微机原理：CU内部结构寄存器组存储器组织

第二部分8086/8088微处理器

一、8086/8088CPU的内部结构二、8086/8088的内部寄存器三、8086/8088的存储器组织

四、微处理器的指令系统五、8086/8088的引脚及工作摸式六、时序与总线周期

2控制总线数据总线地址总线内部数据总线暂存器累加器ALU标志寄存器指令寄存指令译码时序和控制逻辑通用寄存器组地址寄存器组地址总线控制数据总线控制一、8086/8088CPU的内部结构算术逻辑单元（运算器）寄存器组指令处理单元（控制器）8位微处理器的内部结构316位微处理器也具有以上结构中的基本单元，但更为复杂。以8088为例讲解16位微处理器的功能结构。8088是8086的简化版本。两个芯片都是16位微处理器，内部运算器和寄存器都是16位的，同样具有20位地址线；8088的外部数据总线为8位，而8086为16位8088/8086的功能结构

AH

ALBH

BL

CL

CH

DH

DLSPBPDISI通用寄存器

CSDSSSES

IP内部通信寄存器总线控制逻辑1234AXBXCXDX数据总线暂存寄存器ALU标志寄存器外部总线指令队列16位执行控制电路执行单元地址加法器20位16位

段寄存器指令指针（EU）总线接口单元（BIU）ABDBCB58088的编程结构从功能分成两个单元总线接口单元BIU(BusInterfaceUnit)——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执行单元EU(ExecutionUnit)——负责指令的译码、执行和数据的运算两个单元相互独立，分别完成各自操作两个单元可以并行执行，实现指令取指和执行的流水线操作6并行操作的意义EU执行指令的同时，BIU可以继续读取后续指令，并存入指令队列（firstinfirstout)。这叫做“指令预取”。8位的CPU没有指令预取功能，执行指令前必须等待“取指”操作完成。取指操作是CPU最频繁的操作。这种操作方式节省了CPU大量的取指等待时间。“指令流水线”。7二、8088寄存器结构 8088共有8个的通用寄存器，1个标志寄存器，4个段寄存器和1个指令指针寄存器。

1、通用寄存器①数据寄存器 共AX、BX、CX、DX四个，每个寄存器即可作为16位寄存器，又可拆分为两个8位寄存器，此时记为AH、AL、BH、BL等。

AX(AH、AL)：累加器accumulator

BX(BH、BL)：基址寄存器base

CX(CH、CL)：计数寄存器counter

DX(DH、DL)：数据寄存器data8 ②指针和变址寄存器 共BP、SP、SI、DI四个BP：基址指针寄存器BasePointer，默认表示堆栈段基地址； SP：堆栈指针寄存器StackPointer，指示栈顶 SI：源变址寄存器SourceIndex DI：目的变址寄存器DestinationIndex

9

标志寄存器（FR）是一个十六位的寄存器，但只利用了其中的9位：六个条件标志和三个控制标志。

FR的格式

CF

PF

AF

ZF

SF

TFIFDFOF0123456789101112131415校验进位

辅助进位零标志方向标志溢出标志2、标志寄存器中断标志陷阱标志符号标志10进位标志CF（CarryFlag）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CF=1；否则CF=0。例如（以8位运算为例，8088中为16位）：3AH+7CH＝B6H 没有进位：CF=0AAH+7CH＝（1）26H 有进位：CF=111溢出标志OF（OverflowFlag）若算术运算的结果有溢出，则OF=1；否则OF＝0。问题：什么是溢出？溢出和进位有什么区别？处理器怎么处理，程序员如何运用？如何判断是否溢出？P30找答案12什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13溢出和进位的对比例1：3AH＋7CH＝B6H无符号数运算： 58＋124＝182

范围内，无进位有符号数运算： 58＋124＝182

范围外，有溢出例2：AAH＋7CH＝（1）26H无符号数运算： 170＋124＝294

范围外，有进位有符号数运算： －86＋124＝28

范围内，无溢出14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。15全零标志ZF（ZeroFlag）若运算结果为全0，则ZF=1，否则ZF=0。 例如：3AH+7CH＝B6H 结果不是零：ZF=086H+7CH＝00H 结果是全零：ZF=116符号标志SF（SignFlag）运算结果最高位为1，则SF=1；否则SF=0。例如：3AH+7CH＝B6H 最高位D7＝1：SF=186H+7AH＝00H 最高位D7＝0：SF=0

有符号数利用最高有效位（MSB）来表示它的符号。所以，运算结果的MSB与符号标志SF相一致。（1）17奇偶标志PF（ParityFlag）当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF=1；否则PF=0（奇校验）。例如：3AH+7CH＝B6H＝10110110B，结果中有5个1，是奇数，则PF=0

注意：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。18辅助进位标志AF（AuxiliaryCarryFlag）运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF=1；否则AF=0。

这个标志主要由处理器内部使用，用于十进制算术运算的调整，用户一般不必关心。19方向标志DF（DirectionFlag）用于串操作指令中，控制地址的变化方向：设置DF＝0，串操作后存储器地址自动增量（增址）；设置DF＝1，串操作后存储器地址自动减量（减址）。串：存储器中一序列字或字节单元串操作——对序列字或字节单元中的内容进行某种操作，比如：将一个字符串从源区传送到目的区。MOVS——串传送指令CMPS——串比较指令SCAS——串扫描指令LODS——装入串指令STOS——存储串指令

20中断允许标志IF（Interrupt-enableFlag）用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应：设置IF＝1，则允许中断；设置IF＝0，则禁止中断。CLI指令复位中断标志：IF＝0STI指令置位中断标志：IF＝121陷阱标扶志TF（Tra系pF挺lag都）用于控制瞒处理器是熔否进入单步执泻行方式：设置TF＝0，处理器正拜常工作；设置TF＝1，处理器淡每执行胸一条指位令就中诉断一次娘，中断烦编号为诸1外（称单步中断），TF也被称并为单步标志。单步执行和单步调试利用单步县中断可对就程序进行渠逐条指令斩的调试。这种逐汤条指令圣调试程坦序的方翻法就是单步调试。22OF111512DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制反映结果状态反应运算过程233、段寄存杏器（CS、殃DS、记SS、庙ES）在8088可寻址的伏1MB内存空督间中，廊可以存暴在四种械分工不臂同的逻克辑段：代码段、数据段、堆栈段和附加段。段寄存拳器即是梯存放各稳个逻辑段段首地址贯的寄存器型。24存储器柱的分段骗管理8088久有20条咏地址线，最大可寻乌址空间为贝220＝1MB，可寻址也的地址蜻范围为沸00宝000H～FF巨FFFH该地址拼称物理地蛮址硬件用20位的物理地妥址来对存芽储单元仇进行寻播址25存储器踪蝶的分段六管理由于80缴88中的渠地址寄存框器都是1乖6位的，劲用户不能妄直接使用瓦20位的抽物理地址资，编程时根需要使用逻辑地址来寻址存踪蝶储单元。逻辑地披址由两个哈16位码数构成忽，其形先式为：段的起始优地址：段内的泊偏移地洗址（16积位段地贼址）：（1咽6位偏竹移量）分隔符物理地址1470促0H逻辑地姜址1460地H:100H26地址加法退器将16位宿的逻辑地芳址转换为肯20位的青物理地址研，具体操作过僵程为：先异将段寄蜜存器提亡供的1期6位段座地址左凝移四位遣，低位阶补0，恢复熟为20洲位地址荣，然后输与由各全种寻址核方式提觉供的1柔6位偏汪移地址相加，即得浓到20帮位的物理地款址。逻辑地答址27物理地虾址：先20榨位逻辑地棕址：炸段基址论（段球寄存器油的内容量）16高位偏移地址抖（字节距秀离）16朗位段基址16位偏移地址16位物理地址20位0000+逻辑地到址28存储器欧的分段者管理逻辑地效址的表渡示——段地址宽：偏移汇地址地址偏能移量（xxxx仅H）段首（xxx奋x0H娇）低址段尾某逻辑段某寻址墓单元29段地址说明逻辑蚂段在存储餐器中的起枝始位置，腊为模16粱地址：xxx茫x0H竭，省略低4抽位后，可谨用1个1捡6位数来采表示，该规地址可被晃存放在不沈同的段寄存器CS/耻SS/庙DS/塔ES中。偏移地欠址说明寻奴址单元绞距离段堆首的偏寻移量，爱因每段慎长度不雄超过6逆4KB，所以偏移镜地址也可成用1个1追6位数来桑表示。存储器的苹分段管理30存储器的涝分段管理一个存储堂单元可以奋拥有多个逻辑地址，但只可滥能拥有一滑个唯一的物理地帮址。逻辑地范址146妄0:1胃00、138位0:F结00物理地址147众00H隶14远700驶H31如何分驰配各个霜逻辑段程序的矛指令序喊列必须赶安排在代码段；程序使飞用的堆喉栈一定幸在堆栈段；程序中的较数据默认采是安排在晚数据段，揭也经常安并排在附加善段，尤其园是串操作型的目的区灿必须是附加段。数据的钻存放比衰较灵活乐，实际娇上可以聪存放在街任何一挺种逻辑矮段中。32段跨越前卖缀指令没有指钥明时，玻一般的熄数据访场问在DS段；若使用BP访问存储侨器，则在SS段。默认的情海况允许改桥变，需要误使用段跨妇越前缀指晌令，80露88指令系绝统中共什有4个次：CS：——代码段超楼越，使用听代码段的丝式数据SS：——堆栈段超勒越，使用寨堆栈段的絮数据DS：——数据段超典越，使用鲜数据段的逐数据ES：——附加段膀超越，概使用附月加段的贴数据33段超越的誓例子没有段超躲越的指令汪实例：MOV兔AX暗,[扩200佣0H]；AX池←DS本:[2烂000沈H]，；从默认的DS数据段袋取出数牧据采用段却超越前未缀的指念令实例预：MOV腥AX,颤ES:[畜2000篮H]；AX←游ES:[误2000锁H]，；从指定的ES附加段取捧出数据34段寄存器残的使用规凤定（表2亩.1）存储器蛋访问方字式 默锻认段寄贫存器壶段超叠越 偏婚移地址取指令CS无IP堆栈操智作SS无SP一般数据抖访问DS C惩S/ES海/SS有效地揉址EA下列特还殊情况逗除外串操作的刮源操作数DS C羊S/ES缸/SS扬SI串操作的垒目的操作绘数ES无DIBP基址的寻葡址方式SS C排S/DS漂/ES有效地址EA35IP（Inst逃ruct汽ion披Poin宽ter）中存放即将要溜执行的拣指令的有效地址，IP具有自增量功能。在峰每取出一纱条指令后模，IP自增一，摆指令指针骗指向下一糟条指令。4、指令指针昨寄存器（IP摇）36总结一贫下：通用寄存仙器8AX/俊BX/秩CX/所DX育B怕P/S完P霉D蓄I/S鸽I指令指蜻针寄存绍器1IP标志寄存用器1PSW段寄存器4CS/揪SS/牢DS/肌ES掌握通用姿寄存器的粘作用熟悉PSW中各个趋标志的不含义切实理解存储器拒组织和存储空间产分段的概念378088的寄存特器组38堆栈的磨概念堆栈（Sta掩ck）是主存中勤一个特殊否的区域。它采用先进后崭出FIL罩O（Fi潮rst循In急La肥st记Out纱）或后进佣先出LIFO食（Las炼tIn鸦Fir休stO翅ut）的原则进正行存取操利作，而不害是随机存位取操作方眉式。堆栈指愚针——它指示栈钞顶位置，泽在808饱6/80殃86中，栈顶避由SS和SP共同指示球，即SS:摩SP。堆栈操作处理器自绝动维持（事子程序调签用时的断稻点处理）用户操作浅（PUSH绢/POP指令）39三、808野8/8当086的存储见器结构存储器是计算井机存储拍信息的悠地方。沈掌握数躲据存储格逝式，以及界存储器袍的分段管理对以后沙的汇编枣程序设河计非常夸重要你能区考别寄存器、存储器(主存)、外存(包括硬盘腥、光盘、蜡磁带等存必储介质)吗？40寄存器妖、存储感器和外馆存的区边别寄存器是微处理轰器（CPU）内部暂存数据的存储单华元，以名姥称表示，绑例如：AX，BX.壁.….等存储器也就是竖平时所戏说的主存，也叫内存，可直接欣与CPU进行数据恩交换。主绪存利用地叨址区别外存主要指喇用来长久保存数据的证外部存屈储介质检，常见催的有硬鸦盘、光钥盘、磁括带、U盘等。外鱼存的数据痒只能通过滤主存间接地融与CPU交换数据程序及借其数据沉可以长持久存放艳在外存所，在运努行需要竹时才进素入主存412.5优80终86/牙808拿8的存储器会结构数据的存火储格式计算机需中表示泽信息的冷单位有抄：位（bit买）、字节（byt秩e）、字（word饰）、双字（doub填lew咽ord）等在存储趣器中，滑信息的用存储单蝴位是：字节；即蔑每个存储魂单元的内妻容是一个情字节。42信息的膛表示单粗位最低有厅效位LSB尸（Le呈ast钞Si盖gni四fic唇ant测Bi炸t）：指数据号的最低貌位，即D0位；最高有口效位MSB捡（Mo舱st洒Sig另nif腔ica财nt碗Bit检）：指数据呢的最高斧位，对长应字节衔、字、怨双字分泻别指D7、D15、D31位。43图2.3读808歌8的存储格挡式0000薯0H000址01H0000看2H000址03H000阵04H0000知5H34H12H56H78H0000凑6HD7D0低地址双字D0D31字D0D15字节D0D7LSBMSB44存储单身元及其垫存储内额容每个存储舅单元都有秀一个编号——存储器地合址例如：图2.3（下页）右中，00笨02H单元存庄放有一勿个数据剧34H，表示屈为[00嚼02H]＝需34H如何存储脸一个字或吨双字呢？小端方罢式45多字节韵数据在终存储器御中占据多个连庆续的存季储单元：存放时，低字节存于低地址，高字节存于高地址；多字节既数据占身据的地狭址空间聪用它的低地址来表示这。例如：图2.3中，2号“字”单元：兆[0液002H]=1屈234H2号“双字”单元：脱[00缝02H]畜=78思5612计34H80x86处理器的“低对低妇、高对按高”的存储形期式，被称羡为“小端方式梢（lit衫tle淹en练dia泄n）”。相对应还港存在“大端方块式（Big吧En月dia别n）”。46地址对寻齐同一个存更储器地址闸可以表示浅：字节单辰元地址、欺字单元地肌址、双字专单元地址置等等（视明指令的具欺体情况）撞。将字单元安筐排在偶地址（xx…xx0垃B）竟，将双字单元安阅排在模4地涉址（xx…xx0骆0B邻）的做法运，被称术为“地址对齐（Ali们gn）”。对于地址译不对齐的沙数据，处纽奉理器访问艳时，需要播付出额外知的访问时崭间。要取龟得较高的锈存取速度衡，应该将藏数据的地门址对齐。47程序分段虾的图例（图2柏.4）8088对逻辑段乱的要求是肚：只能从模16地址开始上一个段，俘即段地址拐低4位均逐为0，为xxxx喜0H形式；川省略最精低四位0，即可用16位的段误寄存器包存储。每段最大桨不超过6勇4KB。8088对每个段不父要求必须留是64KB，不要求那各段之间韵完全分开榴、即可以椅重叠。图2.4a是各自辩独立段关的分配工示例图2.4b是相互窝重叠段级的分配吓示例1MB空间最多敌能分成多耀少个段？1MB空间最叛少能分虽成多少百个段？481MB空间的分汽段1MB空间最亲多能分章成多少枯个逻辑钳段？每隔1斥6个存枣储单元应就可以岭开始一建个段，捆所以1MB最多可以删有：220÷16补＝216＝64K个段1MB空间最少牛能分成多典少个逻辑钓段？每隔6桂4K个存储单剃元开始一你个段，所针以1MB最少可傍以有：220÷216＝16个段49图2.4a各个逻辑件段独立的实例50图2.4b各个逻辑段重叠的实例512.2节的总扶结8088有8个8恨位通用寄唇存器、8昏个16位滚通用寄存说器8088有6个赤状态标棒志和3确个控制凳标志8088将1MB存储空间接分段管理斑，有4个哄段寄存器猛，对应4券种逻辑段。52第2章：作业习题2（第57页）：2.1，2.3，2.4，2.5，2.6539、静夜四贼无邻，荒渠居旧业贫屯。。4月-2洞34月-蝴23Frid眼ay,仿Apri斗l28椅,20归2310、雨中黄贯叶树，灯吩下白头人僚。。15:障53:替5215:绩53:校5215:5妇34/28慎/202笨33:蜘53:5膏2PM11、以我独督沈久，愧狱君相见频无。。4月-寇2315:5糖3:5215:5砖3Apr-贤2328-眯Apr篮-2312、故人举江海别夺，几度聋隔山川刊。。15:5波3:5215:5欣3:5215:宜53Fri妈day政,A排pri净l2保8,猜202协313、乍见亚翻疑梦准，相悲隐各问年趁。。4月-2难34月-2控315:索53:她5215:存53:卖52Apri路l28飞,20帜2314、他乡生皮白发，旧鹿国见青山晓。。28四辣月20况233:5膏3:5予2下采午15:让53:舌524月-慈2315、比不愈了得就个不比，沟得不到睡的就不则要。。看。四月2画33:53羽下午4月-2曲315:5圣3Apr嗽il辛28,先20父2316、行动适出成果额，工作咐出财富影。。2023产/4/2除815换:53:敏5215:泳53:耗5228敞Apr付il跳202权317、做前广，能够蚊环视四弊周；做俘时，你晌只能或御者最好奶沿着以婆脚为起写点的射险线向前特。。3:53荣:52绑下午3:5脆3下郊午15:5恰3:524月-2选39、没有安失败，筐只有暂行时停止丝式成功！烫。4月-2屋34月-2假3Frid施ay,辣Apri帽l28居,20情2310、很多磨事情努岸力了未秆必有结辈果，但轿是不努俯力却什必么改变漏也没有嫁。。15:5扁3:5215:触53:酱5215:泻534/28喊/202晃33:熊53:5溪2PM11、成功锡就是日仇复一日蹲那一点却点小小佣努力的供积累。截。4月-2紧315:肺53:煤5215:5扰3Apr-须2328-A雨pr-2域312、世间盖成事，妹不求其蛮绝对圆肌满，留笑一份不肝足，可塞得无限锡完美。贱。15:鼠53:货5215:5窗3:5215:冰53Fri赠day胁,A艰pri宽l2互8,侮202季313、不知香丝式积寺，数的里入云峰兵。。4月-饥234月-振2315:列53:众5215:弦53:旁52Apri痛l28荣,20惩2314、意志坚艇强的人能福把世界放押在手中像葡泥块一样谱任意揉捏级。28泛四月游202旷33:5炒3:5索2下脚午15:5必3:524月-2育315、楚塞三鼻湘接，荆昨门九派通浮。。。四月2招33:53述下午4月-出2315:苹53Apri涌l28导,20是2316