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1、2010.2.25,1,第二章 微机中的微处理器,引言 微处理器是组成微计算机系统的核心部件。本章重点讲解8086微处理器，因为它体现了简单微处理器的一般原理，也是学习汇编语言程序设计的基础。 主要讨论：微处理器的内部结构、与之配合的存储器组织、I/O组织和寻址方式。,2010.2.25,2,第二章 微机中的微处理器,2.1 8086微处理器的内部结构 2.2 8086的寄存器结构 2.3 8086的存储器组织 2.38086的I/O组织 2.5 8086的寻址方式,2010.2.25,3,微处理器的功能： MPU是组成计算机系统的核心部件，它具有运算和控制的功能 。具体来讲，它有以下基本功能
2、,支持功能完善的指令系统，进行各种算术逻辑运算，通过程序完成复杂的科学计算。 支持各种结构的程序的执行，如程序的分支、循环、嵌套、子程序的调用和返回、中断服务程序等。 控制与存储器、外部设备等相连，组成完整的微机系统。,2.1 微处理器的内部结构,2.1 微处理器的一般结构,2010.2.25,4,微处理器的功能： 具体来讲，它有以下基本功能, 进行算术运算和逻辑 运算； 接收存储器和I/O接口送来的数据和发送数据给存储器和I/O接口； 暂存少量数据； 对指令进行寄存、译码并执行指令所规定的操作； 提供整个系统所需的定时和控制信号； 响应I/O设备发出的中断请求。,2.1 微处理器的内部结构,
3、2.1 微处理器的一般结构,2010.2.25,5,微处理器的功能：,从程序设计的角度考虑，CPU必须便于处理: 赋值和算术表达式 无条件转移 条件转移以及关系和逻辑表达式 循环 数组和其它数据结构 子程序 输入/输出,2.1 微处理器的内部结构,2010.2.25,6,CPU的实际工作就是执行每一条指令。 执行每一条指令都可分为三个阶段，即： 1.取指令 2.分析指令 3.执行指令,2.1 微处理器的内部结构,取指令：从存储器中读出现行指令，把指令送入CPU中。 分析指令：对指令进行译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。 执行指令：进行相应的操作。,2010.2.25,7
4、,3.1.1 微处理器的内部结构,串行处理,指令的执行过程： 取指令取操作数(如需要)执行指令写入存储器（如需要）。,取指令1,译码1,取数据1,执行1,存结果1,取指令2,译码2,执行2,取指令1,译码1,取数据1,执行1,存结果1,取指令2,译码2,执行2,取指令3,译码3,执行3,存结果3,并行处理,2010.2.25,8,2.1 8086微处理器的功能结构,2010.2.25,9,总线接口单元（BIU）,总线接口单元由下列各部分组成： （1）4个段地址寄存器； CS16位的代码段寄存器； DS16位的数据段寄存器； ES16位的扩展段寄存器； SS16位的堆栈段寄存器； （2）16位的
5、指令指针寄存器IP； （3）6字节的指令队列寄存器； （4）20位的地址加法器； （5）完成与EU通讯的内部寄存器； （6）总线控制逻辑。,取指令时：从存储器指定地址取出指令送入指令队列排队； 执行指令时：根据EU命令对指定存储器单元或者I/O端口存取数据。,2010.2.25,10,执行单元（EU）,执行单元由下列各部分组成： （1）算术逻辑运算单元（ALU）； （2）标志寄存器（FR）： （3）通用寄存器组-AX,BX,CX,DX,SP,BP,DI,SI； （4）EU控制器； （5）暂存器。,工作：执行指令，进行全部的算术逻辑运算、完成偏移地址的计算，向BIU提供指令执行结果的数据和偏移地
6、址，并对通用寄存器和标志寄存器进行管理。,2010.2.25,11,2.1 8086的内部结构,指令和程序执行过程如下图：,取指令1,执行1,取指令2,取数据2,执行2,取指令3,执行3,BIU,EU,2010.2.25,12,2.2 8086的寄存器结构,2010.2.25,13,2.2.1 通用寄存器组,4个16位数据寄存器（存在于 EU中）：,包括AX，BX ，CX，DX。 主要功能: (见P14表2.1) 1.存放数据 2.存放地址,每一个寄存器又可分为两个8位的数据寄存器： AX-AH AL BX-BH BL CX-CH CL DX-DH DL 16位数据寄存器可存放数据和地址，而8
7、位寄存器只能存放数据,2010.2.25,14,2.2.1 数据寄存器,AX累加器，使用频度最高，用于算术、逻辑运算，以及与外设传送信息等；,累加器一般用来存放参加运算的数据和结果。尤其在乘、除法运算、I/O操作中有不可替代的作用。 乘法运算：存放结果 除法运算：存放商 I/O操作：AX(或AL)与I/O端口进行数据通信。,2010.2.25,15,2.2.1 数据寄存器,BX基址寄存器,基址寄存器可作数据寄存器 还可放内存的逻辑偏移地址，而AX，CX，DX则不能。 如： MOV AX, BX 但是，如果写成： MOV AX, CX 是错误的,2010.2.25,16,2.2.1 数据寄存器,
8、CX计数寄存器,计数寄存器做数据寄存器 还可以在循环操作中和移位操作中做计数器用。,如： MOV CX, 15（循环程序中）；给cx赋值为15 . . 循环操作15次,2010.2.25,17,2.2.1 数据寄存器,DX,DX做通用数据寄存器 还在乘、除法运算、带符号数的扩展指令中有特殊用途。,2010.2.25,18,2.2.1 通用寄存器组,地址指针和变址寄存器：,变址寄存器，用于在某些间接寻址方式中存放段内 偏移地址的全部或一部分： SI源变址寄存器 DI目的变址寄存器 串操作类指令中，SI和DI具有特别的功能,指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据： SP堆栈指针，指示栈顶的偏移地址。
9、SP不能再用于其他目的，具有专用目的。 BP基址指针，用于在某些间接寻址方式中存放段内偏移地址的一部分。 SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址。,2010.2.25,19,BIU设有4个16位段寄存器 （可见P18的2.2.3内容）,2.2.2 段寄存器组,段寄存器用来存放段地址，cpu可通过4个段寄存器访问存储器中4个不同的段（每段64k）。,CS代码段寄存器，存放代码段的段地址 SS堆栈段寄存器，存放堆栈段的段地址 DS数据段寄存器，存放数据段的段地址 ES附加段寄存器，存放附加段的段地址,2010.2.25,20,2.2.3 控制寄存器组,指令指针寄存器IP
10、： 保存下一条要执行的指令的偏移地址，它与代码段寄存器CS联用，确定下一条指令的物理地址。 计算机通过 CS : IP 寄存器来控制指令序列的执行流程。 IP寄存器是一个专用寄存器。,2010.2.25,21,补充内容,无符号数和有符号数 原码、反吗、和补码,2010.2.25,22,有符号数的表示方法,二进制数分为： 无符号数 有符号数,2010.2.25,23,有符号数的表示方法,二进制数分为：无符号数和有符号数,无符号数 ：所有的二进制数位均为数值位。 例如：1000 0111 = 135,有符号数 ：最高位为符号位，后面的所有位为数值位。 例如：1000 0111 = -7,2010.
11、2.25,24,有符号数的表示方法,无符号数 ：所有的二进制数位均为数值位。 例如：1000 0111 = 135,有符号数 ：最高位为符号位，后面的所有位为数值位。 例如：1000 0111 = -7,2010.2.25,25,有符号数的表示方法,有符号数：,+ ： 用0表示（正数） - ： 用1表示（负数）,用0表示“+”，用1表示“-”。这样的表示方法就是符号数字化。 即用数字来表示正负数的符号。,2010.2.25,26,有符号数的表示方法,8位无符号数范围：所有的二进制数位均为数值位。 0 X 255 0000 0000 到 1111 1111,8位有符号数的范围 ：最高位为符号位，
12、后面的所有位为数值位。 -128 X 127 1000 0000 到 0111 1111,2010.2.25,27,有符号数的表示方法,有符号数的表示方法：,原码 反码 补码,2010.2.25,28,有符号数的表示方法,原码,正数的符号用“0”表示，负数的符号用“1”表示，绝对 值的编码规则与无符号数编码规则相同。这样的表示方法称 为原码表示法。 一个数X的原码记作x原,例如：用8位二进制表示： 19的原码是： 19原= 0001 0011 （最高位是符号位） -19的原码是： -19原= 1001 0011,2010.2.25,29,0 Xn-2Xn-3X1X0 x 0 x原 = 1 Xn
13、-2Xn-3X1X0 x 0,1.原码,+0原 = 0000 0000 -0原 = 1000 0000 +1原 = 0000 0001 -1原 = 1000 0001 +127原 = 0111 1111= 28-1-1 -127原 =1111 1111= -(28-1-1),有符号数的表示方法,2010.2.25,30,2.反码,正数的反码：与原码相同； 负数的反码：原码的符号位不变，其它各位求反。,例如：用8位二进制表示： 19的反码是： 19原= 0001 0011， 19反= 0110 1100 -19的反码是： -19原= 1001 0011， -19反= 1110 1100,2010
14、.2.25,31,2.反码,+0反 = 0000 0000 -0反 = 1111 1111 +1反 = 0000 0001 -1反 = 1111 1110 +127反 = 0111 1111 -127反 = 1000 0000,2010.2.25,32,3.补码,正数的补码：与原码相同； 负数的补码：原码的符号位不变，其它各位求反加1。,例如：用8位二进制表示： 19的反码是： 19原= 0001 0011， 19反= 0001 0011 19补= 0001 0011 -19的反码是： -19原= 1001 0011， -19反= 1110 1100 -19补= 1110 1101,2010.
15、2.25,33,3.补码,+0补 = 0000 0000 -0补 = 28 |-0| = 0000 0000 +1补 = 0000 0001 -1补 = 28 |-1| = 1111 1111 +127补 = 0111 1111 -127补 = 28 |-127| = 1000 0001,2010.2.25,34,有符号数的表示方法,一个有符号数X,X 0 x原= x反= x补,X 0 x反：x原符号位不变，其它各位求反 x补= x反+1,练习,2010.2.25,35,3.补码,例： 73 -2 = 73+(-2)=71,0 1 0 0 1 0 1 1 (73) + 1 1 1 1 1 1 1 0 (-2) 1 0 1 0 0 0 1 1 1 (71),在计算机中，加减法是用补码来运算的。,补码加法，如果符号位有进位，必须舍弃,2010.2.25,36,2.2.3 控制寄存器组,标志寄存器（FLAG）： 状态标志记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它。 CF ZF SF PF OF AF 控制标志可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执
