1微处理器指令系统

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1、第二章 微处理器指令系统,华北电力大学 计算机系刘丽,2,本章主要内容,8088/8086的内部结构 8088/8086的指令系统 寻址方式 指令系统 难点 存储器分段，存储器单元物理地址的形成，各寄存器的用途 8086常用指令的功能，熟悉8086的各种寻址方式进行汇编语言程序设计的基础,3,本章教学重点,8088/8086的寻址方式 8088/8086的基本指令 数据传送 加减运算 逻辑运算、移位 控制转移、功能调用 汇编语言程序段,4,2.1 微处理器的内部结构,从应用角度（不是从内部工作原理）展开 典型8位微处理器的基本结构 8088/8086的功能结构 8088/8086的寄存器结构

2、8088/8086的存储器结构 为学习指令系统打好基础,例如：关心用户“可编程”寄存器， 不关心无法操纵的“透明”寄存器,5,2.1.1 微处理器的基本结构,1.算术逻辑单元（运算器） 2.寄存器组（透明、可编程） 3.指令处理单元（控制器）,8位CPU的基本组成,6,2.1.2 8088/8086 的功能结构,7,2.1.2 8088/8086 的功能结构,8088的内部结构从功能上分成两个单元 1. 总线接口单元BIU 管理8088与系统总线的接口 负责CPU对存储器和外设进行访问 2. 执行单元EU 负责指令的译码、执行和数据的运算 两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可以并行执行，实

3、现指令预取。（指令读取和执行的流水线操作）,8,2.1.2 8088/8086 的功能结构,总线使用情况 取指操作（BIU负责） 取指以外的其他总线操作（BIU负责） 总线空闲 总线请求设备占用总线 指令译码后，CPU进行的操作分为两类： 内操作：所有8位、16位的算术逻辑运算均由EU完成，其中包括16位有效地址EA的计算（注意不包括20位物理地址的计算，物理地址计算在BIU中进行） 外操作：所有指令所要求的读写存储器或者外设的操作，仍将通过BIU和总线来进行 指令预取,9,2.1.3 8088/8086的寄存器结构,8088/8086的寄存器组有 8个通用寄存器 4个段寄存器 1个标志寄存器

4、 1个指令指针寄存器 他们均为16位!,图示,汇编语言程序员看到的处理器，就是寄存器所以，一定要熟悉这些寄存器的名称和作用,10,1. 通用寄存器,8088有8个通用的16位寄存器 （1）数据寄存器: AX BX CX DX （2）变址寄存器: SI DI （3）指针寄存器: BP SP 4个数据寄存器还可分成高8位和低8位两个独立的寄存器，这样又形成8个通用的8位寄存器 AX： AH AL BX： BH BL CX： CH CL DX： DH DL,11,8088的寄存器组,12,（1）数据寄存器,AX称为累加器（Accumulator） 使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等

5、 BX称为基址寄存器（Base address Register） 常用做存放存储器地址 CX称为计数器（Counter） 作为循环和串操作等指令中的隐含计数器 DX称为数据寄存器（Data register） 常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址,13,（2）变址寄存器,16位变址寄存器SI和DI 常用于存储器变址寻址方式时提供地址 SI是源地址寄存器（Source Index） DI是目的地址寄存器（Destination Index） 在串操作类指令中，SI、DI还有较特殊的用法,现在不必完全理解，以后会详细展开,14,（3）指针寄存器,指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据

6、SP为堆栈指针寄存器（Stack Pointer）,指示堆栈段栈顶的位置（偏移地址） BP为基址指针寄存器（Base Pointer），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）是主存中一个特殊的区域，采用“先进后出”或“后进先出”存取操作方式、而不是随机存取方式。 用8088/8086形成的微机系统中，堆栈区域被称为堆栈段,15,2. 指令指针寄存器,IP（Instruction Pointer）为指令指针寄存器，指示主存储器指令的位置 随着指令的执行，IP将自动修改以指示下一条指令所在的存储器位置 IP寄存器与CS段寄

7、存器联合使用以确定下一条指令的存储单元地址 代码段由CPU自动维护，IP寄存器是一个专用寄存器 堆栈段由CPU自动维护，虽然SP是通用寄存器，但不做他用，也归为专用寄存器,16,3. 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 8088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,17,标志寄存器-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,标志寄存器FL

8、AGS,18,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CF1 否则CF0,3AH + 7CHB6H，没有进位：CF = 0 AAH + 7CH（1）26H，有进位：CF = 1,19,零标志ZF（Zero Flag）,若运算结果为0，则ZF1 否则ZF0,3AH7CHB6H，结果不是零：ZF0 84H7CH（1）00H，结果是零：ZF1,注意：ZF为1表示的结果是0,20,符号标志SF（Sign Flag）,运算结果最高位为1，则SF1 否则SF0,3AH7CHB6H，最高位D71：SF1 84H7CH（1）00H，最高位D7

9、0：SF0,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态,21,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，PF1 否则PF0,3AH7CHB6H10110110B 结果中有5个“1”，是奇数：PF0,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,22,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：OF1 AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：OF0,？,23,补充：什么是溢出,处理器内部以补码表示有符号数 8位表

10、达的整数范围是：127 128 16位表达的范围是：32767 32768 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；补码B6H表达真值是74，显然运算结果也不正确,B6H10110110B，最高位为1， 作为有符号数是负数对B6H求真值： 减一求反10110101010010104AH-74 带借位0减 100-B6H=4AH-74所以，B6H表达有符号数的真值为74,24,补充：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

11、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,？,25,补充：溢出和进位的对比,例1：3AH7CHB6H 无符号数运算： 58124182范围内，无进位，CF=0 有符号数运算： 58124182范围外，有溢出，OF=1，结果不正确,例2：AAH7CH（1）26H 无符号数运算： 170124294范围外，有进位，结果正确 有符号数运算： 8612438范围内，无溢出,26,补充：溢出和进位的应用场合,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

12、志，由程序员来决定。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,27,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,例1：3AH7CHB6H 溢出 例2：AAH7CH 无溢出 例3：3AH7CH 无溢出 例4：AAH7CH2EH 溢出,28,辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）,3AH7CHB6H，D3有进位：AF1,运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF1 否则

13、AF0,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,29,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：DF1,30,中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）,控制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：IF1,31,陷阱标志TF（Trap Flag）,用于控制处理器进入单步操作方式

14、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,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,32,4.段寄存器,8086微处理器共有4个16位的段寄存器，在寻址内存单元时，用它们直接或间接地存放段地址。 代码段寄存器CS：存放当前执行的程序的段地址 数据段寄存器DS：存放当前执行的程序所用操作数的段地址 堆栈段寄存器SS：存放当前执行的程序所用堆栈的段地址 附加段寄存器ES：存放当前执行程序中一个辅助数据段的段地址,以后会详细展开,

15、33,2.1.4 8088/8086的存储器结构,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,34,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

16、入主存,35,1. 数据的存储格式,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,图示,36,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,图示,0002H单元存放有一个数据34H 表达为 0002H34H,37,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2-5中0002H“字”单元的内容为： 0002H = 1234H 0002H号“双字”单元的内容为： 0002H = 78561234H,