919013-【微机技术(4版)PPT第2章(18.7)版】

2020/11/7上海交通大学1面向21世纪课程教材普通高等教育“十一五”国家级规划教材微型计算机技术WeixinɡJisuɑnjiJishu（第4版）孙德文章鸣嬛编著2020/11/7上海交通大学2第2章8086微处理器2020/11/7上海交通大学38086微处理器•2.18086微处理器的结构•2.28086微处理器的引脚功能•2.38086微处理器的基本时序2020/11/7上海交通大学42.18086微处理器的结构•2.1.1执行部件和总线接口部件•2.1.28086的编程结构•2.1.38086系统中的存储器组织及•物理地址的形成2020/11/7上海交通大学52.28086微处理器的引脚功能•2.2.1引脚功能说明•2.2.28088引脚与8086引脚的不同之处2020/11/7上海交通大学62.38086微处理器的基本时序•2.3.1指令周期、总线周期和时钟周期•2.3.2几种基本时序的分析2020/11/7上海交通大学72.1.1执行部件和总线接口部件微处理器执行程序的步骤•①从内存储器中取出一条指令，分析指令操作码；•②读出一个操作数（如果指令需要操作数）；•③执行指令；•④将结果写入内存储器或输出设备（如果指令需要）。2020/11/7上海交通大学8执行部件和总线接口部件•8086微处理器被设计为两个独立的功能部件，•总线接口部件和执行部件，•并在大多数情况下，能使大部分•的取指令和执行指令重叠进行。•提高了程序的执行速度，充分利用总线，2020/11/7上海交通大学9功能部件2020/11/7上海交通大学10总线接口部件（BusInterfaceUnit，BIU）•由段寄存器、指令指针、地址形成逻辑、总线控制逻辑和指令队列等组成。•BIU负责从内存指定区域取出指令送到指令队列中排队；执行指令时所需要的操作数（内存操作数和I/O端口操作数）也由BIU从相应的内存区域或I/O端口中取出，传送给执行部（EU）。指令执行的结果如果需要存入内存或I/O端口，也由BIU写入相应的内存区域或I/O端口。•总之，BIU的功能是：同外部总线连接，为EU和内存（及外设接口）之间提供信息通路。并形成20位的内存物理地址。2020/11/7上海交通大学11执行部件（ExecutionUnit，EU）•由通用寄存器、标志寄存器、算术逻辑单元（ALU）和EU控制系统等组成。EU从BIU的指令队列中获得指令，然后执行该指令，完成指令所规定的操作。•EU用来对寄存器内容和指令操作数进行算术和逻辑运算，以及进行内存有效地址的计算。•EU负责全部指令的执行，向BIU提供数据和所需访问的内存或I/O端口的地址，并对通用寄存器、标志寄存器和指令操作数进行管理。2020/11/7上海交通大学12取指令和执行指令重叠进行2020/11/7上海交通大学138088与8086的区别•8088微处理器是一种准16位微处理器，内部采用16位结构，实质上与8086基本上是相同的，其内部功能部件EU与8086一样，而BIU略有区别。•第一，8086的指令队列是6字节长，而8088的指令队列为4字节长；•第二，8086是真正的16位机，同BIU相连的8086总线中的数据总线是16位总线，而8088是准16位机，同BIU相连的8088总线中的数据总线为8位总线。2020/11/7上海交通大学142.1.28086的编程结构•可供程序员使用的有16个16位寄存器。•１.通用寄存器（General‐PurposeRegister，GPR）•可分为两组。•1)数据寄存器•累加器AX（Accumulator）、•基址寄存器BX（BaseRegister）、•计数寄存器CX（CountRegister）、•数据寄存器DX（DataRegister）。2020/11/7上海交通大学15通用寄存器AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPSIDI2020/11/7上海交通大学16数据寄存器•特点是：•每个16位寄存器可分为•高8位（AH、BH、CH和DH）•低8位（AL、BL、CL和DL），•这两组8位寄存器可分别寻址、独立操作。既可以将数据寄存器作为一个16位寄存器进行操作，又可用做两个8位寄存器进行操作。2020/11/7上海交通大学17数据寄存器•可以存放•参加操作的数据、•操作的中间结果，•也可以是操作数的地址。•大多数算术和逻辑运算指令都可以使用这些数据寄存器。2020/11/7上海交通大学182)指针寄存器（PointerRegister、变址寄存器（IndexRegister）•堆栈指针寄存器SP（StackPointer）、•基址指针寄存器BP（BasePointer）、•源变址寄存器SI（SourceIndex）•目的变址寄存器DI（DestinationIndex）•用来形成操作数的地址，用于堆栈操作•和变址运算中计算操作数的有效地址。•SP、BP用于堆栈操作•SI、DI用于变址操作2020/11/7上海交通大学19通用寄存器•在8086的指令系统中，许多情况下，某些指令只能用一个特定的寄存器或寄存器组来完成其功能，•对这些用来完成特定操作的8086指令，•上述通用寄存器具有一些隐含用法通用寄存器的隐含用法2020/11/7上海交通大学202020/11/7上海交通大学212.指令指针（InstructionPointer，IP）•16位专用寄存器，它指向当前需要取出的指令字节，当BIU从内存中取出一个指令字节后，IP就自动加１，指向下一指令字节。注意，IP指向的是指令地址的段内地址偏移量，又称偏移地址（OffsetAddress）或有效地址（EffectiveAddress，EA）。程序员不能对IP进行存取操作，程序中的转移指令、返回指令以及中断处理能对IP进行操作。2020/11/7上海交通大学223.标志寄存器FR（FlagRegister）•16位的标志寄存器FR定义了9位，•6位是状态位，•3位是控制位2020/11/7上海交通大学23标志寄存器FR（FlagRegister）定义了9位6位状态位C、A、Z、S、O、P3位控制位I、D、TOFDFIFTFSFZFAFPFCFInterruptenableDirectionTrapCarryAuxiliaryCarryZeroSignOverflowParity2020/11/7上海交通大学24１）状态位•①进位标志CF（CarryFlag）———反映算术运算后，最高位（字节操作为D7位，字操作为D15位）•出现进位（或借位）的情况，有则为1。CF主要用于加、减法运算，移位和环移指令也会改变CF值。•②奇偶（校验）标志PF（ParityFlag）———反映操作结果中1的个数的情况，若为偶数，PF置•1，主要在数据通信中用来检查传送有无出错（注意，只考虑低8位）。•③辅助进位标志AF（AuxiliaryCarryFlag）———反映一个8位量（或16位量的低位字节）•的低4位向高位（即D3位向D4位）有无进位（或借位）的情况，有则置1，AF用于BCD码算术运•算指令。2020/11/7上海交通大学25状态位④零标志ZF（ZeroFlag）———反映运算结果是否为零的情况，结果为零，ZF置1。⑤符号标志SF（SignFlag）———反映带符号数运算结果符号位的情况，结果为负数，SF置1，SF的取值与运算结果的最高位（字节操作为D7位，字操作为D15位）取值一致。⑥溢出标志OF（OverflowFlag）———反映带符号数（以二进制补码表示）运算结果是否超过机器所能表示的数值范围的情况，对字节运算为－128～＋127，对字运算为－32768～＋32767。•若超过上述范围，称为“溢出”，OF置1。2020/11/7上海交通大学26状态位•“溢出”与“进位”是两个不同的概念，某次运算结果有“溢出”不一定有“进位”；反之，有•“进位”也不一定有“溢出”。•6个状态标志由执行部件EU设置，反映算术或逻辑运算结果的某些特征，这些状态标志常用来影响或控制某些后续指令（例如条件转移指令、循环指令等）的执行。不同指令对状态标志的影响不一样，有些指令不影响状态标志。另外，进位标志CF可由专用指令设置。2020/11/7上海交通大学27２）控制位•①方向标志DF（DirectionFlag）———在进行字符串操作时，每执行一条串操作指令，对源或（与）目的操作数的地址要进行一次调整（对字节操作为加1或减1，对字操作为加2或减2），由DF决定地址是递增还是递减。若DF＝1为递减，即从高地址向低地址进行；DF＝0为递增。•DF可由专用指令设置。2020/11/7上海交通大学28控制位②中断允许标志IF（InterruptEnableFlag）———表示系统是否允许响应外部的可屏蔽中断，若IF＝1，表示允许响应。IF对不可屏蔽中断请求以及内部中断不起作用。IF可由专用指令设置。③陷阱标志TF（TrapFlag）———当TF＝1时，微处理器每执行完一条指令便自动产生一个内部中断，转去执行一个中断服务程序，可以借助中断服务程序来监视每条指令的执行情况，称为“单步工作方式”，常用于程序的调试。TF又称为跟踪标志。•3个控制标志用来控制微处理器的某些操作，可以由指令来设置。2020/11/7上海交通大学29４.段寄存器•在微型计算机系统的内存中通常存放着三类信息：•①代码（指令）———指示微处理器执行何种操作。•②数据（字符、数值）———程序处理的对象。•③堆栈信息———被保存的返回地址和中间结果。•在8086系统中，这三类信息通常分别存放在各自的内存区域中———8086存储系统中的不同存储段。2020/11/7上海交通大学30段寄存器•8086系统中把可直接寻址的1MB内存空间划分为称为“段”（Segment）的逻辑区域，每个段的物理长度为64KB，而段的起始地址由称为“段寄存器”（SegmentRegister）的4个16位寄存器决定。•8086利用上述段寄存器的内容，通过适当转换可以访问这4个存储段———代码段、堆栈段、数据段和附加段。2020/11/7上海交通大学31段寄存器•①代码段寄存器CS（CodeSegment），指向当前的代码段，指令由此段中取出。•②堆栈段寄存器SS（StackSegment），指向当前的堆栈段，堆栈操作的对象就是该段中存储•单元的内容。•③数据段寄存器DS（DataSegment），指向当前的数据段，通常用来存放程序变量（存储器•操作数）。•④附加段寄存器ES（ExtraSegment），指向当前的附加段，通常也用来存放数据以及—些•专用指令的操作数。2020/11/7上海交通大学322.1.38086系统中的存储器组织及物理地址的形成•１.存储器组织•8086微处理器有20条地址线，可以配置１MB（1048576B）的内存储器，地址编号为0000H～FFFFFH。•存储空间都按8位字节进行组织，每个存储单元存储一个字节数据。若存放“字”数据（16位），则存放在相邻两个存储单元中，按小数端存放规则，高字节存放在高地址单元，低字节存放在低地址单元（W＝BHBL）2020/11/7上海交通大学33２.存储器分段•１)为什么要分段•因为8086微处理器内部的数据通路和寄存器皆为16位，内部ALU只能进行16位运算，在程序中也只能使用16位地址，寻址范围局限在216＝65536B（64KB），为了能寻址1MB的地址，所以引入“分段”的概念。2020/11/7上海交通大学34２）分段•8086程序把1MB的存储空间看做是一组存储段，各段的功能由具体用途而定，分别为代码段、堆栈段、数据段和附加段。•一个存储段是存储器的一个逻辑单位，其长度可达64KB，每个段都由连续的存储单元构成，是存储器中独立的、可分别寻址的单位。每段第一个字节的位置称为“段起始地址”，可由软件指定。对段起始地址的要求是：最好能被16整除（起始地址为xxxx0H）。段寄存器中存放了与段起始地址有关的16位“段基值