1、第2章,16位微處理器,計(jì)算機(jī)的硬件組成,計(jì)算機(jī)的組成部分 運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算的部件； 存儲(chǔ)器記憶原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算程序及運(yùn)算結(jié)果的部件； 控制器發(fā)出各種控制信息，以便使計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作的部件； 輸入、輸出設(shè)備將原始數(shù)據(jù)及運(yùn)算程序輸入計(jì)算機(jī)，并將結(jié)果及其它信息輸出的部件。,計(jì)算機(jī)的硬件組成CPU,ALU(Arithmetic and Logic Unit)：主要完成對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和各種移位操作 。,PC(Program Counter)：取指令的地址，存放下面要執(zhí)行的指令的地址， 取指令后自動(dòng)加1。,用來(lái)保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的中間結(jié)果。,根據(jù)二進(jìn)制的機(jī)器指令產(chǎn)生完成指令功能

2、的微操作。,根據(jù)譯碼器產(chǎn)生的微操作，產(chǎn)生控制各個(gè)部件的信號(hào)，控制各個(gè)部件完成指令的功能。,產(chǎn)生時(shí)基信號(hào)為各功能部件提供定時(shí)基準(zhǔn)。,存儲(chǔ)器分段管理機(jī)制,8086/8088的內(nèi)部寄存器只有16位，為達(dá)到尋址1MB存儲(chǔ)空間的目的，采用分段方法 分段方法：將1MB的物理存儲(chǔ)空間分成若干個(gè)邏輯段，每個(gè)邏輯段的最大長(zhǎng)度為64KB 采用存儲(chǔ)器分段管理后，用戶(hù)編程使用邏輯地址，由段地址和段內(nèi)偏移地址兩部分組成，兩者都是16位，段基址由段寄存器指示。 物理地址=段寄存器*16+偏移地址 CPU訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，地址總線(xiàn)AB上送出的是物理地址（20位地址碼）。 邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址是由BIU中的地址加法器完成的。,

3、2.1 8086/8088內(nèi)部寄存器,8086寄存器組又稱(chēng)為8086的程序設(shè)計(jì)模型 它是程序設(shè)計(jì)中惟一可見(jiàn)的CPU部件 它是系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)員的操作對(duì)象 含14個(gè)16位寄存器，按功能可分為三類(lèi)： 通用寄存器，8個(gè) 段寄存器，4個(gè) 控制寄存器，2個(gè),8086/8088 寄存器,SP,IP,FLAGS,AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL,AX BX CX DX,BP,SI,DI,CS,DS,ES,SS,通用寄存器,控制寄存器,段寄存器,1、通用寄存器,數(shù)據(jù)寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指針寄存器（SP，BP） 變址寄存器（SI，DI）,地址指針寄存器,SP：堆棧指針寄存器 其內(nèi)容為

4、堆棧棧頂?shù)钠频刂罚?任何堆棧操作后，SP都會(huì)自動(dòng)增/減量。 BP：基址指針寄存器 在間接尋址中用于存放操作數(shù)的基地址； 常用于訪(fǎng)問(wèn)存放在堆棧中的數(shù)據(jù)。,變址寄存器,SI：源變址寄存器，用于訪(fǎng)問(wèn)源操作數(shù) DI：目標(biāo)變址寄存器，用于訪(fǎng)問(wèn)目的操作數(shù) 常用于操作數(shù)的間接尋址或變址尋址。 在串操作指令中，SI存放源操作數(shù)的偏移地址，而DI存放目標(biāo)操作數(shù)的偏移地址。,二、段寄存器,用于存放邏輯段的段基地址（簡(jiǎn)稱(chēng)段地址） CS：代碼段寄存器。代碼段存放指令代碼 DS：數(shù)據(jù)段寄存器 ES：附加段寄存器 SS：堆棧段寄存器：指示堆棧區(qū)域的位置,這兩個(gè)段存放操作數(shù),堆棧段,SS,數(shù)據(jù)段,DS/ES,代碼段,CS

5、,三、控制寄存器,IP：指令指針寄存器 其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行的指令的偏移地址。 FLAGS：標(biāo)志寄存器 存放指令執(zhí)行結(jié)果的特征： 有些指令（如算術(shù)指令）要改變FLAGS的內(nèi)容(影響FLAGS)； 有些指令對(duì)FLAGS無(wú)影響。 6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位（CF，SF，AF，PF，OF，ZF） 3個(gè)控制標(biāo)志位（IF，TF，DF）,2.2 8086CPU的功能結(jié)構(gòu),8086內(nèi)部由兩部分組成： 執(zhí)行單元（EU） 總線(xiàn)接口單元（BIU）,8086內(nèi)部由兩部分組成： 執(zhí)行單元（EU）+總線(xiàn)接口單元（BIU）,總線(xiàn)接口部件,功能： 從內(nèi)存中取指令到指令預(yù)取隊(duì)列IPQ； 負(fù)責(zé)與內(nèi)存或I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送； 在執(zhí)行轉(zhuǎn)移

6、指令時(shí)，BIU將清除IPQ，然后從轉(zhuǎn)移的目的地址處開(kāi)始取指令并重新填充IPQ。,執(zhí)行部件,功能：執(zhí)行指令，具體操作如下 從IPQ中取指令代碼 譯碼 完成指定的操作 結(jié)果保存到目的操作數(shù) 運(yùn)算特征保存在標(biāo)志寄存器FLAGS（僅對(duì)影響標(biāo)志的指令）,8086操作方式比較,取指令,指令譯碼,取操作數(shù),執(zhí)行指令,存放結(jié)果,CPU執(zhí)行一條指令的過(guò)程類(lèi)似于工廠生產(chǎn)流水線(xiàn)，被分 解為多個(gè)小的步驟，稱(chēng)為指令流水線(xiàn)。,原料,調(diào)度分配,生產(chǎn)線(xiàn),成品,倉(cāng)庫(kù),出廠,數(shù)據(jù)和程序指令,控制器的調(diào)度分配,ALU等 功能部件,處理后的數(shù)據(jù),存儲(chǔ)器,輸出,CPU的工作過(guò)程舉例,作為一個(gè)例子，說(shuō)明Intel x86 CPU指令 A

7、DD AX, 3000H 的執(zhí)行過(guò)程。指令的機(jī)器指令(03060030H)存放在存儲(chǔ)器的指定單元，執(zhí)行該指令前，CPU的程序計(jì)數(shù)器PC存放著該存儲(chǔ)器單元的地址。 機(jī)器指令中0306為操作碼及其尋址方式定義，0030為源操作數(shù)地址。 (AX)+(3000H)(AX),CPU的工作過(guò)程舉例,步驟1取指令,地址存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器機(jī)器指令,存儲(chǔ)器讀命令存儲(chǔ)器,更新PC的值，指向下一條指令,CPU的工作過(guò)程舉例,步驟2指令譯碼,(AX)累加器,CPU的工作過(guò)程舉例,步驟3取數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)暫存器,數(shù)據(jù)地址存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器讀命令存儲(chǔ)器,CPU的工作過(guò)程舉例,步驟4執(zhí)行 ADD,標(biāo)志,和,CPU的工作過(guò)程舉例,步驟5存

8、數(shù)據(jù),和寄存器,2.3 8086操作模式及引腳信號(hào),一 .8086兩種工作模式：最小模式和最大模式 最小模式不支持8087。存儲(chǔ)器和I/O控制信號(hào)全部由CPU產(chǎn)生。 最大模式支持8087。 CPU的部分信號(hào)線(xiàn)被用作8087的控制，因此需要由8288總線(xiàn)控制器來(lái)產(chǎn)生這些控制信號(hào)。,最小模式下的連接示意圖,8086 CPU, ,控制總線(xiàn),數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),地址 鎖存器,數(shù)據(jù)總線(xiàn) 緩沖器,ALE,時(shí)鐘發(fā) 生 器,8284A,地址/數(shù)據(jù),8286,8282,Vcc,DEN,DT/R,最大模式下的連接示意圖,8088 CPU,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),地址 鎖存器,數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器,時(shí)鐘發(fā) 生 器,總 線(xiàn) 控

9、制器,控制總線(xiàn),8284A,8288,ALE,CLK,8282,8286,GND,二種工作模式下共用引腳 （1）AD15AD0：分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)引腳，具有雙向、三態(tài)功能。在總線(xiàn)周期的第一個(gè)時(shí)鐘周期T1用來(lái)輸出要訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)單元或I/O端口的低16位地址A15A0。 （2）A19/S6A16/S3：分時(shí)復(fù)用的地址/狀態(tài)線(xiàn)，輸出、三態(tài)。在總線(xiàn)周期的第一個(gè)時(shí)鐘周期T1用來(lái)輸出被訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器的20位物理地址的最高4位（A19A16）。在其它時(shí)鐘周期，則用來(lái)輸出狀態(tài)信息。（引腳圖見(jiàn)下頁(yè)）,二、8086CPU的引線(xiàn)及功能,引腳定義方法大致分為： 每個(gè)引腳只傳送一種信息（如RD） 電平的高低代表不同的含義（

10、如M/IO） 在不同模式下有不同的名稱(chēng)和定義（如WR/LOCK） 分時(shí)復(fù)用引腳（如AD15AD0） 引腳的輸入、輸出分別傳送不同的信息（如RQ/GT0）,最小模式下的主要引線(xiàn),MN/MX 工作模式控制 =0（接地）：工作于最大模式； =1（接Vcc）：工作于最小模式。,最小模式下的主要引線(xiàn),地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)： AD15AD0：三態(tài) 地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳。ALE=1時(shí)作為地址線(xiàn)A16A0，ALE=0時(shí)作為數(shù)據(jù)線(xiàn)D16D0。 傳送地址時(shí)為輸出，傳送數(shù)據(jù)時(shí)為雙向。 A19-A16/S6-S3：輸出，三態(tài) 地址/狀態(tài)復(fù)用引腳。ALE=1時(shí)作為地址線(xiàn)A19A16，ALE=0時(shí)作為控制信號(hào)。,最小模式下的

11、主要引線(xiàn),控制信號(hào)： WR：輸出，三態(tài) 寫(xiě)選通信號(hào)，表示CPU正在寫(xiě)數(shù)據(jù)到MEM或I/O設(shè)備。 RD：輸出，三態(tài) 讀信號(hào)，表示CPU正在從總線(xiàn)上讀來(lái)自于MEM或I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)。 M/IO：輸出，三態(tài) 區(qū)分是讀寫(xiě)存儲(chǔ)器還是讀寫(xiě)I/O端口（即地址總線(xiàn)上的地址是存儲(chǔ)器地址還是I/O端口地址）。,最小模式下的主要引線(xiàn),DEN：輸出，三態(tài) 數(shù)據(jù)總線(xiàn)允許信號(hào)。用來(lái)打開(kāi)外部數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器。 DT/R：輸出，三態(tài) 表明CPU正在傳送還是接收數(shù)據(jù)，用作外部數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器的方向控制； ALE：輸出 地址鎖存允許信號(hào)，表示地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?hào)。,最小模式下的主要引線(xiàn),RESET：輸入 復(fù)位信號(hào)，保持4

12、個(gè)以上時(shí)鐘周期的高電平時(shí)將引起CPU進(jìn)入復(fù)位過(guò)程（IF清0，并從存儲(chǔ)單元FFFF0H開(kāi)始執(zhí)行指令）； BHE/S7：輸出 高8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)允許。在讀/寫(xiě)操作期間允許高8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)D16D8有效（即讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)的高8位）。 READY：輸入 準(zhǔn)備就緒。用于與存儲(chǔ)器或I/O接口的同步。 =0時(shí)CPU進(jìn)入等待狀態(tài)（插入1個(gè)或多個(gè)等待周期）。,中斷請(qǐng)求和響應(yīng)信號(hào),INTR：輸入 可屏蔽中斷請(qǐng)求輸入端，CPU要檢查IF狀態(tài) NMI：輸入 非屏蔽中斷請(qǐng)求輸入端， CPU不檢查IF狀態(tài) INTA：輸出 中斷響應(yīng)信號(hào)，表示CPU已進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。 此信號(hào)常用來(lái)選通中斷向量號(hào)。,2.4 8086/8088存儲(chǔ)器組

13、織,8086可訪(fǎng)問(wèn)1MB的存儲(chǔ)空間（為什么？） 哪個(gè)寄存器能夠放得下20位的地址？ 用分段的方法解決。 段是存儲(chǔ)器中的一塊區(qū)域 段起始于存儲(chǔ)器內(nèi)16字節(jié)整倍數(shù)的邊界處。 段首地址的最低4位一定為0 用段和偏移的組合訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)單元 每個(gè)段最大為64KB，最小為16B（為什么？） 所有存儲(chǔ)單元的地址都由段地址加偏移地址組成 段地址被裝入段寄存器中以供尋址使用 偏移地址用于在64KB存儲(chǔ)器段內(nèi)選擇任一單元,段和偏移,設(shè)段起始地址=60000H 段地址 偏移地址 0FFFFH,6A000H,12H,60000H,6 0 0 0,段寄存器,偏移地址A000H, ,物理地址和邏輯地址,物理地址: 存儲(chǔ)單元的

14、硬件地址 物理地址=段地址16 (或段地址左移4位)+偏移地址 邏輯地址: 段和偏移形式的地址 邏輯地址用于匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 以下地址都是邏輯地址的例子： 2500H:0100H 段地址A000H 偏移地址0001H,例1,已知CS=1055H，DS=250AH ES=2EF0H，SS=8FF0H 數(shù)據(jù)段中某操作數(shù)偏移地址=0204H 各段首地址=? 畫(huà)出各段在內(nèi)存中的分布 該操作數(shù)的物理地址=? 這個(gè)例子說(shuō)明： 段與段可以不連續(xù) 段之間可以重疊,10550H,250A0H,2EF00H,8FF00H,DS段,ES段,SS段,CS段,默認(rèn)段和偏移寄存器,8086規(guī)定了訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器段的規(guī)則： 此規(guī)則定義了