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1、微处理器的结构及存储器组成,第 2 章,微处理器的结构及存储器组成,第2章 教学要求与重点,了解微机系统的基本软硬件组成 掌握8086的寄存器组和存储器组织 重点1 ：工作寄存器组 重点2：存储器的特点和使用 重点3：存储器物理地址的形成 重点4：存储器的分段,简单解释一下几个名字术语 字长：芯片内部一次传输数据的宽度。 主频：芯片所用的主时钟频率。 数据总线宽度: 芯片内部数据传输的宽度。 地址总线宽度:指专用于传送地址的总线宽度。 地址总线宽度与寻址空间的关系: 高速缓存（cache):,微处理器的结构及存储器组成,2.1 8086微处理器,微处理器飞速发展,80386,80486,奔腾,
2、奔腾2代,奔腾4代,80286,8086,奔腾3代,IA-64 （安腾）,4004,不是我不明白， 这世界变化太快。 扎扎实实掌握知识， 以不变应万变！,2.2 基于微处理器的计算机系统构成,硬件：,中央处理机 CPU,总线控制 逻辑,接 口,接 口,存储器,大容量 存储器,I/O设备,I/O子系统,系统总线,. . .,. . .,软件：系统软件 用户软件,运算器 控制器 工作寄存器,2.2.1 硬件,系统软件：DOS平台 MS-DOS 6.22 Windows 9.x的DOS实地址方式 MS-DOS虚拟环境 应用软件：开发汇编语言程序涉及 文本编辑器 汇编程序 连接程序 调试程序,2.2.
3、2 软件,微处理器的结构及存储器组成,文本编辑器（Editor）,文本编辑器用于编辑无任何格式的文档 程序设计时要采用文本编辑器编写源程序 常见的文本编辑软件有很多，如 MS-DOS的EDIT全屏幕编辑器 Windows的Notepad计事本 程序开发系统中的程序编辑器，例如你熟悉的Turbo C编辑器 大家可以采用微机中任何一个文本编辑器编写汇编语言源程序,微处理器的结构及存储器组成,汇编程序（Assembler）,汇编程序将汇编语言源程序翻译（称为“汇编”）成机器代码目标模块 80 x86CPU的汇编程序主要有微软的宏汇编程序MASM。较著名的还有Borland公司的TASM，无实质差别
4、本课程采用微软的MASM,微处理器的结构及存储器组成,连接程序（Linker）,连接程序将汇编后的目标模块转换为可执行程序 每个程序开发环境都有连接程序 连接程序的文件名通常是： LINK.EXE,微处理器的结构及存储器组成,调试程序（Debugger）,调试程序进行程序排错、分析等 本课程采用DOS的DEBUG程序 其他还有Turbo Debugger等,微处理器的结构及存储器组成,2.3 微处理器的结构,微处理器是微机的硬件核心 主要包含指令执行的运算和控 制部 件，还有多种寄存器 对程序员来说，微处理器抽象为以名称存取的寄存器,2.3.1 8086微处理器结构,8086内部结构有两个功能
5、模块，完成一条指令的取指和执行功能 模块之一：总线接口单元BIU，主要负责读取指令和操作数 模块之二：执行单元EU ，主要负责指令译码和执行,微处理器的结构及存储器组成,8086内部结构,8086的执行方式,80486微处理器结构,80486微处理器的特点,一种高性能全32位的微处理器 把构成80386微机系统的主处理器、数值协处理器和一个具有8 KB的Cache存储器集成在一块集成电路芯片中 沿用了指令流水线技术 采用RISC思想设计,补充,RISC :Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机技术 CISC: Complex Instruction
6、Set Computer 复杂指令集计算机技术 计算机指令流水线技术,Pentium微处理器的结构,Pentium体系结构特点,超标量流水线 独立的指令Cache和数据Cache 浮点操作 分支预测,对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,2.3.2 8086的寄存器组,8086的寄存器组,1. 8086的通用寄存器,8086的16位通用寄存器是： AXBXCXDX SIDIBPSP 其中前4个数据寄存器都还可以分成高8位和低8位两个独立的寄存器 8086的8位通用寄存器是： AHBHCHDH ALBLCLD
7、L 对其中某8位的操作，并不影响另外对应8位的数据,数据寄存器,数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以存放地址 每个寄存器又有它们各自的专用目的 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； BX基址寄存器，常用做存放存储器地址； CX计数器，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器； DX数据寄存器，常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址。,变址寄存器,变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址 SI是源变址寄存器 DI是目的变址寄存器 串操作类指令中，SI和DI具有特别的功能,2 指针寄存器,指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 SP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的
8、偏移地址 SP不能再用于其他目的，具有专用目的 BP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中的基地址 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,堆栈（Stack）,堆栈是主存中一个特殊的区域 它采用先进后出FILO（First In Last Out）或后进先出LIFO（Last In First Out）的原则进行存取操作，而不是随机存取操作方式。 堆栈通常由处理器自动维持。在8086中，由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器SP共同指示,指令指针IP,指令指针寄存器IP，指示代码段中指令的偏移地址 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 : I
9、P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,3 标志寄存器,标志（Flag）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式 8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器FLAGS（程序状态字PSW寄存器）,程序设计需要利用标志的状态,标志的分类,状态标志用来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，用于控制处理器执行指令的方式 DF IF TF,进位标志CF（Carry Flag）,当运算结果的最高有效位有进位（加法）或借位（减法）时，进位标志置1，即CF = 1；否则CF = 0。,3
10、AH + 7CHB6H，没有进位：CF = 0 AAH + 7CH（1）26H，有进位：CF = 1,零标志ZF（Zero Flag）,若运算结果为0，则ZF = 1； 否则ZF = 0,3AH + 7CHB6H，结果不是零：ZF = 0 84H + 7CH（1）00H，结果是零：ZF = 1,注意：ZF为1表示的结果是0,符号标志SF（Sign Flag）,运算结果最高位为1，则SF = 1；否则SF = 0,3AH + 7CHB6H，最高位D71：SF = 1 84H + 7CH（1）00H，最高位D70：SF = 0,有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以，最高有效位就是符号标志的状
11、态,奇偶标志PF（Parity Flag）,当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF = 1；否则PF = 0,3AH + 7CHB6H10110110B 结果中有5个1，是奇数：PF = 0,PF标志仅反映最低8位中“1”的个数是偶或奇，即使是进行16位字操作,溢出标志OF（Overflow Flag）,若算术运算的结果有溢出， 则OF1；否则 OF0,3AH + 7CHB6H，产生溢出：OF = 1 AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：OF = 0,溢出标志OF（Overflow Flag）,问题 什么是溢出？ 溢出和进位有什么区别？ 处理器怎么处理，程序员如何运用？ 如何
12、判断是否溢出？,什么是溢出,处理器内部以补码表示有符号数 8位表达的整数范围是：127128 16位表达的范围是：3276732768 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 有溢出，说明有符号数的运算结果不正确,3AH7CHB6H，就是58124182， 已经超出128127范围，产生溢出，故OF1； 另一方面，补码B6H表达真值是-74， 显然运算结果也不正确,溢出和进位,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，运算结果仍然正确； 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。,溢出和进位的对比,例1：3AH + 7CHB6
13、H 无符号数运算：58124182 范围内，无进位 有符号数运算： 58124182 范围外，有溢出,例2：AAH + 7CH（1）26H 无符号数运算：170124294 范围外，有进位 有符号数运算：8612428 范围内，无溢出,如何运用溢出和进位,处理器对两个操作数进行运算时，按照无符号数求得结果，并相应设置进位标志CF；同时，根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志OF。 应该利用哪个标志，则由程序员来决定。也就是说，如果将参加运算的操作数认为是无符号数，就应该关心进位；认为是有符号数，则要注意是否溢出。,溢出的判断,判断运算结果是否溢出有一个简单的规则： 只有当两个相同符号数相加（包
14、括不同符号数相减），而运算结果的符号与原数据符号相反时，产生溢出；因为，此时的运算结果显然不正确 其他情况下，则不会产生溢出,辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）,3AH + 7CHB6H，D3有进位：AF = 1,运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF = 1；否则AF = 0。,这个标志主要由处理器内部使用，用于十进制算术运算调整指令中，用户一般不必关心,方向标志DF（Direction Flag）,用于串操作指令中，控制地址的变化方向： 设置DF0，存储器地址自动增加； 设置DF1，存储器地址自动减少。,CLD指令复位方向标志：DF0 STD指令置位方向标志
15、：DF1,中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）,用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应： 设置IF1，则允许中断； 设置IF0，则禁止中断。,CLI指令复位中断标志：IF0 STI指令置位中断标志：IF1,跟踪标志TF（Trap Flag）,用于控制处理器进入单步操作方式： 设置TF0，处理器正常工作； 设置TF1，处理器单步执行指令。,单步执行指令处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为1的内部中断 这种内部中断称为单步中断 所以TF也称为单步标志 利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试 这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试,8086有4个16位段寄存器
16、CS（代码段）指明代码段的起始地址 SS（堆栈段）指明堆栈段的起始地址 DS（数据段）指明数据段的起始地址 ES（附加段）指明附加段的起始地址,4 段寄存器,每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地址，每种逻辑段均有各自的用途,寄存器是微处理器内部暂存数据的存储单元，以名称表示 存储器则是微处理器外部存放程序及其数据的空间 程序及其数据可以长久存放在外存，在程序需要时才进入主存 主存需要利用地址区别,2.4 存储器,数据信息的表达单位,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，D7D0 字Word：16位，2个字节，D15D0 双字DWord：32位，4个字节，D31D0 最低有效位LSB：数据的最低位，D0位 最高有效位MSB：数据的最高位，对应字节、字、双字分别指D7、D15、D31位,2.4.1存储单元及其存储内容,数据的存储格式,低地址,存储单元及其存储内容,每个存储单元都有一个编号；被称为存储器地址 每个存储单元存放一个字节的内容,0002H单元存放有一个数据
