[工学]北航微机原理课件第二讲

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1、第二讲8086/8088CPU的结构 2009.2.24(星期二),主要内容： 1.复习三种码制之间关系及特点 2.第三章 8086/8088微处理器及其系统,三种码制之间关系及特点： 正数：原，反，补相同 负数：原，反，补不同，但最高位为1。 负数: 原反， 符号位不变，尾数按位求反 反原 ，符号位不变，尾数求反. 原补 ，符号位不变，尾数按位求反+1 补原， 符号位不变，尾数求反+1,X补1 000 0000，求二进制的真值。 X原1 111 111111000 0000128 真值为绝对值，为128。,5.判断溢出的方法：根据结果判断溢出（运算结果超出了数据宽度表示的范围127D128）

2、 V=CD7 CD6，CD7 CD6不等，V=1表示有溢出。 两正数相加、两负数相加、正数与负数相加的正数几种情况分析得到。,例：正数溢出的情况,X=0100 0000 (64)10 Y=01000001 (65) 10 0100 0000补码 + 0100 0001补码 = 1000 0001 补码(-127) 10 ， CD7=0，CD6=1，V=1,有溢出，需要进行调整。,第三章 8086/8088微处理器及其系统 分五部分讨论： （一） 8088编程结构 （二） 8088的寄存器结构 （三）引脚功能与典型系统结构 （四）存储器组织 （五）指令系统,本讲内容： 一、8086/8088微处

3、理器 1.内部结构 2.寄存器结构 概述 INTEL 8086为16位机. INTEL 8088（简称8088）是一种准16位微处 理器， 在INTEL8080与8085的基础上发展起来的。,8086/88结构特点： (1) 内部结构 是16位的 （内部寄存器，内部运算部件，内部操作按 16位设计）； (2)外部数据总线8条，能处理16位数据,也能处理8位数据； （具有16位运算指令，包括*、/指令） (3) 汇编语言与8080/8085兼容，即能执行整套8080/8085的指令. 增加了许多16位操作指令； (4) 20条地址总线，直接寻址能力1M字节； (5) 40条引线封装； (6) 单

4、相时钟； (7) 电源为5V。 8086与8088的主要区别在于8086的外部数据总线16位。,（一）、8088编程结构 编程结构：从程序员和使用者的角度来看的结构。 这种结构与CPU内部的物理结构和实际布局有区别。 8088编程结构如下页图所示（P23） 分两部分： 1、总线接口单元 BIU（Bus Interface Unit） 2、执行部件 EU （Execution Unit）,8086编程结构,1、总线接口单元 BIU（Bus Interface Unit） （1）功能：负责与 M、I/O 端口传送数据。 具体讲： 总线接口部件要从内存 取指令送到指令队列； CPU执行指令时，要配合

5、执行部件从指定的内存单元 或者外设端口中取数据，将数据传送给执行部件； 或把执行部件的操作结果传送给指定的M或I/O口。,（2）组成 4 个段地址寄存器（CS、DS、ES、SS）， 16位指令指针寄存器IP， 20位的地址加法器(16d段地址+偏移地址物理地址), 6字节（8086）或4字节（8088）的指令队列, 总线控制电路: 处理器与外界总线联系的转接电路。 包括三组总线： 20 位地址总线， 16/8 位双向数据总线，一组控制总线。,(3 )二点说明 指令队列 8086 的指令队列为6个字节, 8088 的指令队列为4个字节。 不论是8086还是8088都会在执行指令的同时从内存中取下

6、一条或几条指令，取来的指令放在指令队列中，使 BIU 具有预取指令的功能，是一种先进先出（FIFO）的数据结构。 指令执行顺序 顺序指令执行：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：BIU 清除指令队列中的内容，从新的地址取入指 令，立即送往执行单元，然后再从新单元开始重 新填满队列。,2、EU （Execution Unit）执行单元 （1）、 功能：负责指令执行。 （2）、 组成： 4个通用寄存器：AX、BX、CX、DX 4个专用寄存器：BP、SP、SI、DI， 标志寄存器（PSW）： 9个标志位，其中6个条件标志位用于存放结果状态， 算术逻辑单元： 16 位加法器，用

7、于对寄存器和指令操作数进行算术或逻辑运算， EU 控制系统： 接受从总线接口单元的指令队列中取来的指令代码， 对其译码和向 EU 内各有关部分发出时序命令信号， 协调执行指令规定的操作。,由此可见，8086/8088取指部分与执行部分是分开的。 在一条指令的执行过程中可以取出下一条（或多条）指令，指令 在指令队列中排队； 在一条指令执行完成后,就可以立即执行下一条指令，减少CPU为取指令而等待的时间，提高CPU的利用率和整个运行速度。 8086/8088微处理器: BIU和EU分开，取指和执行可以重迭， 大大减少了等待取指所需的时间，提高CPU的利用率。 重迭操作技术：一方面提高了整个执行速率

8、， 另一方面降低了与之相配的存储器的存取速度的要求。,（二 ) 、 8088的寄存器结构 (P22),PSW（程序状态字）结构,1、通用寄存器 通用寄存器包括： 数据寄存器、地址指针寄存器、变址寄存器。 数据寄存器包括: AX 、BX 、CX 、DX 。 地址指针寄存器包括: SP 、 BP 。 变址寄存器包括: SI 、 DI 。 2、段寄存器 段寄存器包括: CS 、 SS 、 DS 、 ES 。 3、控制寄存器 控制寄存器包括：IP 、PSW。,1、通用寄存器 （1）数据寄存器 AX、BX、CX、DX 作为通用寄存器。 用来暂存计算过程中所用到的操作数，结果或其它信息。 访问形式: 可以

9、用16位的访问; 或者可以用字节（8位）形式访问, 它们的高8位记作 : AH 、 BH 、 CH 、 DH 。 它们的低8位记作 : AL 、BL 、CL 、DL 。,AX（Accumulator）作为累加器。 它是算术运算的主要寄存器， 所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。 例： IN AL , 20H OUT 30H , AX BXBase用作基址寄存器使用。 在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。 例： MOV AX, BX+03H,CXCount可以作计数寄存器使用。 在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。 例： MOV CX , 200H AGAIN: L

10、OOP AGAIN ；（CX)-1(CX),结果0转AGAIN DXData可以作为数据寄存器使用。 一般在双字长乘除法运算时， 把DX和AX组合在一起存放一个双字长(32位)数，DX用来存放高16位; 对某些I/O操作DX可用来存放I/O的端口地址（口地址 256）。 例： MUL BX ; (AX)(BX)(DX)(AX) 例: IN AL , DX,（2）地址指针与变址寄存器： 段起始地址 SP、BP、SI、DI 四个16位寄存器。 以字为单位在运算过程中存放操作数， 经常用以在段内寻址时提供偏移地址。 段内偏移地址 段地址 :只取段起始地址高16位值。 偏移地址:指在段内某内存单元物理

11、地址相对段起始地址的偏移值。,高16位值 0000B,地址指针寄存器(SP 、 BP ) SP（stack pointer）堆栈指针寄存器 用来指示栈顶的偏移地址, 必须与SS段寄存器联合使用确定实际地址。 堆栈和指针如下页图所示。 BP（base pointer）基址指针寄存器 可以与SS寄存器联合使用来确定堆栈段中某一存储器单元地址。,变址寄存器(SI 、 DI) SISource Index Register 源变址寄存器。 DIDestination Index 目的变址寄存器。 使用场合：常用于变址寻址。 一般与DS联用，用来确定数据段中某一存储单元的地址， SI , DI具有自动增

12、量和自动减量功能. 例： MOV AX, SI,2、段寄存器 段寄存器: 4个16位段寄存器CS、DS、SS、ES。 用来识别当前可寻址的四个段，不可互换的使用。 CSCode Segment Register 代码段寄存器 用来识别当前代码段（程序一般放在代码段）。 DSData Segment Register数据段寄存器 用来识别当前数据段寄存器。 SSStack Segment Register堆栈段寄存器， 用来识别当前堆栈段。 ESExtra Segment Register附加段寄存器， 用来识别当前附加段。,3、控制寄存器 控制寄存器：IP 、 PSW IPInstructio

13、n Pointer指令指针寄存器 用来存储代码段中的偏移地址; 程序运行过程中IP始终指向下一次要取出的指令偏移地址。 IP要与CS寄存器相配合才能形成真正的物理地址。 PSW（Processor States Word Program） 程序状态字寄存器， 16位寄存器。 由条件码标志FLAG、控制标志构成。 只用了其中9位, 6位条件码标志 , 3位控制标志。如下表示。,条件码标志: 用来记录程序中运行结果的状态信息作为 后续条件转移指令的转移控制条件。称为条件码。 条件码包括6位：CF 、 PF 、 AF 、 ZF 、 SF 、 OF 。 OF（Overflow Flag）溢出标志（一般

14、指补码溢出） OF=1：在运算过程中，如操作数超过了机器表示的范围称为溢出。 OF=0：在运算过程中，如操作数未超过了机器能表示的范围称为 不溢出。 字节允许范围 -128+127，字运算范围 -32768+32767 。, SF（Sign Flag）符号标志 SF=1：记录运算结果的符号为负。 SF=0：记录运算结果的符号为正。 ZF（Zero Flag）零标志 ZF=1：运算结果为0。 ZF=0：运算结果不为0。 CF（Carry Flag）进位标志 CF=1：记录运算时从最高有效位产生进位值。 CF=0：记录运算时从最高有效位不产生进值。, AF（Auxiliary Carry Flag

15、）辅助进位标志 AF=1：记录运算时第3位（半个字节）产生进位值。 AF=0：记录运算时第3位（半个字节）不产生进位值。 PF(Parity Flag)奇偶标志 PF=1: 结果操作数低8位中有偶数个1。 PF=0: 结果操作数低8位中有奇数个1。 用来为机器中传送信息时可能产生的代码出现情况提供检验条件。,控制标志: 对控制标志位进行设置后,对其后的操作起控制作用。 控制标志位包括3位: TF、 IF 、 DF 。 跟踪（陷阱）标志TF、中断标志IF 、方向标志 DF 。 TF(Trap Flag)跟踪(陷阱)标志位 TF=1 ,每执行一条指令后，自动产生一次内部中断， 使CPU处于单步执行

16、指令工作方式，便于进行程序调试，用户能检查程序。 TF=0, CPU正常工作，不产生陷阱。,IF(Interupt Flag)中断标志 位 IF=1, 允许外部可屏蔽中断。CPU可以响应可屏蔽中断请求。 IF=0, 关闭中断。CPU禁止响应可屏蔽中断请求。 IF的状态对不可屏蔽中断和内部软中断没有影响。 DF(Direction Flag)方向标志位 DF=1,每次串处理操作后使变址寄存器SI和DI减量，使串处理从 高地址向低地址方向处理。 DF=0,每次串处理操作后使变址寄存器SI和DI增量, 使串处理从 低地址向高地址方向处理。 DF方向标志位是在串处理指令中控制处理信息的方向用的。,控制信