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单片微机原理及应用 教学课件 ppt 作者 丁元杰 主编_ 备课提纲第七章

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    • 1、2019/5/26,1,第七章 8086CPU与PC,2019/5/26,2,上世纪七十年代末,IBM公司 推出世界上第一台个人计算机 IBM PC 采用Intel公司的8086 CPU芯片 采用微软公司的DOS操作系统,2019/5/26,3,当前微型计算机市场上,大多数微型计算机的微处理器都是Intel 8086的家族成员,有8086、80186、80286、80386、80486、Pentium (80586)、 Pentium 2、 Pentium 3、 Pentium 4,可把8086微处理器看成基础,以后所推出的都有改进,但保持与8086兼容,即都具有8086的基本逻辑结构。 以8086微处理器组成的微机系统已少见了,但从学习角度出发,仍可作为基本例机学习。,2019/5/26,4,第一节 8086 CPU,2019/5/26,5,一. 结构框图 8086微处理器是Intel 公司于1978年推出的一种高性能微处理器。集成了29000个晶体管,采用标准的40条引脚的双列直插封装,数据线16位,地址线20位,7种基本寻址方式,99条基本指令。时钟频率有三种:5MHZ(8086

      2、)、5MHZ(8086-1)和10MHZ(8086-2)。可处理内部软件中断和外部硬件中断,支持单处理器、多处理器系统工作。 为了提高程序的执行速度,充分使用总线, 8086微处理器被设计为两个独立的功能部件: 执行部件和总线接口部件。,2019/5/26,6,图7-1 8086CPU的结构框图,2019/5/26,7,总线接口部件BIU (Bus Interface Unit),BIU是8086CPU与存储器和I/O设备之间的接口部件,它提供了16位双向数据总线、20位地址总线和若干条控制总线。 BIU由段寄存器、指令指针寄存器IP、20位地址加法器、指令队列缓冲器和总线控制电路等组成。 具体任务:BIU从内存储器的指定区域中取出指令送到指令队列中去排队;从相应的内存区域或I/O端口中取出操作数,传送给EU。如果指令执行的结果需要存入内存储器,也是由BIU写入相应的内存区域。,2019/5/26,8,(1)地址加法器和段地址 16位的段地址左移4位,与16位的偏移地址相加,生 成20位的物理地址。,2019/5/26,9,(2) 指令指针寄存器IP (Instruction Poin

      3、ter) 用来控制CPU的指令执行顺序,和CS一起可以确定当 前所要取的指令在存储器中的物理地址。顺序执行程序 时,CPU取一个指令字节,IP自动加1,指向下一条要读 取的字节。当IP单独改变时,发生段内转移;当CS和IP 同时改变时,发生段间的程序转移。 (3) 指令队列缓冲器(先进先出的栈) 操作原则: 每当指令队列缓冲器中存满1条指令后,EU就 立刻开始执行。 指令队列缓冲器只要空出2个指令字节时,BIU 便自动执行取指操作,直到填满为止。,2019/5/26,10, 每当EU执行一条转移、调用或返回指令后,需 清除指令队列缓冲器,并要求BIU从新的地址 开始取指令。新取的第一条指令将直接经指令 队列缓冲器送到EU去执行,随后取来的指令将 填入指令队列缓冲器 (4)总线控制电路 概括:BIU的作用是负责取指令和存取操作数。,2019/5/26,11,执行部件EU Execution Unit,EU与外部系统没有直接相连。 EU由ALU、通用寄存器、数据暂存寄存器、标志寄存器和EU控制电路等组成。 具体任务:从BIU的指令队列缓冲器中获得指令操作码,通过译码电路分析,发出相应的控制

      4、命令,控制ALU数据总线中数据的流向。操作数经过暂存器送入ALU,运算结果经过ALU数据总线送到相应的寄存器。标志寄存器根据运算结果改变状态然后执行该指令,完成指令所规定的操作(主要完成算术逻辑运算及计算指令要求寻址的所在单元地址的16位偏移地址,并送至BIU)EU还对通用寄存器、标志寄存器和指令操作数进行管理。,2019/5/26,12,(1)算术逻辑运算单元ALU:16位的运算器 (2)标志寄存器:16位的寄存器 (3)数据暂存寄存器 (4)通用寄存器组 (5)EU控制电路 概括:EU的作用是负责分析指令和执行指令。,2019/5/26,13,优 点,由于EU和BIU两部件互相独立,故 取指令和执行指令可同时进行。EU执 行的是BIU在前一时刻取出的指令,同 时BIU取出EU下一时刻要执行的指令。 所以提高了利用率和执行速度。,2019/5/26,14,2019/5/26,15,二. 寄存器结构 1. 通用寄存器 AX 累加器 (Accumulator) BX 基址寄存器 (Base Register) CX 计数寄存器 (Counter Register) DX 数据寄存器 (D

      5、ata Register) SP 堆栈指针寄存器 (Stack Pointer Register) BP 基址指针寄存器 (Base Pointer Register) SI 源变址寄存器 (Source Index Register) DI 目的变址寄存器 (Destination Index Register),2019/5/26,16,AX、BX、CX、DX均为16位,既能用来寄存操作数,也可用于寄存中间运算的结果,可分为2个独立的8位寄存器。 16位寄存器主要用于存放数据,也可用来存放地址。 8位寄存器只能用于存放数据。 有了寄存器,可避免经常访问存储器,为编程提供方便,提高了CPU运算速度。 这些寄存器具有良好的通用性,使用灵活,称为通用寄存器。实际上它们的结构是一样的,分工不同,有些有专有用法。 AX常用作累加器,BX用作基址寄存器, CX用作计数寄存器,DX用作数据寄存器。,2019/5/26,17,2. 地址寄存器:16位,用于存放地址的偏移量。 堆栈指针寄存器SP:出入堆栈(PUSH和POP)用SP给 出栈顶的偏移地址。 基址指针寄存器BP:存放位于堆栈段中的一个数据

      6、区 的基地址的偏移地址。 源变址寄存器SI:在字符串操作指令中,源操作数的 偏移地址存放于SI中。 目的变址寄存器DI:在字符串操作指令中,目的操作 数的偏移地址存放于DI中。,2019/5/26,18,3. 段寄存器 8086/8088存储器都是以字节(8位)为单位组织的,每个单元具有20条地址线,存储器总共应有220(1M)字节。必须要有20条地址线才能区分1M内存。每个单元对应一个唯一的地址(00000H-FFFFFH)。 220=1048576。 十六进制地址 二进制地址 存储器 00000H 0000 0000 0000 0000 0000B xxxxxxxx 00001H 0000 0000 0000 0000 0001B xxxxxxxx 00002H 0000 0000 0000 0000 0010B xxxxxxxx 00003H 0000 0000 0000 0000 0011B xxxxxxxx . . FFFFFH 1111 1111 1111 1111 1111B xxxxxxxx,2019/5/26,19,CPU内部的寄存器BX、IP、SP、BP、SI、DI

      7、及算逻单元ALU提供地址,但它们都是16位的,只能提供16位地址,如何扩大为20位地址呢? 方法:地址分段。 把1M字节的存储器空间分成若干个段,每个段最多有64K个单元,段内的地址是连续的。各段的起始地址必须是能被16整除的地址,即段的起始地址的低4位二进制码必须是0。一个段的起始地址的高16位称为该段的段地址。1M字节的存储器空间最多可有64K个段地址。任意相邻的两个段地址相距16个单元。段内一个单元的地址可用相对于段地址的偏移量来表示,如:0000H:1234H, 这个偏移量1234H称为段内偏移地址,又叫有效地址(EA)。,2019/5/26,20,CS (Code Segment) 代码段寄存器,存放当前 程序代码段的段地址(段基址),控制程序 区。 DS (Data Segment) 数据段寄存器,存放当前 数据段的段地址,控制数据区。 SS (Stack Segment) 堆栈段寄存器,存放当前 堆栈段的段地址,控制堆栈区。 ES (Extra Segment) 附加段寄存器,存放当前 附加段的段地址,控制数据区。,2019/5/26,21,信息的分段存储 程序区:用来存

      8、放程序的指令代码。 数据区:用来存放原始数据、中间结果、 最后运算结果等。 堆栈区:用来存放压入堆栈的数据和状态 信息。,2019/5/26,22,三. 标志寄存器和指令指针 指令指针IP(类似于8位CPU中中的PC) 标志寄存器FLAGS 用来存放8086CPU在工作过程中 的状态,它是一个16位寄存器。用九位,表示九个特 征, 其中六位反映前一次ALU操作结果的状态标志,三位是 控制CPU操作特征的控制标志。,2019/5/26,23,CF(Carry Flag) 进位标志位,加法时最高位(对字节操作时是D7位,对字操作时是D15位)产生进位,减法时最高位产生借位,则CF=1; 否则CF=0。,2019/5/26,24,PF(Parity Flag) 奇偶标志位,如果操作结果的低8位中含有偶数个1,则PF=1;否则,PF=0。,2019/5/26,25,AF(Auxiliary Carry Flag) 辅助进位标志,加法时D3位有进位,或减法时D3位有借位,则AF=1; 否则AF=0。这个标志位用于实现BCD码算术运算结果的调整。,2019/5/26,26,ZF(Zero Flag

      9、) 零标志,如果运算结果各位都为零,则ZF=1; 否则,ZF=0。,2019/5/26,27,SF(Sign Flag) 符号标志,SF总是和结果的最高位(字节操作时是D7位,字操作时是D15位)相同。因为在补码运算时最高位是符号位,所以运算结果为负时,SF=1;否则SF=0。,2019/5/26,28,OF(Overflow Flag) 溢出标志,加法:次高位有进位,最高位无进位; 或次高位无进位,最高位有进位;则发生溢出,OF=1。否则无溢出,OF=0。 减法:次高位有借位,最高位无借位; 或次高位无借位,最高位有借位;则发生溢出,OF=1。否则无溢出,OF=0。,2019/5/26,29,例如,假定前一条指令执行加法: 0010 0011 0100 0101 +) 0101 0010 0001 1001 0111 0101 0101 1110 SF=0 与结果的最高位相同 ZF=0 运算结果不为0 PF=0 结果的低八位中有奇数个1 AF=0 D3向D4无进位 CF=0 最高位无进位 OF=0 无溢出(最高位无进位,次高位无进 位),2019/5/26,30,例如,假定前一条指令执行加法: 0101 0100 0011 1001 +) 0100 0111 0110 1010 1001 1011 1010 0011 SF=1 与结果的最高位相同 ZF=0 运算结果不为0 PF=1 结果的低八位中有偶数个1 AF=1 D3向D4有进位 CF=0 最高位无进位 OF=1 溢出(最高位无进位,次高位有进 位),2019/5/26,31,例如,假定前一条指令执行减法: 0101 0100 0011 1010 -) 1111 1110 0000 0000 0101 0110 0011 1010 SF=0 与结果的最高位相同 ZF=0 运算结果不为0 PF=1 结果的低八位中有偶数个1 AF=0 D3向D4无借位 CF=1 最高位有借位 OF=0 无溢出(最高位有借位,次高位有借 位),2019/5/26,32,

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