《微型计算机原理及应用》课件第2章IA-32结构微处理器

1、 第 2 章 80 x86系列结构微处理器与8086本章讲述：2.1 80 x86系列微处理器是8086的延伸2.2 8086的功能结构2.3 8086微处理器的执行环境本章重点难点 本章介绍微型计算机系统中的核心部件微处理器（CPU），通过学习CPU的功能结构，掌握CPU中的两个独立单元（执行单元EU和总线接口单元BIU的并行执行过程；通过介绍8086寄存器结构，学习汇编语言程序设计所需的14个寄存器，掌握这些寄存器的正确使用；通过介绍8086/8088的存储器组织与分段、I/O端口地址空间等基本知识，了解8086CPU与外围电路的关系。2.2 8086的功能结构的功能结构8086的功能结构

2、如图2-1所示。图21 8086的功能结构图从功能结构看，分两部分：2. 执行部件执行部件EU (Execution Unit)1. 总线接口部件总线接口部件BIU (Bus Interface Unit)二、总线接口部件二、总线接口部件BIU负责与存储器、I/O接口电路传送信息。1. BIU的功能：的功能：2. BIU的组成的组成(1) 四个段地址寄存器四个段地址寄存器CS 16位代码段寄存器DS 16位数据段寄存器ES 16位附加段寄存器SS 16位堆栈段寄存器(2) IP 16位指令指针寄存器位指令指针寄存器 指向下一条要取出的指令。(3) 20位地址加法器位地址加法器16位内部寄存器提

3、供的信息经地址加法器产生20位地址信息。逻辑地址段寄存器0000加法器物理地址190150150偏移地址段地址图2-3物理地址形成过程逻辑地址段寄存器0000加法器物理地址190150150偏移地址段地址图2-3物理地址形成过程例：指令的物理地址 = CS 16 + IP若CS = 1000H, IP = 3050H, 则 PA = 10000H + 3050H = 13050H 二、执行部件二、执行部件EU1. EU的功能：的功能：负责指令的执令。译码指令并利用内部寄存器和ALU来处理数据。2. 结构组成结构组成 四个通用寄存器AX，BX，CX，DX。 四个专用寄存器： 标志寄存器FR。 算

4、术逻辑单元ALU。基数指针寄存器BP，堆栈指针寄存器SP，源变址寄存器SI，目的变址寄存器DI。3. 8086 CPU中中EU的特点的特点 四个通用寄存器AX，BX，CX，DX可以作为 16位寄存器使用，也可以分别作为 两个8位寄存器使用。AXBXCXDXAHALBHBLCHCLDHDL AX又称累加器，指令系统中许多指令都是利又称累加器，指令系统中许多指令都是利用用AX来实现的。来实现的。 FR共有共有16位，其中位，其中7位未用，各位的定义如下：位未用，各位的定义如下：15014 13 12 11 10 987654321OF DF IF TF SF ZFAFPFCF标志寄存器根据功能，有

5、两类标志状态标志(6个)控制标志(3个)表2.1 8086 CPU 标志位情况名 称符 号符号标志SF功能与运算结果的最高位相同，当数据用补码表示时，负数的最高位为1，所以符号标志表示运算执行后的结果是正还是负零标志ZF当前的运算结果为零，当前的运算结果为非零奇偶标志PF运算结果所含的1的个数为偶数进位标志CF当执行一个加法运算使最高位产生进位时，或者执行一个减法运算引起最高位产生借位时，此外，循环指令也影响这一标志辅助进位标志AF加法运算时，如果第3位往第4位有进位；减法运算时，如果第3位往第4位有借位。辅助进位标志一般在BCD码运算中作为是否进行十进制调整的判断依据溢出标志OF运算过程中产

6、生溢出时，所谓溢出，是指当字节运算的结果超出了范围 128 +127，或者当字运算的结果超出了范围 32768 +32767时称为溢出方向标志DF控制串操作指令用的标志。 DF=0, 串操作过程中的地址会不断增值；DF=1, 串操作过程中的地址会不断减值中断标志IF控制可屏蔽中断的标志。 IF=0, CPU不能对可屏蔽中断请求作出响应； IF=1, CPU可以接受可屏蔽中断请求跟踪标志TFCPU按跟踪方式执行指令三、三、BIU和和EU的并行工作的并行工作 BIU 取指1取指2取指3 取指4 取数据 取指5EU等待执行1执行2执行3执行4大大减少了等待对取指所需的时间，提高了CPU的利用率。一方

7、面可以提高整个程序的执行速度，另一方面又降低了与之相配的存储器的存取速度的要求。这种重叠的操作技术，过去只在大型机中才使用称为流水线，在X86系列系列微处理器中得到了广泛的使用与提高。2.3 8086微处理器的执行环微处理器的执行环境境本节描述汇编语言程序员看到的8086处理器的执行环境。它描述处理器如何执行指令及如何存储和操作数据。执行环境包括内存（地址空间）、通用数据寄存器、段寄存器、标志寄存器（EFLAGES）和指令指针寄存器等。2.3.1 基本执行环境概要基本执行环境概要在8086处理器上执行的程序或任务都有一组执行指令的资源用于存储代码、数据和状态信息。这些资源构成了8086处理器的

8、执行环境。 地址空间 8086处理器上运行的任一任务或程序能寻址1MB（220）字节的线性地址空间。 基本程序执行寄存器 八个通用寄存器、四个段寄存器、标志寄存器FLAGS和IP（指令指针）寄存器组成了执行通用指令的基本执行环境。这些指令执行字节、字整型数的基本整数算术运算，处理程序流程控制，在字节串上操作并寻址存储器。 堆栈（stack） 为支持过程或子程序调用并在过程或子程序之间传递参数，堆栈和堆栈管理资源包含在基本执行环境中。堆栈定位在内存中。 I/O端口 8086结构支持数据在处理器和输入输出（I/O）端口之间的传送。8086处理器的基本执行环境如图2-4所示。2.3.2 基本的程序执

9、行寄存器基本的程序执行寄存器 处理器为了应用程序编程提供了如图2-4所示的14个基本程序执行寄存器。这些寄存器能分组如下： 通用寄存器 这八个寄存器能用于存放操作数和指针。这八个寄存器能用于存放操作数和指针。 段寄存器 这些寄存器最多能保存四个段选择子。这些寄存器最多能保存四个段选择子。 FLAGS寄存器 FLAGSFLAGS寄存器报告正在执行的程序的状寄存器报告正在执行的程序的状 态，并允许有限地（应用程序级）控制态，并允许有限地（应用程序级）控制 处理器。处理器。 IP寄存器 IPIP寄存器包合下一条要执行的指令的寄存器包合下一条要执行的指令的1616位指针。位指针。1通用寄存器通用寄存器八个32位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP用于处理以下项： 逻辑和算术操作的操作数； 用于地址计算的操作数； 内存指针。虽然所有这些寄存器都可用于存放操作数、结果和指针，但在引用SP寄存器时要特别小心。SP寄存器保持堆栈指针，通常不要用于其它目的。这些通用寄存器中的前四个，即A