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第2章 8086 微处理器及其系统结构ppt课件

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    • 1、第二章 8086微处理器及其系统结构,8086的功能结构 8086的寄存器组 8086微处理器引脚信号 8086微处理器典型时序分析,8086微处理器,微处理器是微机的硬件核心 主要包含指令执行的运算和控制部件,还有多种寄存器 对程序员来说,微处理器抽象为以名称存取的寄存器,8086内部结构有两个功能模块,完成一条指令的取指和执行功能 模块之一:总线接口单元BIU,主要负责读取指令和操作数 模块之二:执行单元EU ,主要负责指令译码和执行,指令执行,内部结构,8086的功能结构,EU与BIU并行但不同步工作,减少了取指令 所需的时间,提高了CPU的工作效率。,8086内部结构,8088的指令队列是4B,第二章 8086微处理器,8086的功能结构 8086的寄存器组 存储器组织与分段管理 堆栈和堆栈操作,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说,8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,8086的通用寄存器,8086的16位通用寄存器是: AXBXCXDX SIDIBPSP 其中前4个数据寄存器都还可以分成高8

      2、位和低8位两个独立的寄存器 8086的8位通用寄存器是: AHBHCHDH ALBLCLDL 对其中某8位的操作,并不影响另外对应8位的数据,数据寄存器,数据寄存器用来存放计算的结果和操作数,也可以存放地址 每个寄存器又有它们各自的专用目的 AX累加器,使用频度最高,用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等; BX基址寄存器,常用做存放存储器地址; CX计数器,作为循环和串操作等指令中的隐含计数器; DX数据寄存器,常用来存放双字长数据的高16位,或存放外设端口地址。,变址寄存器,变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址 SI是源变址寄存器 DI是目的变址寄存器,指针寄存器,指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 SP为堆栈指针寄存器,指示栈顶的偏移地址 SP不能再用于其他目的,具有专用目的 BP为基址指针寄存器,表示数据在堆栈段中的基地址 SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址,堆栈(Stack),堆栈是主存中一个特殊的区域 它采用先进后出FILO(First In Last Out)或后进先出LIFO(Last In First Out)的原则进行存取操作,而不是

      3、随机存取操作方式。 堆栈通常由处理器自动维持。在8086中,由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器SP共同指示,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说,8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,指令指针寄存器IP,指令指针寄存器IP,指示代码段中指令的偏移地址 它与代码段寄存器CS联用,确定下一条指令的物理地址 计算机通过CS : IP寄存器来控制指令序列的执行流程 IP寄存器是一个专用寄存器,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说,8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,标志寄存器,标志(Flag)用于反映指令执行结果或控制指令执行形式 8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器FR(标志寄存器的内容称为程序状态字PSW),程序设计需要利用标志的状态,标志的分类,状态标志用来记录程序运行结果的状态信息,许多指令的执行都将相应地设置它 CF ZF SF PF OF AF 控制标志可由程序根据需要用指令设置,用于控制处理器执行

      4、指令的方式 DF IF TF,进位标志CF(Carry Flag),当运算结果的最高有效位有进位(加法)或借位(减法)时,进位标志置1,即CF = 1;否则CF = 0。,3AH + 7CH0B6H,没有进位:CF = 0 0AAH + 7CH(1)26H,有进位:CF = 1,零标志ZF(Zero Flag),若运算结果为0,则ZF = 1; 否则ZF = 0,3AH + 7CH0B6H,结果不是零:ZF = 0 84H + 7CH(1)00H,结果是零:ZF = 1,注意:ZF为1表示的结果是0,符号标志SF(Sign Flag),运算结果最高位为1,则SF = 1;否则SF = 0,3AH + 7CH0B6H,最高位D71:SF = 1 84H + 7CH(1)00H,最高位D70:SF = 0,有符号数据用最高有效位表示数据的符号, 所以,最高有效位就是符号标志的状态。,奇偶标志PF(Parity Flag),当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时,PF = 1;否则PF = 0,3AH + 7CH0B6H10110110B 结果中有5个1,是奇数:PF = 0,PF标志

      5、仅反映最低8位中“1”的个数是偶或奇,即使是进行16位字操作,溢出标志OF(Overflow Flag),若算术运算的结果有溢出, 则OF1;否则 OF0,3AH + 7CH0B6H,产生溢出:OF = 1 0AAH + 7CH(1)26H,没有溢出:OF = 0,溢出标志OF(Overflow Flag),问题 什么是溢出? 溢出和进位有什么区别? 处理器怎么处理,程序员如何运用? 如何判断是否溢出?,什么是溢出,处理器内部以补码表示有符号数 8位表达的整数范围是:127128 16位表达的范围是:3276732768 如果运算结果超出这个范围,就产生了溢出 有溢出,说明有符号数的运算结果不正确,3AH7CH0B6H,就是58124182, 已经超出128127范围,产生溢出,故OF1; 另一方面,补码0B6H表达真值是-74, 显然运算结果也不正确,溢出和进位,溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志 进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围,运算结果仍然正确; 溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围,运算结果已经不正确。,请看例子,溢出和进位的对比,例1:3AH + 7C

      6、H0B6H 无符号数运算: 58124182 范围内,无进位 有符号数运算: 58124182 范围外,有溢出,例2:0AAH + 7CH(1)26H 无符号数运算:170124294 范围外,有进位 有符号数运算:8612428 范围内,无溢出,如何运用溢出和进位,处理器对两个操作数进行运算时,按照无符号数求得结果,并相应设置进位标志CF;同时,根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志OF。 应该利用哪个标志,则由程序员来决定。也就是说,如果将参加运算的操作数认为是无符号数,就应该关心进位;认为是有符号数,则要注意是否溢出。,溢出的判断,判断运算结果是否溢出有一个简单的规则: 只有当两个相同符号数相加(包括不同符号数相减),而运算结果的符号与原数据符号相反时,产生溢出;因为,此时的运算结果显然不正确 其他情况下,则不会产生溢出,3AH + 7CH0B6H,D3有进位:AF = 1,运算时D3位(低半字节)有进位或借位时,AF = 1;否则AF = 0。,这个标志主要由处理器内部使用,用于十进制算术运算调整指令中,用户一般不必关心,辅助进位标志AF (Auxiliary Carry Fl

      7、ag),方向标志DF(Direction Flag),用于串操作指令中,控制地址的变化方向: 设置DF0,存储器地址自动增加; 设置DF1,存储器地址自动减少。,CLD指令复位方向标志:DF0 STD指令置位方向标志:DF1,中断允许标志IF(Interrupt-enable Flag),用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应: 设置IF1,则允许中断; 设置IF0,则禁止中断。,CLI指令复位中断标志:IF0 STI指令置位中断标志:IF1,陷阱标志TF(Trap Flag),用于控制处理器进入单步操作方式: 设置TF0,处理器正常工作; 设置TF1,处理器单步执行指令。,单步执行指令处理器在每条指令执行结束时,便产生一个编号为1的内部中断 这种内部中断称为单步中断 所以TF也称为单步标志 利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试 这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说,8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,段寄存器,8086有4个16位段寄存器 CS(代码段)

      8、指明代码段的起始地址 SS(堆栈段)指明堆栈段的起始地址 DS(数据段)指明数据段的起始地址 ES(附加段)指明附加段的起始地址 每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地址,每种逻辑段均有各自的用途,代码段(Code Segment),代码段用来存放程序的指令序列 代码段寄存器CS存放代码段的段地址 指令指针寄存器IP指示下条指令的偏移地址 处理器利用CS:IP取得下一条要执行的指令,堆栈段(Stack Segment),堆栈段确定堆栈所在的主存区域 堆栈段寄存器SS存放堆栈段的段地址 堆栈指针寄存器SP指示堆栈栈顶的偏移地址 处理器利用SS:SP操作堆栈栈顶的数据,数据段(Data Segment),数据段存放运行程序所用的数据 数据段寄存器DS存放数据段的段地址 各种主存寻址方式(有效地址EA)得到存储器中操作数的偏移地址 处理器利用DS:EA存取数据段中的数据,附加段(Extra Segment),附加段是附加的数据段,也用于数据的保存: 附加段寄存器ES存放附加段的段地址 各种主存寻址方式(有效地址EA)得到存储器中操作数的偏移地址 处理器利用ES:EA存取附加段中的数据 串操作

      9、指令将附加段作为其目的操作数的存放区域,第二章 8086微处理器及其系统结构,8086的功能结构 8086的寄存器组 8086微处理器引脚信号 8086微处理器典型时序分析,学习外部特性,首先了解其引脚信号,关注以下几个方面: 引脚的功能 信号的流向 有效电平 三态能力,输出正常的低电平、高电平外,还可以输出高阻的第三态,8086CPU引脚功能,8086与8088CPU引脚区别: 8086有16位数据线,与地址线A0-A15兼用;20位地址线,寻址空间达到1MB;8088有8位数据线,与地址线A0-A7兼用; 8086与8088CPU引脚28信号相反(M/IO, M/IO) 引脚34信号, 8086与8088CPU功能稍有不同。 引脚分类 地址总线、数据总线、控制总线,非屏蔽中断,可屏蔽中断请求,最小最大模式控制 MN/MX=1,最小模式 MN/MX=0,最大模式,读信号,总线保持请求信号,总线保持相应信号,写信号,存储器/IO控制信号 M/IO=1,选中存储器 M/IO=0,选中IO接口,数据发送/接收信号 DT/R=1,发送 DT/R=0,接收,数据允许信号,地址允许信号,中断响应信号,测试信号:执行WAIT指令, CPU处于空转等待; TEST有效时,结束等待状态。,准备好信号:表示内存 或I/O设备准备好, 可以进行数据传输。,复位信号,8086CPU引脚功能,8086CPU的两种模式 最小模式 MN/MX接+5V 构成小规模的应用系统,只有8086一个微处理器, 所有的总线控制信号均为8086产生,系统中的总线控制逻辑电路,减少到最少。 最大模式 MN/MX接地。 用于大型(中型)8086/8088系统中,系统总是包含有两个或多个微处理器,其中一个主处理器就是8086或8088,其它的处理器称协处理器,协助主处理器工作。 需要总线控制器来变换和组合控制信号。,协处理器: 数值运算协处理器8087:由硬件实现高精度整数浮点段运算。 输入输出协处理器8089:相当两个DMA通道的处理器。 增加协处理器,不再占用8086时间,大大提高系统的运算速度效率。,8086在最小模式下的典型配置,1、MN/MX接+5V 2、一片8284A,作为时钟发生器 3、三片8282或74LS273,作地址锁存器 4、二片8286/8287,作总线收发器,常见锁存器828

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