1、1、第二章80 x86系列結(jié)構(gòu)微處理器和8086，本章主要包括內(nèi)容8086微處理器的基本性能指標(biāo)、配置及其寄存器結(jié)構(gòu)8086微處理器的存儲(chǔ)器組織80286、8086、80486等高級(jí)微處理器(可選) 教育要點(diǎn)： 8086微處理器的結(jié)構(gòu)及其寄存器結(jié)構(gòu)8086微處理器的存儲(chǔ)器組織、2 2.2 8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、微機(jī)由部分具有不同功能的部件組成，包含運(yùn)算器和控制器電路的大規(guī)模集成電路為“微處理器” 被稱為“中央處理器(CPU )”的功能執(zhí)行運(yùn)算/邏輯運(yùn)算，以控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以自動(dòng)協(xié)調(diào)并完成各種操作。 2.2.1基本性能指標(biāo)使用16位微處理器高速運(yùn)算性能的HMOS工藝制造，芯片使用單個(gè)5

2、V電源，該電源集成了2.9萬(wàn)個(gè)晶體管，40條引線成為雙串聯(lián)封裝。時(shí)鐘頻率為5MHz10MHz， 基本指令的執(zhí)行時(shí)間是.3ms0.6ms 16條數(shù)據(jù)線和20條地址線，可尋址的地址空間高達(dá)1MB 8086，與浮點(diǎn)運(yùn)算器、I/O處理器或其他處理器配置多處理器系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量能力和數(shù)據(jù)處理能力3，3，2.2.2 8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖2-1 8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，致動(dòng)器EU致動(dòng)器有16位算術(shù)邏輯單元(ALU )，8位通用寄存器，16位狀態(tài)標(biāo)志寄存器，數(shù)據(jù)暫時(shí)在總線接口部件BIU內(nèi)部，包括代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器SS和附加段寄存器ES、16位指令指針寄存器

3、IP、6字節(jié)指令隊(duì)列緩沖器、20位地址相加執(zhí)行單元EU功能：從BIU的指令隊(duì)列中取出指令代碼，用指令解碼器解碼，執(zhí)行指令規(guī)定的所有功能。 執(zhí)行指令的結(jié)果和執(zhí)行指令所需的數(shù)據(jù)，EU向BIU發(fā)出指令，對(duì)內(nèi)存和I/O接口進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。 總線接口單元BIU功能：根據(jù)執(zhí)行單元EU的請(qǐng)求，負(fù)責(zé)CPU與內(nèi)存或I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 4，48086 CPU的指令流水線操作模式，(每當(dāng)8086的指令隊(duì)列中有兩個(gè)空字節(jié)或8088的指令隊(duì)列中有一個(gè)空字節(jié)時(shí)，BIU就自動(dòng)將指令引入指令隊(duì)列中。 其取法是指令出現(xiàn)在程序中前后的順序。 (2)EU每次要執(zhí)行命令時(shí)，從BIU部件的命令列的開(kāi)頭取出命令的代碼，以幾個(gè)時(shí)鐘

4、執(zhí)行命令。 如果在命令執(zhí)行期間必須訪問(wèn)存儲(chǔ)器或IO端口，則EU向BIU請(qǐng)求并進(jìn)入總線循環(huán)，并且當(dāng)BIU完成訪問(wèn)存儲(chǔ)器或IO端口的操作時(shí)，如果BIU正處于空閑狀態(tài)，則立即響應(yīng)EU的總線請(qǐng)求。 (3)指令隊(duì)列滿，EU沒(méi)有總線訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，BIU處于空閑狀態(tài)。 (4)因?yàn)閳?zhí)行的指令的順序發(fā)生了改變，所以在指令隊(duì)列中加載的字節(jié)被自動(dòng)刪除，并且BIU加載在指令隊(duì)列中分支的其他段的指令代碼。 5、常規(guī)微處理器的指令執(zhí)行過(guò)程、8086CPU的指令執(zhí)行過(guò)程-流水線工作模式、兩種CPU指令執(zhí)行模式的比較、6、6、6,2.2.3 8086CPU的寄存器結(jié)構(gòu)、8086CPU中可編程使用的16位寄存器如圖所示。 另外，

5、根據(jù)8086CPU內(nèi)部的寄存器結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)寄存器由4個(gè)16位的寄存器AX、BX、CX、DX構(gòu)成，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)存儲(chǔ)16位的數(shù)據(jù)，所以也被稱為數(shù)據(jù)寄存器。 另外，中的每一個(gè)都能根據(jù)需要將高位8比特和低位8比特分成獨(dú)立的兩個(gè)8比特寄存器、AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL的兩對(duì)來(lái)使用，它們能夠獨(dú)立地尋址和獨(dú)立地使用。地址方式：指令中的操作數(shù)的段表示操作數(shù)存儲(chǔ)在哪里。一般來(lái)說(shuō)，1 .操作數(shù)可以緊隨指令操作碼之后，2 .操作數(shù)可以稱為即時(shí)數(shù)，也可以存儲(chǔ)在CPU內(nèi)部的寄存器中，也稱為寄存器操作數(shù)。 3 .大部分操作數(shù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，稱為內(nèi)存操作數(shù)。 指令指定操作數(shù)的位置，即地址信息，執(zhí)行時(shí)需要從該

6、地址信息中找到所需的操作數(shù)。 尋找這種操作數(shù)的過(guò)程稱為地址方式，尋找操作數(shù)的方法稱為地址方式。 SP :堆棧指針寄存器，其內(nèi)容是堆棧頂部的偏移地址BP :基本地址寄存器，在訪問(wèn)存儲(chǔ)器(棧段)時(shí)經(jīng)常用于存儲(chǔ)存儲(chǔ)器單元的偏移地址。 索引寄存器經(jīng)常被用于指令中的內(nèi)存操作數(shù)的尋址。 特別地，在串行操作命令中，用SI保存源操作數(shù)的偏移地址，用DI保存目的地操作數(shù)的偏移地址。 偏移地址：偏移地址是相對(duì)于某個(gè)存儲(chǔ)單元所在段的開(kāi)始位置的偏移字節(jié)數(shù)，或僅僅是偏移量。 這是16位地址，根據(jù)指令，還可以來(lái)自CPU的不同的16位寄存器(SP、BP、SI、DI、BX等)。 7、第二控制寄存器和8086CPU的控制寄存器

7、包括命令指針寄存器IP和標(biāo)記寄存器f。 如圖所示。 在8086CPU內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)、指令指針寄存器IP:16位的寄存器中，保存EU執(zhí)行的下一指令的偏移地址，控制程序中的指令的執(zhí)行順序，實(shí)現(xiàn)代碼段指令的跟蹤。標(biāo)志寄存器f:16位的寄存器，共計(jì)9個(gè)標(biāo)志，其中6個(gè)用作狀態(tài)標(biāo)志，3個(gè)用作控制標(biāo)志。8、標(biāo)志寄存器f:16位的寄存器，共計(jì)9個(gè)標(biāo)志，其中6個(gè)被用作狀態(tài)標(biāo)志，3個(gè)被用作控制標(biāo)志。 (1)狀態(tài)標(biāo)志：狀態(tài)標(biāo)志反映了EU進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算后的結(jié)果的特征。 CF :進(jìn)位標(biāo)志PF :奇偶校驗(yàn)標(biāo)志AF :輔助進(jìn)位標(biāo)志ZF :零標(biāo)志SF :符號(hào)標(biāo)志OF :溢出標(biāo)志，9，CF進(jìn)位標(biāo)志比特，加法時(shí)最高位比特

8、被進(jìn)位或減法時(shí)最高位比特被進(jìn)位，其位置當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低8比特中1的數(shù)目是偶數(shù)時(shí)，PF奇偶校驗(yàn)標(biāo)志比特為1，反之亦然。 如果AF進(jìn)位標(biāo)志位、字節(jié)相加，低位4位有高位4位的進(jìn)位，或者如果減法，低位4位有高位4位的進(jìn)位，則此標(biāo)志位為1。 (例如110110001010=110000110中，AF1，CF1) ZF零標(biāo)志比特，在運(yùn)算結(jié)果為0的情況下，該標(biāo)志位置為1，否則為0。 SF符號(hào)的標(biāo)志位在運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，其標(biāo)志位置為1，否則清除0。 也就是說(shuō)，與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同。、10、OF上溢標(biāo)志比特、OF上溢的判定方法為：加法運(yùn)算：如果兩個(gè)相加的最高位比特為0，和的最高位比特為1，則在發(fā)生上溢的兩個(gè)

9、相加的最高位比特為1，和的最高位比特為0的情況下，發(fā)生下溢減法：若被減數(shù)最高位是0，減數(shù)的最高位是1，差的最高位是1，減數(shù)的最高位是0，差的最高位是0，則下溢產(chǎn)生的被減數(shù)和減數(shù)的最高位相同時(shí)，不產(chǎn)生上溢。 如果運(yùn)算是有符號(hào)運(yùn)算，溢出標(biāo)志準(zhǔn)確地反映運(yùn)算結(jié)果是否超出了8位或16位有符號(hào)運(yùn)算所能表達(dá)的范圍。 也就是說(shuō)，如果字節(jié)運(yùn)算大于127或小于128，如果字運(yùn)算大于32767或小于32768，則其位置1，相反為0。 11、CF0、AF0、PF1、ZF0、SF1、of1 (兩個(gè)加的結(jié)果為負(fù))，例如，狀態(tài)比特狀態(tài)：12，(2)控制標(biāo)志：控制標(biāo)志是用于控制CPU的動(dòng)作模式和動(dòng)作狀態(tài)的標(biāo)志。 在此位置1，

10、IF中斷允許標(biāo)志位響應(yīng)于處理器能夠掩蔽中斷而不能響應(yīng)于能夠掩蔽中斷TF陷阱的標(biāo)志位(一步標(biāo)志位、跟蹤標(biāo)志)。 在該位置1，使8086/8088單步運(yùn)行，通常用于程序的調(diào)試。 如果該位置是1，則DF方向標(biāo)志位將串行操作命令的地址校正為自動(dòng)減少方向，而相反地，將串行操作命令的地址校正為自動(dòng)增加方向。、13、3 .段寄存器8086CPU中有4個(gè)16位的段寄存器，用于存儲(chǔ)各邏輯段的段開(kāi)頭地址。 (1)代碼段寄存器CS (2)數(shù)據(jù)段寄存器DS (3)棧段寄存器SS (4)附加段寄存器ES這些段寄存器的內(nèi)容可以帶有有效地址偏移量并指定存儲(chǔ)器的物理地址。 CS劃定并控制程序區(qū)域。 代碼段用于存儲(chǔ)指令代碼DS

11、和ES的控制數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)段和附加段用于存儲(chǔ)操作數(shù)SS控制堆棧區(qū)域。 堆棧棧段存儲(chǔ)返回地址，存儲(chǔ)寄存器的內(nèi)容，傳遞參數(shù)，14，堆棧的相關(guān)概念，堆棧是按照“先進(jìn)后出”的原則組織的存儲(chǔ)區(qū)域，堆棧的大小最大64KB堆棧是堆棧棧段寄存器SS和堆棧指針寄存器SS提供堆棧棧段的段基礎(chǔ)地址，SP指的是從當(dāng)前堆棧頂部的段基礎(chǔ)地址到堆棧頂部的偏移堆棧底部為止的堆?？臻g的上位地址單元，堆棧頂部是下位地址單元。 堆疊操作以字為單位。 數(shù)據(jù)堆棧、堆棧頂部在低地址方向上浮動(dòng)，高位字節(jié)是高地址單元，低位字節(jié)是低地址單元的數(shù)據(jù)堆棧，堆棧頂部在高地址方向上浮動(dòng)，低位字節(jié)是目的操作數(shù)的低位比特，高位字節(jié)是目的操作數(shù)的低位比特2.

12、38086微處理器的存儲(chǔ)器組織、1個(gè)存儲(chǔ)器空間和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器由字節(jié)組織，相鄰的2個(gè)字節(jié)稱為“字”。 如果所保存的信息是以字節(jié)(8位)為單位，則依次保存在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)為1字(16位)時(shí)，每字將低位字節(jié)(低位8位)保存在低位地址中，將高位字節(jié)(高位8位)保存在高位地址中，將低位地址保存在當(dāng)構(gòu)成連接到8086CPU的存儲(chǔ)器時(shí)，1M字節(jié)的存儲(chǔ)區(qū)域?qū)嶋H上分成兩個(gè)512K字節(jié)的組，分別稱為高位組和低位組。 因?yàn)榈臀淮鎯?chǔ)體固定地連接在8086CPU的低位字節(jié)數(shù)據(jù)線D7D0上，所以也稱為低位字節(jié)存儲(chǔ)體，該存儲(chǔ)體內(nèi)的各地址是偶數(shù)地址。 因?yàn)楦呶唤M連接在8086CPU的高位字節(jié)數(shù)據(jù)線D15D8上，所以這也稱

13、為高位字節(jié)組，該組內(nèi)的各地址是奇數(shù)地址。 17、FFFFDH、8086存儲(chǔ)器的分立結(jié)構(gòu)、18、物理地址、物理地址、60000h60001h60002h60004h .12H，F(xiàn)0H，1BH，08H，存儲(chǔ)器的操作完全基于物理地址。 問(wèn)題： 8088的內(nèi)部總線和內(nèi)部寄存器都是16位，如何生成20位地址？ 解決方案：存儲(chǔ)器段、19、存儲(chǔ)器段、高地址、低地址、段基礎(chǔ)地址、段基礎(chǔ)地址、最大64KB、段i-1、段I、段i1、20， 構(gòu)成邏輯地址段基地址和段偏移邏輯地址的段地址偏移地址(偏移)是段地址：偏移地址物理地址=段基地址16偏移地址，16 60 0 0 0H，0000，段基礎(chǔ)地址(16位)，段主頁(yè)地

14、址，偏移地址=0002H， 21物理地址的實(shí)現(xiàn)：22，問(wèn)題1 :請(qǐng)用物理地址表示以下邏輯地址： (1) ffffh:0 (2) 45h:18h (3) 2000 h:4600 h (4) b 8211 h:3456 h，解：用PA表示物理地址PA段貝pa fffh 160000 hfff0h (2) pa 0045 h 160018 h 00468 h (3) pa 2000 h 164600 h 24600 h (4) PAB 821 h 163456 hbb 666 h， 23示例：以3F14H為段的基本地址的邏輯段是最大64K字節(jié)的邏輯地址3F14:0000 3F14:FFFF物理地址3

15、f140f14f3f的一個(gè)物理地址不同的邏輯地址3 f64:0010 3f 24:04103f14 : 問(wèn)題2 :可以表示為CS=1055H，其中DS=250AH、ES=2EF0H、SS=8FF0H和DS段具有操作數(shù)，其中偏移地址=0204H，1 )描繪每一段的存儲(chǔ)器中的分布2 )每一段的起始地址解：各段的分布和段的開(kāi)頭地址是右圖所示操作數(shù)的物理地址： 250AH16H 0204H=252A4H，25，物理地址：內(nèi)存的實(shí)際地址，這是CPU和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)使用的地址(20位) 邏輯地址：程序中使用的地址，由段地址和偏移地址兩部分(16位)構(gòu)成。邏輯地址的表現(xiàn)形式是“段地址偏移地址”。 段基礎(chǔ)

16、地址：段的開(kāi)頭單元的物理地址除以16的結(jié)果是段地址，段的開(kāi)頭單元的物理地址是16的整數(shù)倍，即XXXX0H偏移地址：偏移地址相對(duì)于某存儲(chǔ)單元所在的段的開(kāi)頭位置的這是16位地址，根據(jù)指令的不同，可以來(lái)自CPU的不同的16位寄存器(IP、SP、BP、SI、DI、BX等)。 轉(zhuǎn)換關(guān)系：物理地址=段地址16H偏移地址，總結(jié)：邏輯地址(LA )和物理地址(PA )，26，物理地址形成時(shí)8086 4個(gè)邏輯段的使用，8086中4個(gè)邏輯段：代碼段CS，數(shù)據(jù)段代碼段CS用于存儲(chǔ)程序的數(shù)據(jù)段DS和附加段ES用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，棧段SS用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(包括臨時(shí)數(shù)據(jù)和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù))。 在形成物理地址時(shí)，當(dāng)收到命令時(shí)，CS、D

17、S、ES和SS這四個(gè)段寄存器的作用是進(jìn)行堆疊操作，其中CPU將CS寄存器的值設(shè)為段基地址，并加上IP的16位偏移地址，以獲得命令的物理地址段基地址CPU使用SS作為棧段的基地址，在SP或BP中指定偏移地址，并在訪問(wèn)存儲(chǔ)器的段時(shí)，向段寄存器DS或附加段寄存器ES中還輸入16位的偏移地址(SI，SI ) 增加27、2.280286/808086/80486 /奔騰微處理器概述、2.2.1 80286微處理器概述180286的主要特性(1)地址線以提高存儲(chǔ)器容量。 (2)有實(shí)地址方式和保護(hù)偽地址方式兩種地址方式。 可以使用虛擬內(nèi)存。 (3)地址方式豐富(24種) (4)3種中斷：硬件中斷、軟件中斷、異常中斷。 (5)追加了高級(jí)等級(jí)命令、執(zhí)行環(huán)境操作等級(jí)命令、保護(hù)等級(jí)命令。 (6)在時(shí)鐘頻率變高，28，280286內(nèi)部結(jié)構(gòu)，29，2.80286的地址方式80286訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，有實(shí)際地址方式和偽地