2 微型计算机系统的微处理器N

微机原理及应用第2章微型计算机系统的微处理器第2章微型计算机中的微处理器本章主要的内容是8086/8088微处理器的相关知识以及8086/8088CPU系统的组织和工作方式（1）微处理器的内部结构及各相关组件的基本功能（2）8086/8088CPU的内部寄存器的构成及应用特点（3）8086/8088CPU系统中存储器和I/O接口的组织方式IntelX86处理器学习方法8086/8088的芯片：§2.18086/8088微处理器的编程结构主要内容：2.1.18086/8088微处理器的内部结构2.1.28086/8088微处理器的寄存器结构外部总线执行部件（EU）总线接口部件（BIU）标志运算寄存器ALUDSSSES输入/输出控制电路IPCS内部暂存器地址加法16位指令队列缓冲器8位16位CHDHDISPBPSIBHAHDLCLALBL123456执行部分控制电路通用寄存器2.1.18086/8088CPU的内部结构8088CPU外部数据总线为8位、指令队列为4字节寄存器是中央处理器内的组成部份寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和地址。指令:确定运算与操作数据:运算或读写操作的对象地址:标记和确定内存空间中具体的存储位置指令队列的设置使指令的取出与执行并行进行，以提高了程序的运行速度地址加法器的作用是根据段寄存器存放的段基地址与EU送出的16为偏移地址计算得到20位的实际地址输出输入控制电路实现总线控制，决定读或写、对内存或对I/O接口取指令、指令译码、产生并传送操作信号算术逻辑单元（运算器）8个通用寄存器1个标志寄存器EU部分控制电路指令执行单元EU的组成及作用取指令，指令译码执行指令，完成运算总线接口部件BIU的组成及作用地址加法器6字节指令队列缓冲器4个16位段寄存器16位指令指针寄存器输入输出控制电路计算20位的存储器地址完成CPU与内存间以及CPU与I/O接口间的信息传送分两种情况:预取指令时：利用CPU执行指令而总线空闲，从内存中取出指令放入指令队列(等待CPU取走)EU执行指令时：按EU的指令，向内存或I/O接口写运算结果，从内存或I/O接口取数据控制外部总线，保证各种信息的正确传送指令队列缓冲器指令队列缓冲器8086的指令队列为6个字节8088的指令队列为4个字节指令队列缓冲器的指令存放状态顺序指令执行：指令队列存放紧接在执行指令后面的那一条指令执行转移指令：立即清除指令队列中的内容，从新的地址取入指令，并立即送往执行单元，然后再从新单元开始重新填满队列实现CPU的流水线处理操作小结8086/8088微处理器:BIU和EU分开，取指和执行可以重迭，减少了等待取指所需的时间，提高CPU的利用率。重迭操作技术：一方面提高了整个执行速率，另一方面降低了与之相配的存储器的存取速度的要求。EU：执行命令，不与外部总线打交道；指令从BIU的指令队列缓冲器取得；执行指令所需数据及结果通过EU向BIU发申请，由BIU向存储器或外设存入或读取BIU:负责与外部总线打交道;根据EU申请，完成对存储器和I/O的总线操作SPBPSIDIAHALBHBLCHCLDHDLAXBXCXDXIPFLAGSCSDSSSES累加器(A)基址寄存器计数器数据寄存器堆栈指针(SP)基址指针源变址寄存器目的变址寄存器指令指针(PC)标志寄存器(PSW)代码段寄存器数据段寄存器堆栈段寄存器附加段寄存器存放数据通用寄存器控制寄存器段寄存器存放地址8位8位相当于高级语言的循环变量可存放地址位操作2.1.28086/8088微处理器的寄存器结构堆栈及其操作作用采用先进后出的原则函数或子程序调用前保存CS和IP保存临时数据（局部变量、中断现场保护）函数调用时传递参数入栈和出栈（操作2个字节）影响SP。入栈SP-2，出栈SP+2系统堆栈程序堆栈存储器16个字节的堆栈及操作200002000ESP＝0ESP＝1020010堆栈段SS＝2000PUSHAXPUSHBX2000CSP＝0C78563412状态标志寄存器FLAGS（PSW）无符号数进位或借位结果“1”的个数为偶数低4位的进位或借位运算结果为0运算结果为负数有符号数计算溢出单步跟踪标志允许中断标志数据串方向标志111111111CFPFAFZFSFTFIFDFOFXXXXXXX地址递减溢出和进位的区别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，运算结果不一定正确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进位与溢出标志图2-48位系统中运算器与CF和OF标志位的连接示意011001000110010011001000+000011000CFPFAFZFSFTFIFDFOFXXXXXXXOF=1SF=1有符号加无符号加1001100011011010+011100101SF=0CF=1PF=11AF=1000CFPFAFZFSFTFIFDFOFXXXXXXX111001计算结果对标志寄存器影响§2.28086/8088的存储器组织主要内容：存储器组织8086存储器的分体结构存储器的分段和物理地址的形成存储器是计算机存储信息的地方。掌握数据存储格式，以及存储器的分段管理对以后的汇编程序设计非常重要你能区别寄存器、存储器(主存)、外存(包括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗？答案寄存器、存储器和外存的区别寄存器是微处理器（CPU）内部暂存数据的存储单元，以名称表示，例如：AX，BX..….等存储器也就是平时所说的主存，也叫内存，可直接与CPU进行数据交换。主存利用地址区别外存主要指用来长久保存数据的外部存储介质，常见的有硬盘、光盘、磁带、U盘等。外存的数据只能通过主存间接地与CPU交换数据程序及其数据可以长久存放在外存，在运行需要时才进入主存计算机中信息的单位二进制位bit：存储一位二进制数：0或1字节Byte：8个二进制位，D7～D0字Word：16位，2个字节，D15～D0双字DWord：32位，4个字节，D31～D02.2.1存储器的组织D7D0字节D15D0字D31D0双字D7D000006H78H00005H56H00004H12H00003H34H00002H00001H00000H低地址LSBMSB存储地址即为存储单元编号，称为地址，每个存储单元的地址均为20位十六进制表示地址范围为：00000H--0FFFFFH在存储器中，以字节为单位存取数据例：0002H单元存放有一个数据34H表达为[0002H]＝34HD7D000006H78H00005H56H00004H12H00003H34H00002H00001H00000H继续多字节数据存放方式多字节数据在存储器中占连续的多个存储单元：存放时，低字节存入低地址，高字节存入高地址；表达时，用它的低地址表示多字节数据占据的地址空间。图中0002H“字”单元的内容为：[0002H]=1234H0002H号“双字”单元的内容为：[0002H]=78561234H80x86处理器采用“低对低、高对高”的存储形式，被称为“小端方式LittleEndian”。相对应还存在“大端方式BigEndian”。图示存储器中数据的存储方式3CH……0DH3AH……5EH32H…存储单元地址存储内容•存储内容的表示：（00A22H）=3CH存储单元地址低字节高字节00A22H00B06H00B07H03A03H03A04H字数据3A0DH的存储地址为：00B06H字数据325EH的存储地址为：03A03H有何差异？2.2.38086存储器分段20位地址，16位寄存器的矛盾存储器分段20根地址线，可以编址1M，而段寄存器是16位将存储器分成很多段，每个段长度小于64KB。数据和代码的位置以段内偏移量形式提供段：偏移量形式(CS:IP)逻辑地址Why?8086存储器分段说明段的起始位置段的排列段的类型每个段的起点必须选在能被16整除的位置代码段，数据段、堆栈段、附加数据段程序存储段模式TinyCS、DS、SS、ES指向同一地址总长度小于64KB代码段、数据段均小于64KB堆栈段和附加段与数据段同址代码段小于64KB，数据段可达1MB数据段小于64KB，代码段可达1MB代码段和数据段均可达1MB不限制SmallHugeCompactMediumLarge可转换成COM文件，速度快物理地址真正的20位内存地址物理地址计算段地址X16＋偏移量同一物理地址可对应不同逻辑地址12000H1000:2000H1100:1000H16位段地址16位段内偏移量16位段地址0000地址加法器段寄存器偏移量寄存器左移4位20位物理地址地址加法器例在内存中某数据区内，连续存放27个字数据。首字的存储地址为BA00H：1BA0H。计算该数据区的首末存储单元的物理地址首地址为：BA00H*10H+1BA0H=BBBA0H末地址为：BBBA0H+35H(27*2-1)=BBBD5H最后一个字数据的存储地址=BBBD5H-1H=BBBD4H存储器的逻辑分段规律小结逻辑段的划分原则上不受限制,各段之间可连续、可分开、可部分重叠、还可完全重叠但要求：段的分配只能从地址低4位均为0的内存单元开始一个存储单元除具有一个唯一的物理地址外，还具有多个逻辑地址程序运行时内存使用情况1100110110011100……0001001000110100…1001101011100110…10011010…10000H20000H30000H40000HDSSSES存放指令代码存放使用数据存放临时数据存放其它数据10004HCSIP…30008HSP代码段数据段堆栈段附加段100000042000300000084000CSIPDSSSSPES地址存储与段寄存器BX基址寄存器BP基址指针寄存器SP堆栈指针寄存器IP指令指针寄存器DI目的变址寄存器SI源变址寄存器CS代码段段基址寄存器DS数据段段基址寄存器ES附加段段基址寄存器SS堆栈段段基址寄存器基址或变址寄存器，存储相应的偏移地址段寄存器，存储各段的段基本地址段寄存器的使用规定访问存储器的方式默认可超越偏移地址取指令CS无IP堆栈操作SS无SP一般数据访问DSCSESSS有效地址EABP基址的寻址方式SSCSESDS有效地址EA串操作的源操作数DSCSESSSSI串操作的目的操作数ES无DI38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)指出各段首地址1)该操作数的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSSCSDSES解：操作数的物理地址为：250AH×10H+0204H=252A4H端口30B0H端口30B1H端口50A0H端口50A1H端口41C0H端口41C1HCPU打印机显示器外设§2.38086/8088的I/O组织端口地址每一个8位的端口都具有一个编号，端口编号具有唯一性；也称为端口地址外部设备与接口相连接，并通过具体的端口地址和总线与CPU最终实现数据和控制信号的传送端口地址有两种编址方式与存储器统一编址—融为一体、使用相同的操作指令独立编址----自成体系、使用单独的操作指令§2.48086/8088的工作模式和引脚功能主要内容：8086/8088的引脚和功能8086/8088的两种工作模式(组态)认识8086/8088CPU40引脚双排直插式区分引脚上传送的数据信号引脚完成CPU与外部硬件组件数据及信号的传送与交换★与地址总线连接,传送地址信息▼与数据总线连接,传送数据信息与控制总线连接,传送控制和状态信号◆其他信号:电源、接地、时钟等区分8086/6088BHE为奇偶地址存储体“片选”信号数据/地址分时复用状态/地址分时复用读写控制总线控制内存/IO外部中断引脚主频时钟+5V供电外设