第二章 微处理器结构.

1、第二章第二章 微处理结构微处理结构学习重点学习重点u 80868086微处理器内部基本结构微处理器内部基本结构u 80868086微处理器的存储器组织微处理器的存储器组织微处理器结构微处理器结构目录目录u第一节第一节 80868086微处理器的内部结构微处理器的内部结构u第二节第二节 80868086微处理器的引脚功能微处理器的引脚功能u第三节第三节 80868086微处理器的总线时序微处理器的总线时序u第四节第四节 从从80868086到到Pentium IIIPentium III微处理器结构微处理器结构第一节第一节 80868086微处理器的内部结构微处理器的内部结构一一, ,总线结构总

2、线结构二二, ,执行部件和总线接口部件执行部件和总线接口部件三三,8086,8086的编程结构的编程结构四四,8086,8086系统中的存储组织及物理地址的形成系统中的存储组织及物理地址的形成微处理器结构微处理器结构一一, ,总线结构总线结构u组成组成: :地址总线、数据总线、控制总线地址总线、数据总线、控制总线微处理器结构微处理器结构u数据总线数据总线( (双向双向) ): :是微处理器向内存储是微处理器向内存储器、器、I/OI/O接口传送数据的通路。接口传送数据的通路。u地址总线地址总线( (单向单向) ): :是微处理器向内存储是微处理器向内存储器、器、I/OI/O接口传送地址信息的通路

3、。接口传送地址信息的通路。u控制总线控制总线( (双向双向):):是微处理器向内存储是微处理器向内存储器、器、I/OI/O接口传送命令信号以及接受外接口传送命令信号以及接受外界向微处理器传送状态信号等的通路。界向微处理器传送状态信号等的通路。微处理器结构微处理器结构二二, ,执行部件和总线接口部件执行部件和总线接口部件总线接口部件总线接口部件(BIU)(BIU)和执行部件和执行部件(EU)(EU)能能独立运行，在一条指令的执行过程中，独立运行，在一条指令的执行过程中，就可取下一条指令送入指令队列，实现就可取下一条指令送入指令队列，实现流水操作，提高指令运行速度，因为流水操作，提高指令运行速度，

4、因为EUEU与与BIUBIU可实现并行操作。可实现并行操作。 微处理器结构微处理器结构u总线接口部件总线接口部件(BIU)(BIU): :负责从存储器预取负责从存储器预取指令和数据，以及所有指令和数据，以及所有EUEU需要的总线操需要的总线操作，实现作，实现CPUCPU与存储器和外设之间信息与存储器和外设之间信息传递。传递。BIUBIU主要由主要由指令队列指令队列、指令指针指令指针寄存器寄存器、段寄存器段寄存器、地址形成逻辑地址形成逻辑（地（地址加法器，形成址加法器，形成2020位的物理地址）、位的物理地址）、总总线控制逻辑线控制逻辑组成。组成。微处理器结构微处理器结构u执行部件执行部件(EU

5、):(EU):是控制和执行指令，主是控制和执行指令，主要由要由算术逻辑部件算术逻辑部件ALUALU、EUEU控制系统控制系统 (EU(EU控制部件控制部件) )、8 8个个1616位寄存器位寄存器和和一个一个标志寄存器标志寄存器组成。组成。通用寄存器通用寄存器: :AX(AHAX(AH、AL),BX(BHAL),BX(BH、BL),CX(CHBL),CX(CH、CL),DX(DHCL),DX(DH、DL),SP, DL),SP, BP,SI,DIBP,SI,DI控制寄存器控制寄存器: : 标志寄存器标志寄存器微处理器结构微处理器结构u80868086微处理器的基本框图微处理器的基本框图微处理器

6、结构微处理器结构u80868086微处理器程序执行步骤微处理器程序执行步骤 从内存储器中取出一条批令，分析操作作从内存储器中取出一条批令，分析操作作码；码； 读出一个操作数读出一个操作数( (如要指令需要操作数如要指令需要操作数); ); 执行的令；执行的令； 将结果写入内存储器将结果写入内存储器( (如果批令需要如果批令需要) )。微处理器结构微处理器结构三三, , 8086 8086的编程结构的编程结构u寄存器寄存器: :共有共有1414个十六位寄存器。个十六位寄存器。寄存器寄存器序号序号寄存器代码寄存器代码寄存器名称寄存器名称通用寄存器通用寄存器1 1AH(AH(高高8 8位位) )AX

7、AXAL(AL(低低8 8位位) ) 累加器累加器2 2BH(BH(高高8 8位位) )BXBXBL(BL(低低8 8位位) ) 基址寄存器基址寄存器3 3CH(CH(高高8 8位位) )CXCXCL(CL(低低8 8位位) ) 计数计数寄存器寄存器4 4DH(DH(高高8 8位位) )DXDXDL(DL(低低8 8位位) ) 数据数据寄存器寄存器5 5SPSP 堆栈堆栈指针寄存器指针寄存器6 6BPBP 基址基址指针寄存器指针寄存器7 7SISI 源源变址寄存器变址寄存器8 8DIDI 目的目的变址寄存器变址寄存器段寄存器段寄存器9 9CSCS 代码代码段寄存器段寄存器1010DSDS 数据

8、段数据段寄存器寄存器1111SSSS 堆栈堆栈段寄存器段寄存器1212ESES 附加附加段寄存器段寄存器控制寄存器控制寄存器1313IPIP 指令指令指针寄存器指针寄存器1414FRFR 标志寄存器标志寄存器微处理器结构微处理器结构u通用寄存器通用寄存器: :共有共有4 4个十六位寄存器。个十六位寄存器。寄存器序号寄存器代码寄存器名称通用寄存器1AH(高8位)AXAL(低8位) 累加器2BH(高8位)BXBL(低8位) 基址寄存器3CH(高8位)CXCL(低8位) 计数寄存器4DH(高8位)DXDL(低8位) 数据寄存器AX:AX:的默认用法有：的默认用法有：AXAX为十六位累加器，为十六位累

9、加器，ALAL为八位累加器；在为八位累加器；在I/OI/O指令中指令中必须用必须用AXAX或或ALAL；AXAX与与DXDX配合组成配合组成3232位数据，位数据，DXDX中存放高中存放高1616位数据等；位数据等；BX:BX:常做为基地址寄存器；常做为基地址寄存器；CX:CX:在串操作或用循环指令（如在串操作或用循环指令（如LOOPLOOP等）中的循环计数必须选用等）中的循环计数必须选用CXCX；DX:DX:作为数据寄存器，在作为数据寄存器，在I/OI/O端口操作中存放端口地址，与端口操作中存放端口地址，与AXAX配合形成配合形成3232位数据。位数据。 寄存器隐含使用的默认搭配必须认真记住

10、，才不致于违反语法规则寄存器隐含使用的默认搭配必须认真记住，才不致于违反语法规则 微处理器结构微处理器结构u通用寄存器通用寄存器: :指指针寄存器针寄存器寄存器序号寄存器代码寄存器名称指针、变址寄存器(通用寄存器)5SP堆栈指针寄存器6BP基址指针寄存器指针寄存器指针寄存器: : 堆栈指针（堆栈指针（SPSP）和基址指针（）和基址指针（BPBP）通常用来作为十六）通常用来作为十六位地址指针。位地址指针。SPSP是是指向堆栈段栈顶存储单元的偏移量指向堆栈段栈顶存储单元的偏移量，且总是，且总是指向栈顶指向栈顶，进栈与，进栈与出栈的操作（字操作）皆由出栈的操作（字操作）皆由SPSP来指明偏移地址，堆

11、栈指针来指明偏移地址，堆栈指针SPSP就是这就是这样的隐含使用。样的隐含使用。BPBP用作地址指针时，默认的也是堆栈段，用作地址指针时，默认的也是堆栈段，用用BPBP作地址指针可以对堆作地址指针可以对堆栈中任何字节存储单元或字单元进行操作栈中任何字节存储单元或字单元进行操作，这与，这与SPSP所不同之处。但所不同之处。但BP BP 指明的存储单元可允许段跨越。指明的存储单元可允许段跨越。微处理器结构微处理器结构u通用寄存器通用寄存器: :变址寄存器变址寄存器寄存器序号寄存器代码寄存器名称指针、变址寄存器(通用寄存器)7SI源变址寄存器8DI目的变址寄存器变址寄存器变址寄存器: :SISI，DI

12、DI皆为十六位寄存器，用法有三：皆为十六位寄存器，用法有三：在串操作指令中，源串操作数必须用在串操作指令中，源串操作数必须用SISI来提供偏移量，目的串操作来提供偏移量，目的串操作数必须用数必须用DIDI提供偏移量。对于串操作指令，提供偏移量。对于串操作指令，SISI、DIDI的作用绝对不能的作用绝对不能互换，此情况下，互换，此情况下，SISI、DIDI才是名副其实的源变址寄存器与目的变址才是名副其实的源变址寄存器与目的变址寄存器，必须严格按规定使用寄存器，必须严格按规定使用SISI、DIDI。在串指令以外的多数情况下，源和目的变址寄存器，可由用户随意在串指令以外的多数情况下，源和目的变址寄存

13、器，可由用户随意选用，被用来作地址寄存器，在变址寻址中选用，被用来作地址寄存器，在变址寻址中SISI、DIDI的内容作为段内的内容作为段内偏移量的组成部分。偏移量的组成部分。SISI、DIDI两寄存器除作地址寄存器外，同两寄存器除作地址寄存器外，同BPBP类似，也可以作为通用数类似，也可以作为通用数据寄存器使用，存放操作数和运算结果。据寄存器使用，存放操作数和运算结果。微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器: : IP IP指令指针寄存器指令指针寄存器。寄存器序号寄存器代码寄存器名称控制寄存器13IP指令指针寄存器14FR标示寄存器控制寄存器控制寄存器: :IPIP指令指针寄存器，指示

14、代码段指令的偏移地址。指令指针寄存器，指示代码段指令的偏移地址。IPIP寄寄存器是一个专用寄存器，用户不能直接访问。存器是一个专用寄存器，用户不能直接访问。IPIP与其它计算机和微处理器中程序计数器与其它计算机和微处理器中程序计数器PCPC的作用类同，它是指令的作用类同，它是指令的地址指针。它用来存放代码段中的偏移地址。在程序运行的过程的地址指针。它用来存放代码段中的偏移地址。在程序运行的过程中，它始终指向下一条指令的首地址，称为当前中，它始终指向下一条指令的首地址，称为当前IPIP，它与，它与CSCS寄存器寄存器联用确定下一条指令的物理地址。当这一地址送到存储器后，控制联用确定下一条指令的物

15、理地址。当这一地址送到存储器后，控制器可以取得下一条要执行的指令，而控制器一旦取得这条指令就马器可以取得下一条要执行的指令，而控制器一旦取得这条指令就马上修改上修改IPIP的内容，使它指向下一条指令的首地址。可见，计算机就的内容，使它指向下一条指令的首地址。可见，计算机就是用是用IPIP寄存器来控制指令序列的执行流程的，因此寄存器来控制指令序列的执行流程的，因此IPIP寄存器是计算寄存器是计算机中很重要的一个控制寄存器。机中很重要的一个控制寄存器。微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。寄存器序号寄存器代码寄存器名称控制寄存器13IP指令指针寄存器14

16、FR标志寄存器标志寄存器标志寄存器(PSW(PSW寄存器寄存器):):存放存放ALUALU执行完算术和逻辑运算后的执行完算术和逻辑运算后的状态标状态标志志和和控制标志控制标志的寄存器。反映指令执行结果或控制指令执行形式。的寄存器。反映指令执行结果或控制指令执行形式。OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。标志作用标志作用: :存放存放ALUALU执行完算术和逻辑运算后的状态标志和执行完算术和逻辑运算后的状态标志和控制

17、标志的寄存器。反映指令执行结果或控制指令执行形控制标志的寄存器。反映指令执行结果或控制指令执行形式。式。状态标志状态标志用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将自动地改变它（的执行都将自动地改变它（CFCF、OFOF、AFAF、SFSF、ZFZF、PFPF）。）。控制标志控制标志可由用户根据需要用指令进行设置，用于控制可由用户根据需要用指令进行设置，用于控制处理器的具体工作方式（处理器的具体工作方式（DFDF、IFIF、TFTF）。）。OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果

18、状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。 进位标志进位标志CFCF: : 运算结果的最高有效位有进位（加法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）或借位（减法）时，进位标志置1 1，即，即CF = 1CF = 1；否；否则则 CF=0 CF=0 。例如例如( (以以8 8位运算为例位运算为例):):3AH + 7CH3AH + 7CHB6HB6H 没有进位：没有进位：CF=0CF=0AAH + 7CHAAH + 7CH （1 1） 26H26H有进位：有进位：CF=1CF=1OF1115 12DF10

19、IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。 符号标志符号标志SFSF: : 运算结果最高位为运算结果最高位为1 1，则，则SF=1SF=1；否则；否则SF=0SF=0。例如例如( (以以8 8位运算为例位运算为例):):3AH + 7CH3AH + 7CHB6HB6H最高位最高位D7D71 1：SF=1SF=186H + 7CH86H + 7CH00H00H 最高位最高位D7D70 0：SF=0SF=0OF1115 12DF10IF9TF8SF

20、7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。 奇偶标志奇偶标志PFPF: :当运算结果最低字节中当运算结果最低字节中“1”1”的个数为零的个数为零或偶数时，或偶数时，PF=1PF=1；否则；否则PF=0PF=0。 例如例如( (以以8 8位运算为例位运算为例): 3AH + 7CH): 3AH + 7CHB6HB6H10110110B10110110B 结果中有结果中有5 5个个1 1，是奇数，则，是奇数，则 PF=0PF=0注意：注意：PFPF标志仅反映最低标

21、志仅反映最低8 8位中位中“1”1”的个数是偶或奇的个数是偶或奇，即，即使使是进行是进行1616位字操作。位字操作。OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。 辅助进位标志辅助进位标志AFAF: :运算时运算时D3D3位（低半字节）有进位或借位（低半字节）有进位或借位时，位时，AF=1AF=1；否则；否则AF=0AF=0。 例如例如: : 3AH + 7CH3AH + 7CHB6HB6H D3 D3向前有进位：向前有进

22、位：AF=1AF=1 零标志零标志ZFZF: :若算术运算的结果为若算术运算的结果为0 0，则，则ZF=1ZF=1；否则；否则 ZFZF0 0 OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。 溢出标志溢出标志OFOF: :若算术运算的结果有溢出，则若算术运算的结果有溢出，则OF=1OF=1；否则；否则 OFOF0 0。 例如例如: : 3AH + 7CH 3AH + 7CHB6HB6H产生溢出：产生溢出：OF=1OF=1

23、AAH + 7CH AAH + 7CH(1)26H(1)26H没有溢出：没有溢出：OF=0OF=0OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。 方向标志方向标志DFDF: :用于串操作指令中，控制地址的变化方向用于串操作指令中，控制地址的变化方向: : 设置设置DFDF0 0，串操作后存储器地址自动增量；，串操作后存储器地址自动增量； 设置设置DFDF1 1，串操作后存储器地址自动减量，串操作后存储器地址自动减量OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制标志控制标志反映结果状态反映结果状态反应运算过程反应运算过程微处理器结构微处理器结构u控制寄存器控制寄存器:FR:FR标志寄存器。标志寄存器。 中断允许标志中断允许标志IFIF: : 用于控制外部可屏蔽中断是否可以用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应：被