微型计算机原理及应用：第2章 80868088微处理器及其体系结构（1）

1、第2章8086/8088微处理器 及其体系结构（1）第2章：8086微处理器-教学重点2.1 微处理器的内部结构2.2 微处理器外部特性（引脚功能）2.3 8086/8088的总线时序2.4 最小方式下的总线时序2.5 微机系统总线第2章：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）展开典型微处理器的基本结构8088/8086的功能结构8088/8086的寄存器结构8088/8086的存储器组织（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”寄存器内部数据总线控制总线数据总线地址总线暂存器累加器ALU标志寄存器指令寄存指令译码时序和控制逻辑通

2、 用寄存器组地 址寄存器组地址总线控制数据总线控制第2章: 2.1.1 微处理器的基本结构1.运算器2.寄存器组3.控制部件1. 总线接口部件BIU （Bus Interface Unit) 运输部门2. 执行部件EU (Execute Unit) 加工部门DSESSSCSIP数据暂存器执 行 部 件控 制 电 路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组BIUABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器EU运算器8088 编程结构DSESSSCSIP数据暂存器执 行 部 件控 制 电 路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHB

3、HCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组BIUABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器EU运算器8088的内部结构从功能上，也就是说在编程结构下，可分成两个单元：是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构，便于分析和理解，区别于实际的物理布局。第2章: 2.1.2 8088/8086的功能结构（编程结构）第2章: 2.1.2 8088/8086的功能结构（编程结构）1. 总线接口单元BIU 运输部门管理8088与系统总线的接口负责CPU对存储器和外设进行访问具体表现为： (1)从内存取指令，送到指令队列; (2)配合执行部件从指定的内存单元 或I/O端口取数据; (

4、3)将执行部件的操作结果送到指定的内存单元或I/O端口。2. 执行单元EU 加工部门负责指令的译码、执行和数据的运算（包括算术、逻辑运算，控制命令等）两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可以并行执行，实现指令预取（指令读取和执行的流水线操作）工作原理总线接口部件和执行部件可并行工作，提高工作效率。指令的提取和执行分别由BIU和EU完成。BIU和EU相互独立又相互配合 (1) 当指令队列有一个空字节时，BIU自动把指令取到指令队列中 (2) 执行部件总是从指令队列前部提出指令去执行。 (3) 如果在执行指令的过程中，需要访问内存或I/O端口，EU会请求BIU去完成存取操作。 由于有指令队列的存

5、在，在EU执行指令的同时，BIU可取指令，即BIU和EU可处于并行工作状态。 第2章：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8088CPU的内部寄存器8086、8088内部有 14个16位寄存器 按功能分为三类：通用寄存器段寄存器控制寄存器 通用寄存器分为三类：数据寄器:AX,BX,CX,DX地址指针寄器:SP,BP变址寄存器:SI,DI PSW中： 6 位条件标志： OF,SF,ZF,CF,PF,AF

6、3位控制标志： TF,IF,DF第2章：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 SP4个数据寄存器还可以分成高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 ALBX： BH BLCX： CH CLDX： DH DL第2章：（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

7、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第2章：（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，以后会详细展开第2章：（3）指针寄存器指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据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S

8、P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第2章：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寄存器是一个专用寄存器IP寄存器与CS段寄存器联合使用以确定下一条指令的存储单元地址第2章：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

9、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第2章：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 TFOF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0标志寄存器FLAGS第2章：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CF03AH + 7CHB6H，没有进位：CF = 0AAH + 7CH（1）26H

10、，有进位：CF = 1第2章：零标志ZF（Zero Flag）若运算结果为0，则ZF1；否则ZF03AH7CHB6H，结果不是零：ZF084H7CH（1）00H，结果是零：ZF1 注意：ZF为1表示的结果是0第2章：符号标志SF（Sign Flag）运算结果最高位为1，则SF1； 否则SF03AH7CHB6H，最高位D71：SF184H7CH（1）00H，最高位D70：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第2章：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PF03AH7CHB6H10110110B结果

11、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位字操作第2章：溢出标志OF（Overflow Flag）若算术运算的结果有溢出，则OF1； 否则 OF03AH + 7CHB6H，产生溢出：OF1AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：OF0？第2章：什么是溢出处理器内部以补码表示有符号数8位表达的整数范围是：127 12816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

12、，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求反加1等于：01001001B101001010B4AH74 所以，B6H表达有符号数的真值为74第2章：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？第2章： 溢出和进位的对比例1：3AH7CHB6H无符号数运算：58124182范围内，无进位有符号数运算： 58124182范围外，有溢出例2：AAH7CH（1）26H无符号数运算：170124294范围外，有进位有符

13、号数运算：8612428范围内，无溢出第2章：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应该利用哪个标志，则由程序员来决定。也就是说，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，则要注意是否溢出第2章：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

14、溢出例4：AAH7CH2DH溢出第2章：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，用户一般不必关心第2章：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：DF0STD指令置位方向标志：DF1第2章：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

15、，则允许中断；设置IF0，则禁止中断CLI指令复位中断标志：IF0STI指令置位中断标志：IF1第2章：陷阱标志TF（Trap Flag）用于控制处理器进入单步操作方式：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所以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第2章：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

16、(包括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗？答案第2章：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，在运行需要时才进入主存第2章：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，

17、4个字节，D31 D0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位图示第2章：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第2章：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 = 1234H0002H号“双字”单元的内容为：0002H = 78561234H

18、80 x86处理器采用“低对低、高对高”的存储形式，被称为“小端方式Little Endian”。 相对应还存在“大端方式Big Endian”。图示第2章：数据的地址对齐同一个存储器地址可以是字节单元地址、字单元地址、双字单元地址等等（视具体情况来确定）字单元安排在偶地址（xxx0B）、双字单元安排在模4地址（xx00B）等，被称为“地址对齐（Align）”对于不对齐地址的数据，处理器访问时，需要额外的访问存储器时间应该将数据的地址对齐，以取得较高的存取速度在8086系统中，存储器分为奇偶体，其原因为： 8086有16条数据线，但常用的存储器为8位数据线，为了实现8086即可存取8位数据，又

19、可存取16数据，8086通过BHE和A0线的逻辑组合将存储器分为两部分：奇地址存储器和偶地址存储器。第2章： 2. 8086/8088的存储体结构 8086CPU与存储器的连接奇地址存储体512K 8A0=1偶地址存储体512K 8A0=00000100003FFFFFFFFFE0000200000存储体地址空间分配 8086存储器高低位库选择（奇、偶体选择）BHE A0操作所用的数据线 0 0从偶地址开始读/写一个字AD15AD01 0从偶地址读/写一个字AD7AD00 1从奇地址开始读/写一个字AD15AD8从奇地址开始读/写一个字1 0（第一个总线周期）AD15AD80 1（第二个总线周

20、期）AD7AD0第2章：3. 存储器的分段管理8088CPU有20条地址线最大可寻址空间为2201MB物理地址范围从00000HFFFFFH8088CPU将1MB空间分成许多逻辑段（Segment）每个段最大限制为64KB段地址的低4位为0000B这样，一个存储单元除具有一个唯一的物理地址外，还具有多个逻辑地址 为什么？第2章：物理地址和逻辑地址逻辑地址：由段基址和段内偏移地址组成的地址， 段基址和段内偏移地址都是16位的无符号二进制数， 在程序设计时使用。物理地址：存储器的绝对地址（20位的实际地址）， 范围从00000H FFFFFH , 是由CPU访问存储器时由地址总线发出的地址。 逻辑

21、地址与物理地址概念如下页图所示。 物理地址的形成.20000H25F60H25F61H25F62H25F63H2000H段基址逻辑地址段内偏移地址5F62H逻辑地址与物理地址第2章：物理地址和逻辑地址8088CPU存储系统中，对应每个物理存储单元都有一个唯一的20位编号，就是物理地址，从00000H FFFFFH分段后在用户编程时，采用逻辑地址，形式为段基地址 : 段内偏移地址分隔符物理地址 14700H逻辑地址 1460H:100H第2章：逻辑地址段地址说明逻辑段在主存中的起始位置8088规定段地址必须是模16地址：xxxx0H省略低4位0000B，段地址就可以用16位数据表示，就能用16位

22、段寄存器表达段地址偏移地址说明主存单元距离段起始位置的偏移量每段不超过64KB，偏移地址也可用16位数据表示第2章：物理地址和逻辑地址的转换将逻辑地址中的段地址左移4位，加上偏移地址就得到20位物理地址一个物理地址可以有多个逻辑地址逻辑地址1460:100、1380:0F00物理地址14700H 14700H14600H 100H14700H 0F00H13800H14700H段地址左移4位加上偏移地址得到物理地址第2章：4. 段寄存器8088有4个16位段寄存器CS（代码段）指明代码段的起始地址SS（堆栈段）指明堆栈段的起始地址DS（数据段）指明数据段的起始地址ES（附加段）指明附加段的起始

23、地址每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地址，每种逻辑段均有各自的用途第2章：代码段寄存器CS（Code Segment）代码段用来存放程序的指令序列代码段寄存器CS存放代码段的段地址指令指针寄存器IP指示下条指令的偏移地址处理器利用CS:IP取得下一条要执行的指令第2章：堆栈段寄存器SS（Stack Segment）堆栈段确定堆栈所在的主存区域堆栈段寄存器SS存放堆栈段的段地址堆栈指针寄存器SP指示堆栈栈顶的偏移地址处理器利用SS:SP操作堆栈顶的数据第2章：数据段寄存器DS（Data Segment）数据段存放运行程序所用的数据数据段寄存器DS存放数据段的段地址各种主存寻址方式（有效地址E

24、A）得到存储器中操作数的偏移地址处理器利用DS:EA存取数据段中的数据第2章：附加段寄存器ES（Extra Segment）附加段是附加的数据段，也保存数据：附加段寄存器ES存放附加段的段地址各种主存寻址方式（有效地址EA）得到存储器中操作数的偏移地址处理器利用ES:EA存取附加段中的数据串操作指令将附加段作为其目的操作数的存放区域第2章：如何分配各个逻辑段程序的指令序列必须安排在代码段程序使用的堆栈一定在堆栈段程序中的数据默认是安排在数据段，也经常安排在附加段，尤其是串操作的目的区必须是附加段数据的存放比较灵活，实际上可以存放在任何一种逻辑段中演示第2章：段超越（段基址）前缀指令没有指明时，

25、一般的数据访问在DS段；使用BP访问主存，则在SS段默认的情况允许改变，需要使用段超越（段基址）前缀指令；8088指令系统中有4个：CS:；代码段超越，使用代码段的数据SS: ；堆栈段超越，使用堆栈段的数据DS: ；数据段超越，使用数据段的数据ES: ；附加段超越，使用附加段的数据示例第2章：段超越的示例没有段超越的指令实例：MOV AX,2000H;AXDS:2000H；从默认的DS数据段取出数据采用段超越前缀的指令实例：MOV AX,ES:2000H;AXES:2000H；从指定的ES附加段取出数据总结第2章：段寄存器的使用规定访问存储器的方式默认(正常使用的段基址）可超越（可使用的段基址

26、）偏移地址取指令CS无IP堆栈操作SS无SP一般数据访问DSCS ES SS有效地址EABP基址的寻址方式SSCS ES DS有效地址EA串操作的源操作数DSCS ES SSSI串操作的目的操作数ES无DI第2章：寄存器的总结8088有8个8位通用寄存器、8个16位通用寄存器8088有6个状态标志和3个控制标志8088将1MB存储空间分段管理，有4个段寄存器，对应4种逻辑段8088有4个段超越前缀指令，用于明确指定数据所在的逻辑段8086系统内存地址的一些专用区域 0000003FFH 1KB 空间用于存放中断向量表，可存放256个中断服务程序的入口地址，每个地址占4字节。 B0000B0FFFH 4KB 为单色显示器显示缓冲区 ，存放屏幕当前显示字符的ASCII码。 B8000BBFFFH 16KB 为彩色显示器显示缓冲区，存放屏幕当前像素代码。 FFFF0H 启动地址。一般用来存放一条无条件转移指令，转到系统初始化程序。 课后习题 习题二部分习题解答4、解答:1）数据段中可存放的数据最多维64KB，首地址为0150H10H01500H，末地址为01500HFFFFH=114FFH。 2）在堆栈段中可存放32K个16位的字，首地址为1200H10H=12000H，末地址为12000H +FFFFH=21FFF