[计算机硬件及网络]第02章8086系列结构微处理器ppt课件

1、第2章 80 x86系列结构微处理器与80862.1 80 x86系列微处理器8086 的延伸2.2 8086的功能结构2.3 8086微处理器的执行环境2.1 80 x862.1 80 x86系列微处理器是80868086的延伸IA-32结构的发展历史。808680386Intel 386处理器是IA-32结构系列中的第一个32位处理器。80486v奔腾（Pentium）vP6系列处理器v奔腾IIv奔腾IIIvIntel Pentium4处理器 Intel Pentium 4处理器是最新的IA-32处理器，并是第一个基于Intel NetBurst微结构的处理器。2.2 80862.2 80

2、86的功能结构 8086（8088）CPU从功能上来说分成两大部分：总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）和执行单元EU（Execution Unit）。BIU负责8086CPU与存储器之间的信息传送。EU部分负责指令的执行。地址地址/数据线数据线地址地址/数据线数据线非屏蔽中断非屏蔽中断可屏蔽中断可屏蔽中断最小最大模式控制最小最大模式控制MN/MX=1,最小模式最小模式MN/MX=0,最大模式最大模式读信号读信号总线保持请求信号总线保持请求信号总线保持相应信号总线保持相应信号写信号写信号存储器存储器/IO控制信号控制信号M/IO=1,选中存储器选中存储器M/IO=0,选中

3、选中IO接口接口数据发送数据发送/接收信号接收信号DT/R=1,发送发送DT/R=0,接收接收数据允许信号数据允许信号地址允许信号地址允许信号中断相应信号中断相应信号测试信号测试信号:执行执行WAIT指令，指令，CPU处于空转等待处于空转等待; TEST有效时有效时,结束等待状态。结束等待状态。准备好信号准备好信号:表示内存表示内存或或I/O设备准备好，设备准备好，可以进行数据传输。可以进行数据传输。复位信号复位信号 80868086引线1、MN/MX：最小/最大模式控制（输入，33脚） 接+5V，最小模式；接地，最大模式。2、VCC（40脚）：+5伏电源引出脚 GND（1、20脚）：接地引出

4、脚。3. AD15-AD0（第2-16，39脚），双向，三态。 地址/数据线：分时复用; T1状态：AD15AD0为地址信号； T2 、T3、TW、T4状态：数据信号.4. A19/S6A16/S3（输出，三态，35-38） 地址/状态信号 T1状态： A19A16为地址的高四位， T2、T3、TW、T4状态：为状态信号。 S6=0，8086CPU连在总线上； S5：中断允许标志设置： S5=0，允许可屏蔽中断请求 S5=1，禁止可屏蔽中断请求 S4 S3 0 0 使用使用ES 0 1 使用使用SS 1 0 使用使用CS 1 1 使用使用DSv5、BHE/S7（输出，三态，34） T1状态：D

5、15D8有效， T2、T3、TW、T4：为S7信号，在8086中无意义。 BHE和A0区分数据格式： BHE A0 操作 数据引脚 0 0 从偶地址写一个字 AD15AD0 1 0 从偶地址读/写一个字节 A D7AD0 0 1 从奇地址读/写一个字节 AD15AD8 0 1 1 0从奇地址读/写一个字 AD15AD0v6、NMI：非屏蔽中断（输入，17脚 不受中断允许标志IF的影响，不能用软件进行屏蔽。v7、INTR可屏蔽中断请求（输入，18脚 若IF=1，CPU将响应中断请求。v8、RD读信号（输出，32脚） 将对内存或I/O端口进行操作。v9、CLK时钟（输入，19 要求频率为：8086

6、-2：8MHZ10、TEST：测试信号（输入，第23脚） 执行WAIT指令，CPU处于空转等待，当 TEST有效时，结束等待状态。 11、RESET：复位信号（输入，21脚） 标志寄存器、IP、CS、ES、SS、DS和指 令队列清零，CS置为FFFFH。12、READY：准备好信号（输入，22脚） 表示内存或I/O设备准备好，可以进行数据传输。80868086的内部结构1 、8086内部寄存器，为16位。 8086有16位数据据线，与地址线A0-A15兼用；20位地址线,寻 址空间达到1MB.2、8088有8位数据线，与地址线A0-A7兼用； 引脚28、34信号，功能与8086稍有不同。808

7、68086的内部结构 8086CPU内部结构分成两部分: 总线接口部件BIU: 总线接口单元BIU，负责控制存贮器读写。 执行部件EU: 执行单元EU从指令队列中取出指令并执行。特点： 取指部分和执行指令部分分开进行，提高了速度。外部总线外部总线内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件 （EU)总线接口部件总线接口部件

8、（BIU)16位位20位位16位位执行部件总线接口部件通用寄存器通用寄存器四个专用寄存器SP：堆栈指针，其内容与堆栈段寄存器SS的 内容一起，提供堆栈操作地址。 BP：基址指针：构成段内偏移地址的一部分. SI:（Source Index）：SI含有源地址意思,产 生有效地址或实际地址的偏移量。 DI:（Destination Index）：DI含有目的意思, 产生有效地址或实际地址的偏移量。算术逻辑单元算术逻辑单元ALU：主要是加法器。大部分指令主要是加法器。大部分指令的执行由加法器完成。的执行由加法器完成。标志寄存器标志寄存器：16位字利用了9位。 标志分两类：状态标志状态标志（6位）位）

9、:反映刚刚完成的操作结果情况。控制标志控制标志（3位）位）:在某些指令操作中起控制作用。20位地址加法器四个段寄存器：CS、DS、SS、ESCS管理代码段;DS管理数据段SS管理堆栈段;ES管理附加段.16位的指令指针寄存器位的指令指针寄存器IP：IP中的内容是下一条指令对现行代码段基地址的偏移量，6字节的指令队列指令队列共六字节，总线接口部件BIU从内存取指令，取来的总是放在指令队列中；执行部件EU从指令队列取指令，并执行。执行部件EUEU（Excution UnitExcution Unit）1、 四个16位数据寄存器： AX、BX、CX、DX，每个16位寄存器可作8位寄存器。 16位 8

10、位 8位 AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DLv2、 四个专用寄存器 二个指针寄存器 SP：堆栈指针，其内容与堆栈段寄存器SS的内容相加，提供 堆栈操作地址。 BP：基址指针：构成段内偏移地址的一部分. 二个变址寄存器: SI:（Source Index）：SI含有源地址意思,产生有效地址或实际地址的偏移量。 DI:（Destination Index）：DI含有目的意思,产生有效地址或实际地址的偏移量。3、算术逻辑单元ALU： 主要是加法器。大部分指令的执行由加法器完成。4、 标志寄存器：16位字利用了9位。 标志分两类： 状态标志（6位）：反映刚刚完成的操

11、作结果情况。 控制标志（3位）：在某些指令操作中起 控制作用。OFDF IF TFZFAFSFPFCF15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 016 Oddity sign zap cat!进位标志CF: 运算结果有进位,CF=1,否则CF=0;奇偶校验标志PF:辅助进位标志AF:零标志ZF: 结果为零,ZF=1;否则CF=0;符号标志SF: 与运算结果的最高位相同;溢出标志OF:跟踪标志TF: CPU按跟踪方式执行指令;中断允许标志IF: IF=1,允许可屏蔽中断; 方向标志DF:标志位标志位控制位控制位例1、将两数相加，即0100 1100加 0110 01

12、01，CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值？ 0100 1100 + 0110 0101 1011 0001 CF=0，PF=1，AF=1，ZF=0， SF=1， OF=1 总线接口单元BIUBIU （Bus Interface UnitBus Interface Unit） 总线接口单元：控制存储器IO与CPU的信息传送。 1. 四个段寄存器：(CS.DS.SS.SS) 由于8086访问内存要20位地址(MB），而执行单元EU中所有寄存器 和数据通道均为16位，只能提供16位地址。 由四个段寄存器的某个段地址或地址偏移，通过地址加法器，形成20位物理地址。执行单元中各寄存器均为16位，

13、只能寻址 =64K字节，利用段寄存器，可以扩大寻址空间为 =1MB。段寄存器为信息按特征分段存贮带来方便.存储器可以划分为：程序区、数据区、堆栈区CS：16位的代码段寄存器，管理程序段DS：16位的数据段寄存器，管理数据段。ES：16位的扩展段（附加段）寄存器， 管理扩展段。SS：16位的堆栈段寄存器，管理堆栈段。162202v 2、16位的指令指针寄存器IP：IP中的内容是下一条指令对现行代码段基地址的偏移量，与段寄存器CS的内容相加，形成取指令的物理地址。v 3、20位地址加法器例：CS=A000H，代码段可寻址的空间？ CS左移四位： A000 0 H IP的内容：0000H FFFF

14、H物理地址：A0000 H AFFFF H 4 4、6 6字节的指令队列 指令队列共六字节，总线接口部件BIU从内存取指令，取来的总是放在指令队列中 执行部件EU从指令队列取指令，并执行 8086执行转移指令时，指令队列怎样变化？v1、当8086的指令队列有两个空字节，BIU自动取指令到指令队列中；v2、执行部件EU准备执行一条指令时，它从 BIU的指令队列取指令，然后执行； 特别的：当指令要求访问存贮器或 I/O 口时，执行单元EU向总线接口单元BIU发出请求，由BIU通过总线获取存储数据。v 3、指令队列已满，BIU与EU又无总线请求时,总线接口部件进入空闲状态。v 4、执行转移指令、调用

15、指令、返回指令时， BIU自动清除指令队 列，然后从新地址取指令，并立即送给EU，然后再从新单元开始，从新填满队列机构。 2.3 8086的存储器组织与的存储器组织与 I/O组织组织 2.4 80862.4 8086存储器组织与I/OI/O组织 8086：20条地址线，直接访问1MB的存储空间。 物理地址为：00000HFFFFFH。20M. 一、8086的存储器组织1、 00000 0段 00010 1段 v 2、 段的分配： 存储器0150H1CDOH4200HB000H64K代码代码64K堆栈堆栈64K数据数据64K附加附加CSSSDSES3逻辑地址（LA）和物理地址（PA） 物理地址：

16、就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器 进行数据交换时所使用的地址（20位）。 逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地 址两部分组成（16位）。 逻辑地址的表示形式为“段地址偏移地址”。 物理地址=段地址10H偏移地址 4专用和保留的存储器单元 二、物理地址的产生： 16d段地址+偏移地址=物理地址例：DS=1000H， 1 0 0 0 0 + 5 0 1 A 1 5 0 1 A 1501AH单元的内容为20H20H12H1501AH物理地址：20位绝对地址。逻辑地址和物理地址区别逻辑地址和物理地址区别逻辑地址：段基址和段内偏移量。物理地址 = 段基址 16 + 偏移地址段寄存

17、器值 0000 偏移地址 20位物理地址 16位4位150150190【例题】已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H， DS段有一操作数，其偏移地址=0204H，1)画出各段在内存中的分布 2)指出各段首地址 3)该操作数的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS CSDSES解：解： 各段分布及段首址见右图所示。各段分布及段首址见右图所示。 操作数的物理地址为：操作数的物理地址为： 250AH10H+0204H = 252A4H三、8086CPU的存储器接口： 1MB空间分为两个512KB的存储体： 偶地址存储体：连接D7D0，

18、A0=0 时选通； 奇地址存储体：连接D15D8，BHE=0时选通。 8086可以传送一个字节，也可以传送二个字节。SEL A19A1 高8位 512 8 D7D0SEL A19A1 低8位 512 8 D7D0A19A1A0BHED15D8D7D08086与存储器连接与存储器连接四、80868086的I/OI/O组织8086允许64K（65535个）个I/O端口；两个相邻8位端口可组合成一个16位端口；CPU执行访问I/O端口的指令时，产生有效的RD信号或WR信号，同时，M/IO=0，通过外部电路组合成对I/O端口的读写信号。 80386由6个能并行操作的功能部件组成，即总线接口部件、代码预

19、取部件、指令译码部件、存储器管理部件、指令执行与控制部件。这些部件按流水线结构设计，指令的预取、译码、执行等步骤由各自的处理部件并行处理。这样，可同时处理多条指令，提高微处理器的处理速度。 80486是功能上的另一次飞跃，它把386微处理器、X87FPU和片上的Cache集成在一起，从功能上形成了IA-32微处理器结构2.3 80862.3 8086微处理器的执行环境 IA-32结构微处理器的指令主要由两部分组成：即8086的微处理器指令和X87 FPU的协处理器指令。 IA-32结构微处理器指令系统在以下几个方面有重大发展。1奔腾MMX引入的指令2SSE指令3SSE2指令2.3.3 2.3.

20、3 存储器组织存储器组织 处理器在它的总线上寻址的存储器称为物理存储器。物理存储器按字节序列组织。每个字节赋予一个唯一的地址，称为物理地址。1实地址方式存储器组织IA-32结构微处理器中的实地址方式是为了与8086（8088）兼容而设置的，所以IA-32结构微处理器的实地址方式从存储器组织来看与8086（8088）的存储器组织是一样的。8086有20条地址引线，它的直接寻址能力为2201M字节。 8086内部的ALU能进行16位运算，有关地址的寄存器如SP、IP，以及BP、SI、DI等也都是16位的，因而8086对地址的运算也只能是16位。对于8086来说，各种寻址方式，寻找操作数的范围最多只

21、能是64K字节。所以，整个1M字节存储器以64K为范围分为若干段。在寻址一个具体物理单元时，必须要由一个基地址再加上由SP或IP或BP或SI或DI等可由CPU处理的16位偏移量来形成实际的20位物理地址。这个基地址就是由8088中的段寄存器，即代码段寄存器CS、堆栈段寄存器SS、数据段寄存器DS以及附加段寄存器ES中的一个来形成的。在形成20位物理地址时，段寄存器中的16位数会自动左移4位，然后与16位偏移量相加，如图2-16所示。2分段模式存储器结构 IA-32结构微处理器的基本存储模式是分段式存储模式。与8086类似，程序中给出的地址由两部分组成，即段基地址（一个段的起始地址）和段内偏移量

22、。段基地址由段寄存器的值确定，而段内偏移是由指令的寻址方式确定。3平面存储模式 平面存储模式实质上是分段存储模式的一种特例。当所有段寄存器的值相等且全指向线性地址0（所有段的段基地址都为0），即所有段都重合于同一个线性地址空间。1. 1M存储空间分成若干个逻辑段，每一段 64K存储器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大最大64KB段i-1段i段i+12. 段与段之间可以连续排列，部分重叠，断续排列。段与段之间可以连续排列，部分重叠，断续排列。2.5.4 2.5.4 基本的程序执行寄存器基本的程序执行寄存器处理器为了通用系统和应用程序编程提供了16个基本程序执行寄存器，如图2-20所示。

23、1通用寄存器 EAX操作数和结果数据的累加器。 EBX在DS段中数据的指针。 ECX串和循环操作的计数器。 EDXI/O指针。 ESI指向DS寄存器段中的数据指针、串操作的源指针。 EDI指向ES寄存器段中的数据（目标）的指针、串操 作的目标指针。 ESP堆栈指针（在SS段中）。 EBP堆栈上数据指针（在SS段中）。如在图2-21中所示，通用寄存器的低16位直接映射至8086处理器中能找到的寄存器组并用寄存器名AX、BX、CX、DX、BP、SP、SI和DI引用。这些16位寄存器中的前四个即AX、BX、CX和DX又可以分别作为AH、BH、CH和DH（高字节）以及AL、BL、CL和DL（低字节）8位寄存器引用。 SP是堆栈指针，它与段寄存器SS一起确定在堆栈操作时，堆栈在内存中的位置。用BP（Base Pointer Register）寻址堆栈操作数时，也是寻