《微型计算机系统的微处理器课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机系统的微处理器课件（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微机原理及应用,北京科技大学 理工类(非计算机专业)相关专业适用,计算机与通信工程学院,计算机与通信工程学院,第2章 微型计算机中的微处理器,讲授5个主题内容 8086/8088CPU的编程结构 8086/8088的存储器组织 8086/8088的I/O组织 8086/8088CPU的引脚功能和工作方式 8086/8088的典型时序分析,第1主题问题 8086/8088CPU的编程结构,主要内容：,8086/8088CPU的内部结构 8086/8088CPU的寄存器结构,8086/8088CPU的内部结构,8086/8088 CPU的内部结构基本相同 均由两个独立的工作部件组成 一个称为执行部
2、件（EU） 一个称为总线接口部件 （BIU）,8086/8088CPU的内部结构,8088CPU外部数据总线为8位、指令队列为4字节,寄存器组是中央处理器内的组成部分；寄存器是有限存储容量的高速存储部件，可用来暂存指令、数据和地址指令:确定运算与操作的类型数据:被运算或处理的对象地址:标记和确定内存中具体的存储位置,指令队列的设置，将利用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)；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位偏移地址计算得到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
3、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,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： 执行顺序指令时：指令队列存放紧接在执行指令后面的那一条指令 执行转移指令时：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，然后再从新的地址单元开始继续取指，并重新填满队列,8086的指令执行顺序,8086的EU和BIU是结构分开并可独立工作的，故取指令和执行指令在时间上，可重叠进行(并行) 采用该结构，可实际减少CPU的取指等待时间，提高了运算速度，提高了CPU的利用率和工作效率 称为
4、：“流水线”处理技术,BIU,EU,8086/8088CPU的内部(可编程)寄存器,包括14个16位的寄存器 4个数据寄存器 2个地址指针寄存器 2个变址寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器,1. 数据寄存器,包含4个16位寄存器；也可分别作为2个8位的字节寄存器使用；常用来存放操作数、运算结果或存放地址 AX(Accumulator)（AH、AL）累加寄存器 常用于数据运算或与外设交换数据 BX(Base)（BH、BL）基址寄存器 通常在间接寻址中用于存放(附加)数据段的基地址 CX(Count)（CH、CL） 计数寄存器 通常在循环、移位等操作中用于计数 DX(Data)（DH、DL） 数
5、据寄存器 常用于数据的传送或配合AX进行双字节运算,2. 段寄存器,包含4个16位段寄存器；用于存放各逻辑段的段基地址；不可互换使用 CS(Code Segment )：代码段寄存器 只能用于存放当前执行程序所在段的段基地址 DS(Data Segment )：数据段寄存器 只能用于存放当前使用数据所在段的段基地址 ES(Extra Segment )：附加段寄存器 只能用于存放当前附加数据段的段基地址 SS(Stack Segment )：堆栈段寄存器 只能用于存放当前堆栈段的段基地址,3. 地址指针寄存器,常用于存放当前堆栈段中某个存储单元的偏移地址 SP (Stack pointer)：
6、堆栈指针寄存器，存放当前堆栈段中栈顶的偏移地址 BP (Base pointer)：( 堆栈)基址指针寄存器，存放位于堆栈中的某个存储单元的偏移地址,4. 变址寄存器,SI (Source Index)：源变址寄存器 DI (Destination Index)：目标变址寄存器 变址寄存器常用于存放当前数据段中某一个存储单元的偏移地址 用SI存放源操作数的偏移地址 用DI存放目标操作数的偏移地址,IP (instruction pointer )寄存器 ： 指令指针寄存器，总是存放着下一次(马上)要取出执行的指令的偏移地址,5. 指令指针寄存器,6. 标志寄存器,FR (Flags regis
7、ter) 状态标志寄存器 8086/8088CPU设有一个16位的状态标志寄存器；但只使用了其中的9位，分别作为状态标志位和控制标志位 6个状态标志-寄存前一次ALU运算结果的状态信息 3个控制标志-寄存CPU的工作状态信息,标志寄存器各标志位的意义,溢出标志位OF用于反映带符号数加减运算所得结果是否溢出。如果运算结果超过当前运算位数所能表示的范围，则称为溢出，OF的值被置为1，否则，OF的值被清为0,方向标志DF位用来决定在“数据串操作”指令执行时的步进方向；DF=1表示由高字节向低字节方向进行称为递减方式；否则为0，称为递增方式,中断允许标志IF位用来决定CPU能否响应CPU外部的可屏蔽中
8、断发出的中断请求；但不管该标志为何值，CPU都必须响应CPU外部的不可屏蔽中断请求，以及CPU内部产生的中断请求；IF=1表示开中断,单步控制标志TF位用来控制CPU是正常(TF=0)执行，还是单步(TF=1)执行,符号标志SF用来反映运算结果的符号位，它与运算结果的最高位相同；对于带符号数反映运算结果的正负号；运算结果为正数时，SF的值为0，否则为1,零标志ZF用来反映运算结果是否为0；如果运算结果为0，则其值为1,辅助进位标志AF:在运算过程中，如果发生低4位向高4位的进位或借位时，辅助进位标志AF的值将被置为1;否则为0,奇偶标志PF用于标志运算结果的低8位中“1”的个数的奇偶性；如果“
9、1”的个数为偶数，则PF的值为1,进位标志CF主要用来反映运算是否产生进位或借位；如果运算结果的最高位产生了一个进位或借位，此时其值为1,标志寄存器置位问题,6个状态标志位根据ALU运算的结果，自动置 /复位 3个控制标志位需要在程序中用专门的指令置位/复位,运算对标志位的影响的例,SF=？ ZF=？ PF=？ CF=？ AF=？ OF=？,第2主题问题 8086/8088的存储器组织,主要内容：,存储器的组织 8086存储器的分体结构 存储器的分段管理和物理地址的形成,存储器的组织,在存储器中，以字节为单位存取数据 存储地址即为存储单元编号，称为地址 8086/8088提供20条地址总线(A
10、0-A19)，可寻址的存储空间为：220=1MB 每个存储单元的地址均为20位(但一般用5个十六进制数书写) 地址范围为：00000H-0FFFFFH,字节数据与字数据的存储,存储在一个存储单元中的数据称为字节数据 字节数据的存储方式：按顺序存放 其存储单元的地址，叫做该字节数据的存储地址 需要存储在相邻两个存储单元中的数据称为一个“字”，叫做字数据 字数据的存储方式：低字节存于低地址单元，高字节存于高地址单元 存放该字数据低字节的存储单元的地址，叫做该字数据的存储地址,存储器中数据的存储方式,00A22H,00B06H,00B07H,03A03H,03A04H,字数据3A0DH的存储地址为：
11、00B06H,字数据325EH的存储地址为：03A03H,字节数据3CH的存储地址为：00A22H,规则字与非规则字,存放一个字数据的低字节地址如果是偶数地址，则称为“规则字” 存放一个字数据的低字节地址如果是奇数地址，则称为“非规则字” 存取“规则字”与“非规则字”，其“读”或“写”操作过程不同(体现为所使用的总线周期数不同),在8086系统中，为充分利用16条数据线，提高数据的读取效率，将其可寻址的1MB存储器分为两个物理上独立的存储体；即奇地址存储体和偶地址存储体，各为512 KB,8086存储器的分体结构,奇地址存储体与CUP高8位数据总线(D15D8)相连，偶地址存储体与CUP低8位
12、数据总线(D7D0)相连 读/写偶地址体时，数据从低8位数据总线上传送 读/写奇地址体时，数据从高8位数据总线上传送 特别提示：关注BHE、A0和SEL三个选通信号,8086存储器的分体结构,8086存储器的分体结构,8086CPU是按16位结构设计，外部16条数据总线；可以通过两个存储体直接读/写一个字数据；也可以只从一个存储体中，读/写一个8位的字节数据 SEL为奇偶地址存储体的“片选”信号 奇偶地址存储体的选择由BHE信号和A0决定 所以读/写字数据或字节数据就会有几种不同的情况,读/写一个字节数据： 如果BHE=1，表示要读/写偶地址存储体，发送偶地址； 此时A0=0， DB8 - D
13、B15上的数据将被忽略 如果BHE=0，表示要读/写奇地址存储体；发送奇地址； 此时A0=1， DB0 - DB7上的数据将被忽略,读/写偶地址字节,读/写奇地址字节,8086存储器的分体结构,读/写一个规则字数据： 该字数据的地址是从偶地址开始的；发送该字数据的地址（一定是偶地址A0=0），同时令信号BHE=0，则只须执行一个总线读/写周期，便可一次完成对该字的读/写操作 低位数据线上读写低字节数据 高位数据线上读写高字节数据,8086存储器的分体结构,读/写一个非规则字数据： 该字数据的地址从奇地址开始，低字节数据放在奇地址存储体中，而高字节数据存放在偶地址存储体中 CPU需要发送两个地址
14、，并连续地执行二个总线读/写周期，才能分两次完成对该字的读/写 第一次读写奇地址体上数据，发送该字数据的地址(A0一定为1)，并令信号BHE=0，通过高位数据线读写低字节数据；偶地址体上的8位数据被忽略 第二次读写偶地址体上数据，再发送一个偶地址(A0=0)，并令信号BHE=1，通过低位数据线读写高字节数据,8086存储器的分体结构,数据读写小结,存储器的分段与物理地址的形成,8086/ 8088 的地址总线（AB）为20位 直接寻址范围是 220 = 1 MB个存储单元 但是: 8086/ 8088 的寄存器、ALU都是16位，送出的也只能是16位的地址数据 最多表示 216 = 64 KB
15、 个地址编号 就是说：16位的寄存器和ALU不能直接存放和处理20位的地址数据,CPU对存储器实行“分段”管理 将存储空间分为若干逻辑段，约定每个段的容量64 KB；并用16位的地址管理和标记，称为“段地址” 段内第一个单元称为段首单元；某单元距离段首单元总有一个相对的偏移量，用16位二进数标记，故最大偏移量为64K，称为“偏移地址” 某存储单元的实际地址用段基址和偏移地址共同表示,存储器的逻辑分段,比喻,假设 教室内有200个座位，都编有3位数的号码(100-299) 必须按号入座 但，入场卷上的编号只能是 2 位数 解决的办法之一 将全部座位先分为两个区域；每个区域的编号用两位数编制（如1
16、0、20） 每个区域可容纳100人，每个座位的编号为 00-99 那么，你的实际座位号应为：区域号*10+座位号,存储器的逻辑分段原则,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(即：段内的首个存储单元的地址的低4位一定均为0) 故：最大64KB，最小16B,段首地址、段基地址和偏移地址,60002H,12H,60000H,0 0 0 0,段基址(16位),段首单元地址(20位), , ,偏移地址=0002H,每个段都从低4位为0的存储单元开始 段首单元地址的高16位为 段基址 偏移地址为相对于段首地址的偏移量,00H,一定为0,地址存储与寄存器,基址或变址寄存器-存储相应的偏移地址,段寄存器-存储各段的段基址,DS或ES,存储器地址的两种表示
