微原第市公开课一等奖省赛课获奖课件

本教案内容第2章8086CPU结构与功效微处理器外部结构微处理器内部结构微处理器功效结构微处理器存放器组织微处理器存放器和I/O组成微原第第1页2.1微处理器外部结构8086CPU片有40个管脚，微处理器经过这些引脚与外部逻辑部件连接，完成信息交换。CPU这些引脚信号称为微处理器级总线，它应该能够完成以下功效：与存放器之间交换信息(指令及数据)；与I/O设备之间交换信息；能输入和输出必要信号。微原第第2页微处理器外部结构如图2.1所表示微原第第3页按功效分，这些总线能够分为三种：

（1）传送信息（指令或数据）数据总线

（Data

Bus）

（2）指示欲传信息起源或目标地址地址总线

（Address

Bus）

（3）管理总线上活动控制总线（Control

Bus）2.1微处理器外部结构微原第第4页.地址总线：

CPU经过地址总线输出地址码来选择某一存放单元或某一称为I/O端口存放器，是单向。

地址码位数决定了地址空间大小。n位地址总线可有个地址（0∽-1）。16位地址总线65536（64KB）20位地址总线1MB32位地址总线4GB2.1微处理器外部结构微原第第5页8086/8088地址总线20位存放器地址总线20位，地址空间1MBI/O地址总线16位（低16位）地址空间64KB2.1微处理器外部结构微原第第6页.数据总线：

用于CPU和存放器或I/O接口之间传送数据，是双向。

微处理器数据总线条数决定CPU和存放器或I/O设备一次能交换数据位数，是区分微处理器是多少位依据。8086CPU数据总线是16条，我们就说8086CPU是16位微处理器。2.1微处理器外部结构微原第第7页.控制总线：

管理总线上活动，用来传送自CPU发出控制信息或外设送到CPU状态信息，大部分是单向，也有一些是双向。2.1微处理器外部结构微原第第8页2.2微处理器内部结构

微处理器是组成计算机系统关键部件，它含有运算和控制功效。详细地讲，CPU应含有下述基本功效:微原第第9页进行算术和逻辑运算；含有接收存放器和I/O接口来数据和发送数据给存放器和I/O接口能力；能够暂存少许数据；能对指令进行存放、译码并执行指令所要求操作；能提供整个系统所需定时和控制信号；可响应I/O设备发出中止请求。2.2微处理器内部结构微原第第10页1.CPU内部结构及各部分功效介绍

经典CPU内部结构如图3.1.1所表示。

2.2微处理器内部结构微原第第11页I/O控制逻辑ALU控制器工作存放器CPU程序计数器（PC）指令存放器（IR）指令译码器（ID）控制逻辑部件堆栈指示器（SP）状态存放器（PSW）地址存放器数据存放器┆┆图2.2经典CPU内部结构如图2.2所表示微原第第12页CPU包含算术/逻辑运算单元(ALU)控制器工作存放器组I/O控制逻辑地址存放器数据存放器2.2微处理器内部结构微原第第13页

①算术逻辑运算单元ALU(Arithmetic/LogicUnit)：它是运算器关键，几乎全部算术运算，逻辑运算和移位操作都是由ALU完成。2.2微处理器内部结构微原第第14页②

工作存放器：暂存用于寻址和计算过程信息。工作存放器分为两组：数据存放器组和地址存放器。但有存放器兼有双重用途。数据存放器用来暂存操作数和中间运算结果。地址存放器用于操作数寻址。2.2微处理器内部结构微原第第15页

③控制器：它是CPU“指挥中心”，完成指令读入，存放，译码和执行。从图（3.1.1）中能够看出，普通微处理器中控制器由6部分组成：程序计数器(PC:ProgramCounter)指令存放器(IR:InstructionRegister)指令译码器(ID：InstructionDecoder)控制逻辑部件处理机状态字PSW（ProcessorStateWord)堆栈指示器(SP)StackPointer2.2微处理器内部结构微原第第16页

用于保留下一条要执行指令地址，即由它提供一个存放器地址，按此地址从对应存放器单元取出内容，就是要执行指令。普通指令是次序存放在存放器内，所以程序计数器也叫指令地址计数器。由此可见，在程序执行过程中要实现程序转移，就要改变程序计数器PC内容。程序计数器（PC）2.2微处理器内部结构微原第第17页

保留从存放器中读入当前要执行指令。指令存放器（IR）指令译码器（ID）

对指令存放器中保留指令进行译码分析。控制逻辑部件

依据ID对指令译码分析，发出对应一系列节拍脉冲和电位（控制信号），去完成指令全部操作。2.2微处理器内部结构微原第第18页处理器状态字（PSW）

暂存处理器当前状态。PSW中各位用来指示诸如算术运算结果正/负，是否为零，是否有进位或借位，是否溢出等标志。条件转移指令将依据PSW中某一位状态决定程序是否转移。堆栈指示器（SP）

是在对按后进先出标准组织称为堆栈专用存放区进行操作时提供地址。堆栈用于子程序调用时保留返回地址和工作存放器内容。2.2微处理器内部结构微原第第19页

包含CPU中与输入/输出操作相关逻辑。其作用是处理输入/输出操作。④

I/O控制逻辑2.2微处理器内部结构微原第第20页

8086/8088是Intel企业生产第三代微处理器芯片。其特点以下：含有20条地址线，直接寻址能力达1MB。8086有16条数据线，为16位微处理器。8088有8条数据线，为准16位微处理器。片内总线和ALU均为16位，可进行8位和16位操作。2.3微处理器功效结构微原第第21页8086/8088均采取全新结构，片内均由两个独立逻辑单元组成：

8086/8088CPU内部结构如图2.3所表示

执行单元(EU)总线接口单元(BIU)2.3微处理器功效结构微原第第22页总线控制电路EU控制器标志暂存器通用存放器ALU数据总线地址总线数据总线执行单元（EU）总线接口单元（BIU）（16位）（20位）（8位）（16位）16位ALUSSDSESIPCS内部存放器BHBLAHALDHDLSPBPCLCHDISI8086总线物理地址形成逻辑213645AXBXDXCX微原第第23页段存放器（CS，DS，ES，SS）一.总线接口单元（BIU）

总线控制逻辑

地址形成逻辑8088CPU：4字节8086CPU：6字节指令队列存放器：

指令指针存放器（IP）（先进先出）2.3微处理器功效结构微原第第24页

BIU主要负责从存贮器指定区域取出指令并将取出指令送指令队列存放器中排队，当EU执行指令需要和外部存贮器或者I/O端口之间进行数据传送时，BIU就停止取指令，为EU服务，完成这次总线操作；或者当指令队列满时，BIU也停顿取指令操作。2.3微处理器功效结构微原第第25页二.执行单元（EU）通用存放器（8个）EU控制器算术/逻辑运算单元（ALU）

标志存放器（FLAG）(即PSW)由组成。

EU主要负责从指令队列存放器中获取指令，并对指令加以执行，完成指令所要求操作。同时也负责算术/逻辑运算以及进行内存有效地址计算等。2.3微处理器功效结构微原第第26页27取指令1取指令2取指令3取指令4取数据取指令5

等候执行1执行2执行3执行4CPU程序执行过程：……t

忙忙忙忙忙忙……tt图2.48086/8088CPU执行程序过程2.3微处理器功效结构EUBIU微原第第27页下一节：存放器组织

2.3微处理器功效结构EU和BIU单元执行过程中，应该满足规则：当指令队列存放器中无指令时，EU处于等候状态；当指令队列中存满指令，而EU又没有访问存放器和I/O端口需要，则BIU进入空闲状态；当指令队列中有两个空闲字节，则BIU自动执行取指令总线周期；在EU执行指令时，需要访问存放器或I/O端口，假如这时BIU正在取指令，则应等候BIU完成取指令周期，然后BIU进入存放器和I/O端口访问周期；在EU执行转移、子程序调用或返回等指令时，自动去除指令队列内容。微原第第28页

8086/8088CPU内部共有14个16位存放器，用于提供运算，控制指令执行和对指令及操作数寻址。掌握每个存放器作用以及使用方法，是学好汇编语言程序设计基础。14个存放器按其用途可分为三大类：通用存放器（8个）段存放器（4个）控制存放器（2个）2.4微处理器存放器组织微原第第29页一.通用存放器（8个）8个16位通用存放器分为两组：地址指针和变址存放器（４个）数据存放器（4个）2.4微处理器存放器组织微原第第30页存放数据16位8位DXDLDHCXCLCHBXBLBHAXALAH累加器Accumulator基址存放器（地址存放器）BaseRegister计数器CountRegister数据存放器DataRegister1.数据存放器（4个）2.4微处理器存放器组织微原第第31页2.地址指针和变址存放器（４个）均为16位，也能存放数据均为地址存放器DISIBPSP堆栈指针存放器StackPointer基址指针存放器BasePointer源变址存放器SourceIndex目变址寄存器DestinationIndex2.4微处理器存放器组织微原第第32页二.段存放器堆栈信息数据（数值、字符等）代码（指令码）在微机系统内存中通常存放着三类信息：指示CPU执行何种操作。程序处理对象或结果。被保留返回地址和中间结果等。代码段数据段堆栈段2.4微处理器存放器组织微原第第33页

８０８６／８０８８ＣＰＵ有４个段存放器。分别是：代码段存放器。指向当前代码段，指令由此段取出。CodeSegment数据段存放器。指向当前数据段。DataSegment附加数据段存放器。指向当前附加数据段。ExtraSegment堆栈段存放器。指向当前堆栈段。StackSegmentSSESDSCS16位2.4微处理器存放器组织微原第第34页

指令指针存放器相当于普通微处理器中程序计数器(PC:ProgramCounter)。它一直指向CPU下一条要取指令所在存贮器单元偏移地址(段地址由CS提供)。

用户不能更改IP值,只有CPU执行转移指令,子程序调用指令和子程序返回指令以及中止处理时,IP才作对应改变。四.控制存放器（2个）1.指令指针存放器(IP:InstructionPointer)(16位)2.4微处理器存放器组织微原第第35页

标志存放器相当于普通微处理器中程序状态字存放器(PSW)。16位,但有用只有9位,其中:2.标志存放器(FLAG)状态标志:CF,PF,AF,ZF,SF,OF,共6位控制标志:TF,IF,DF,共3位以下列图所表示：OF

DF

IF

TF

SF

ZF

AFPF

CF15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

102.4微处理器存放器组织微原第第36页

CF(CarryFlag)进位标志。假如加法时最高位(对字节操作是D7位，对字操作是D15位)产生进位或减法时最高位产生借位，则CF=1，不然CF=0。状态标志

反应是ALU运算后结果状态AF(AuxiliaryCarryFlag)辅助进位标志。假如在加法时D3位有进位或减法时D3位有借位,则AF=1，不然AF=0。这个标志位用于实现BCD码算术运算结果调整。2.4微处理器存放器组织微原第第37页ZF(ZeroFlag)零标志位。

假如运算结果各位都为零，则ZF=1，不然ZF=0。

SF(SignFlag)符号标志。

它总是和结果最高位(字节操作时是D7，字操作时是D15)相同，因为在补码运算时最高位是符号位，所以运算结果为负时，SF=1，不然SF=0.2.4微处理器存放器组织微原第第38页

OF(OverflowFlag)溢出标志。

在加或减运算中结果超出8位或者16位有符号数所能表示数值范围(-128∽+127或-32768∽+32767)时，产生溢出，OF=1，不然OF=0。

PF(ParityFlag)奇偶标志。假如操作结果低8位中含有偶数个1，PF=1，不然PF=0。2.4微处理器存放器组织微原第第39页例1:若CPU执行5439H+476AH加法运算指令:那么,指令执行后有:SF=1，ZF=0，PF=1，AF=1，CF=0，OF=10101010000111001B0100011101101010B1001101110100011B+2.4微处理器存放器组织微原第第40页例2:若CPU执行543AH-FE00H减法运算指令;那么,指令执行后有:SF=0，ZF=0，PF=1，AF