的分布 2)指出各段首地址 3)该操作数的物理地址=？,解： 各段分布及段首址见右图 操作数的物理地址为： 250AH×10H+0204H = 252A4H,8086 的内部寄存器,含 14 个 16 位寄存器，按功能可分为三类 8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器,通用寄存器,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）,数据寄存器,8086含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个8位寄存器，即： AX AH，AL BX BH，BL CX CH，CL DX DH，DL 常用来存放参与运算的操作数或运算结果,数据寄存器特有的习惯用法,AX：累加器。多用于存放中间运算结果。所有 I/O指令必须都通过AX与接口传送信息； BX：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址； CX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令中存 放循环次数或重复次数； DX：数据寄存器。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。,地址指针寄存器,SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址； BP：基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单元的偏移地址。,BX与BP在应用上的区别,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通常用于寻址数据段；BP则通常用于寻址堆栈段。 BX一般与DS或ES搭配使用,变址寄存器,SI：源变址寄存器 DI：目标变址寄存器 变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。特别是在串操作指令中，用SI存放源操作数的偏移地址，而用DI存放目标操作数的偏移地址。,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 代码段用于存放指令代码 DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器 数据段和附加段用来存放操作数 SS：堆栈段寄存器 堆栈段用于存放返回地址，保存寄存器内容， 传递参数,控制寄存器,IP：指令指针寄存器，其内容为下一条 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 控制标志：控制某些特殊操作 6个状态标志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF) 3个控制标志位(IF，TF，DF),