第2章 80x86微处理器.ppt

《第2章 80x86微处理器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章 80x86微处理器.ppt（51页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二章 80X86微处理器2.1 8086微处理器微处理器2.2 32位微处理器位微处理器2.3 80X86中断系统中断系统 2.1 8086微处理器微处理器主要内容：主要内容：8086CPU的内部结构的内部结构 8086内部寄存器内部寄存器一、一、8086CPU的内部结构的内部结构8086是是 Intel 公司于公司于1978年年6月推出的月推出的16 位位微处理器，它们的主要特点是：微处理器，它们的主要特点是：数数据据线线为为 16 位位，可可进进行行 8 位位（字字节节）和和16 位（字）运算；位（字）运算；地址线为地址线为 20 位位，可寻址，可寻址1MB 存储空间；存储空间；时钟频率

2、为时钟频率为 58 MHz。一、一、8086CPU的内部结构的内部结构8086CPU的的内内部部结结构构由由两两个个独独立立的的工工作作部件组成部件组成l 一个称为一个称为执行部件执行部件（EU）l 一个称为一个称为总线接口部件总线接口部件（BIU）例例1MOV AX,1234H 执行后执行后AX=1234Hu算术逻辑单元（运算器）算术逻辑单元（运算器）u8个通用寄存器个通用寄存器u1个标志寄存器个标志寄存器uEU部分控制电路部分控制电路1.执行部件执行部件EU的组成及作用的组成及作用取指令，指令译码取指令，指令译码执行指令，完成运算执行指令，完成运算2.总线接口部件总线接口部件BIU的组成及

3、作用的组成及作用地址加法器地址加法器6字节指令队列缓冲器字节指令队列缓冲器4个个16位段寄存器位段寄存器16位指令指针寄存器位指令指针寄存器输入输出控制电路输入输出控制电路计算计算20位的存储器地址位的存储器地址完成完成CPU与内存间以及与内存间以及CPU与与I/O接口间的信息传送接口间的信息传送分两种情况分两种情况:l预取指令时：利用预取指令时：利用CPU执行指令而总线空闲，从执行指令而总线空闲，从内存中取出指令放入指令队列内存中取出指令放入指令队列(等待等待CPU取走取走)lEU执行指令时：按执行指令时：按EU的指令，向内存或的指令，向内存或I/O接口接口写运算结果，从内存或写运算结果，从

4、内存或I/O接口取数据接口取数据控制外部总线，保证各种信息的正确传送控制外部总线，保证各种信息的正确传送补充：补充：存储器物理地址的形成存储器物理地址的形成主要内容主要内容 存储器结构存储器结构 物理地址的形成物理地址的形成存储器单元的地址和内容存储器单元的地址和内容一、存储器的结构一、存储器的结构在存储器中，以在存储器中，以字节字节为单位存取数据为单位存取数据存储地址即为存储单元编号，称为地址存储地址即为存储单元编号，称为地址8086/8088提供提供20条地址总线，可寻址的存储空间为条地址总线，可寻址的存储空间为220=1MB每个存储单元的地址均为每个存储单元的地址均为20位位(但一般用但

5、一般用5个十六进个十六进制数书写制数书写)地址范围为：地址范围为：00000H-0FFFFFH字节数据与字数据的存储字节数据与字数据的存储存储在一个存储单元中的数据称为存储在一个存储单元中的数据称为字节数据字节数据l字节数据的存储：按顺序存放字节数据的存储：按顺序存放l其存储单元的地址，叫做该字节数据的存其存储单元的地址，叫做该字节数据的存储地址储地址字节数据与字数据的存储字节数据与字数据的存储需要存储在相邻两个存储单元中的数据需要存储在相邻两个存储单元中的数据称为一个称为一个“字字”，叫做，叫做字数据字数据l字数据的存储：低字节存于低地址单字数据的存储：低字节存于低地址单元，高字节存于高地址

6、单元元，高字节存于高地址单元l存放该字数据低字节的存储单元的地存放该字数据低字节的存储单元的地址，叫做该字数据的存储地址址，叫做该字数据的存储地址存储器中数据的存储方式存储器中数据的存储方式 3CH 0DH3AH 5EH32H存储单元地址存储单元地址存储内容存储内容 存储内容的表示：存储内容的表示：（00A22H）=3CH存储单元地址存储单元地址低低字节字节高字节高字节00A22H00B06H00B07H03A03H03A04H字数据字数据3A0DH的存储的存储地址为：地址为：00B06H字数据字数据325EH的存储地的存储地址为：址为：03A03H二、物理地址的形成二、物理地址的形成1.80

7、86/8088 的地址总线（的地址总线（AB）为）为20位，即直接寻位，即直接寻址范围是址范围是 220=1 MB个存储单元个存储单元 2.8086/8088 的寄存器、的寄存器、ALU都是都是16位，送出的也位，送出的也只能是只能是16位的地址数据，即位的地址数据，即 216=64 KB 个地址编号个地址编号矛盾：矛盾：16位的寄存器和位的寄存器和ALU不能直接存放和处理不能直接存放和处理20位的地址数据位的地址数据存储器的逻辑分段存储器的逻辑分段CPU对存储器实行对存储器实行“分段分段”管理管理即将存储空间分为若干逻辑段，每个逻辑段长度即将存储空间分为若干逻辑段，每个逻辑段长度64 KB；

8、16位的总线足可以管理和标记它位的总线足可以管理和标记它某存储单元的实际地址用段的基本地址（某存储单元的实际地址用段的基本地址（段基址段基址）加该存储单元在该段中的相对位置（加该存储单元在该段中的相对位置（偏移地址偏移地址）共同表示共同表示物物理理地地址址=段段基基地地址址10H+偏偏移移地地址址存储单元实际地址存储单元实际地址CS,DS,SS,ES 之一之一由基变地址或指针由基变地址或指针寄存器以及其他的寄存器以及其他的指令寻址方式得到指令寻址方式得到（20位）位）（16位）位）（16位）位）物理地址的形成方式物理地址的形成方式由逻辑地址由逻辑地址(即段基地址和偏移地址即段基地址和偏移地址)

9、通过计算通过计算,转换得转换得到到存储器地址的两种表示方式存储器地址的两种表示方式物理地址物理地址和和逻辑地址逻辑地址是两种存储单元地址的表是两种存储单元地址的表示和标记方法示和标记方法物理地址：存储单元所具有的实际地址物理地址：存储单元所具有的实际地址l由由20位二进制代码构成位二进制代码构成逻辑地址：在程序中（指令中）书写和使用的地址逻辑地址：在程序中（指令中）书写和使用的地址l由两部分构成由两部分构成l段基地址段基地址：偏移地址偏移地址存储器分段实例存储器分段实例例题例题在内存中某数据区内，连续存放在内存中某数据区内，连续存放27个个字数据字数据。首。首字的存储地址为字的存储地址为 BA

10、00H：1BA0H。计算该数据。计算该数据区的首末存储单元的物理地址区的首末存储单元的物理地址l首地址为：首地址为：BA00H*10H+1BA0H=BBBA0Hl末地址为：末地址为：BBBA0H+(27*2-1)=BBBD5H二、二、8086的内部寄存器的内部寄存器包括包括14个个16位的寄存器位的寄存器 4个数据寄存器个数据寄存器 2个地址指针寄存器个地址指针寄存器 2个变址寄存器个变址寄存器 4个段寄存器个段寄存器 2个控制寄存器个控制寄存器 1 1通用寄存器（数据寄存器）通用寄存器（数据寄存器）作用作用：操作数据可直接存放在通用寄存器中，：操作数据可直接存放在通用寄存器中，可减少访问存储

11、器的次数，使用寄存器的可减少访问存储器的次数，使用寄存器的指令长度也较短。这样，即提高了数据处指令长度也较短。这样，即提高了数据处理速度，也减少了指令存放的内存空间。理速度，也减少了指令存放的内存空间。分类分类：通用寄存器是指：通用寄存器是指EU中的中的4个个16位寄存位寄存器：器：AX、BX、CX和和DX。一般用来存放。一般用来存放16位的数据，它又可以分为位的数据，它又可以分为高字节高字节H和和低字节低字节L两组，用以存放两组，用以存放8位数据。位数据。通用寄存器多数被用在算术逻辑运算指令中，通用寄存器多数被用在算术逻辑运算指令中，有些指令中，则有隐含的有些指令中，则有隐含的特定的用途特定

12、的用途，如，如AX在字乘字除运算中规定存放被乘数和被除数；在字乘字除运算中规定存放被乘数和被除数；CX在数据串操作中用来存放循环次数等等，在数据串操作中用来存放循环次数等等，这些内容在讲解第三章的指令系统的过程中都这些内容在讲解第三章的指令系统的过程中都会涉及到。会涉及到。1通用寄存器（数据寄存器）通用寄存器（数据寄存器）1 1通用寄存器（地址寄存器）通用寄存器（地址寄存器）专专用用寄寄存存器器包包含含 4个个16位位寄寄存存器器。其其中中 SP用用来来指指示示位位于于当当前前堆堆栈栈段段中中数数据据的的偏偏移移地地址址，BP一一般般用用来来存存放放访访问问内内存存时时的的基基地地址址，SP和

13、和BP称称为为指指针针寄寄存存器器；SI和和DI用用 来来存存放放当当前前数数据据段段中中数数据据的的偏偏移移地地址址，称称为为变变址寄存器。址寄存器。2 2段寄存器段寄存器 8086运行一汇编语言程序，一般需要运行一汇编语言程序，一般需要4个个现行段，分别是现行段，分别是代码段、数据段、堆栈代码段、数据段、堆栈段和附加段段和附加段，这，这4个段的段地址分别由个段的段地址分别由4个个16位的段寄存器位的段寄存器CS、DS、SS和和ES来来存放。存放。IP寄存器寄存器 指令指针寄存器，存放下一次指令指针寄存器，存放下一次要取出执行的指令的偏移地址要取出执行的指令的偏移地址l与与CS结合结合使用构

14、成真正的指令物理地址使用构成真正的指令物理地址l用户用户不能直接更新使用不能直接更新使用，只能由系统自动更，只能由系统自动更新新3.指令指针寄存器指令指针寄存器4.标志寄存器标志寄存器FR(FLAGS)状态标志寄存器状态标志寄存器8086/8088CPU设有一个设有一个16位的状态位的状态标志寄存器；标志寄存器；使用其中使用其中的的9位作为状态标志位和控制标志位位作为状态标志位和控制标志位l6个个状态标志状态标志(也称为条件码也称为条件码)-寄存寄存ALU运运算结果算结果的状态信息的状态信息l 3个个控制标志控制标志-寄存寄存CPU的的工作状态信息工作状态信息标志寄存器图示标志寄存器图示溢出标

15、志位溢出标志位OF用于反映有符号数加减用于反映有符号数加减运算所得结果是否溢出。如果运算运算所得结果是否溢出。如果运算结果超过当前运算位数所能表示的结果超过当前运算位数所能表示的范围，则称为溢出，范围，则称为溢出，OF的值被置为的值被置为1，否则，否则，OF的值被清为的值被清为0 方向标志方向标志DF位用来决定在位用来决定在“数据串操数据串操作作”指令执行时的步进方向；指令执行时的步进方向；DF=1表示由高字节向低字节方向进行表示由高字节向低字节方向进行称称为递减方式为递减方式 中断允许标志中断允许标志IF位用来决定位用来决定CPU是否响是否响应应CPU外部的可屏蔽中断发出的中外部的可屏蔽中断

16、发出的中断请求。但不管该标志为何值，断请求。但不管该标志为何值，CPU都必须响应都必须响应CPU外部的不可屏外部的不可屏蔽中断请求，以及蔽中断请求，以及CPU内部产生的内部产生的中断请求；中断请求；IF=1表示开中断表示开中断 状态控制标志状态控制标志TF位用来位用来控制控制CPU是正常是正常(TF=0)执行，还是单步执行，还是单步(TF=1)执行执行符号标志符号标志SF用来反映运算用来反映运算结果的符号位，它与运结果的符号位，它与运算结果的最高位相同。算结果的最高位相同。对于有符号数就反映运对于有符号数就反映运算结果的正负号。运算算结果的正负号。运算结果为正数时，结果为正数时，SF的值的值为

17、为0 零标志零标志ZF用来反映运算用来反映运算结果是否为结果是否为0。如果运。如果运算结果为算结果为0，则其值为，则其值为1 在运算过程中，如果发生低在运算过程中，如果发生低4位向高位向高4位的进位或借位位的进位或借位时，辅助进位标志时，辅助进位标志AF的的值将被置为值将被置为1奇偶标志奇偶标志PF用于标志运算用于标志运算结果的低结果的低8位中位中“1”的的个数的奇偶性。如果个数的奇偶性。如果“1”的个数为偶数，则的个数为偶数，则PF的值为的值为1 进位标志进位标志CF主要用来反映运主要用来反映运算是否产生进位或借位。算是否产生进位或借位。如果运算结果的最高位产如果运算结果的最高位产生了一个进

18、位或借位，此生了一个进位或借位，此时其值为时其值为1 补充：溢出的意义补充：溢出的意义计算机所能表示的数值的大小受表示数值的计算机所能表示的数值的大小受表示数值的二进制数码的位数限制二进制数码的位数限制无论无符号数还是带符号数，只要数的绝对无论无符号数还是带符号数，只要数的绝对值超过机器数所能表示的最大值，就会产生值超过机器数所能表示的最大值，就会产生“溢出溢出”一旦出现一旦出现“溢出溢出”，就表示运算结果出错，就表示运算结果出错，必须处理必须处理带符号数运算的溢出问题带符号数运算的溢出问题l同号相减或异号相加同号相减或异号相加不会溢出不会溢出l同号相加或异号相减同号相加或异号相减可能溢出：可

19、能溢出：对于对于8位机而言位机而言两个正数相加之和大于两个正数相加之和大于127，将溢出，将溢出两个负数相加其绝对值之和大于两个负数相加其绝对值之和大于128，将溢出，将溢出计算机判断溢出的方法计算机判断溢出的方法两个两个8位带符号二进制数相加或相减时，若位带符号二进制数相加或相减时，若 C7 C61，则结果产生溢出，则结果产生溢出 C7 为最高位的有进为最高位的有进(借借)位位 C为次高位的有进为次高位的有进(借借)位位如果是如果是16位数据的运算，则判断位数据的运算，则判断 C15 和和C14举例说明举例说明90-107 (转换为转换为90+(-107)l 0101 1010l+1001

20、0101l 1110 1111C7=0 C6=0 则无溢出则无溢出结果为结果为(1110 1111)(1110 1110)(1001 0001)=-17举例说明举例说明90+107l 0101 1010l+0110 1011l 1100 0101C7=0 但但 C6=1 则有溢出则有溢出(-110)+(-92)l 1001 0010l+1010 0100l 1 0011 0110C7=1 但但 C6=0 则有溢出则有溢出运算对标志位的影响的实例运算对标志位的影响的实例2.2.1 2.2.1 内部结构内部结构1 1、8038680386内部主要组成内部主要组成总线接口部件（总线接口部件（BIUB

21、IU）中央处理部件（中央处理部件（CPU)CPU)存储器管理部件存储器管理部件(MMU)(MMU)2.2 322.2 32位微处理器位微处理器2.2 322.2 32位微处理器位微处理器（1 1）总线接口部件（）总线接口部件（BIUBIU）通通过过DbusDbus、AbusAbus、CbusCbus完完成成与与微微处处理理器器外外部部的的联联系系，包包括括访访问问存存储储器器预预取取指指令令、存存储储器器数数据据读读写写、I/OI/O端端口口数数据据读读写写等等操操作作控制功能。控制功能。2.2 322.2 32位微处理器位微处理器2.2 32位微处理器位微处理器(2)(2)中央处理部件（中央

22、处理部件（CPUCPU）:各部件以并行方式工作各部件以并行方式工作代代码码预预取取部部件件：暂暂存存从从存存储储器器中中预预取取的的代代码码，又又称为预取指令队列称为预取指令队列指指令令译译码码部部件件：对对预预取取指指令令队队列列中中的的指指令令进进行行译译码，译码后送入译码指令队列等待执行。码，译码后送入译码指令队列等待执行。l预预译译码码时时若若发发现现为为转转移移指指令令，则则提提前前通通知知总总线线接接口口部部件件去去取取目目标标地地址址中中的的指指令令代代码码并并取取代代原原预预取取指指令令队队列列中的顺序指令代码，从而提高效率。中的顺序指令代码，从而提高效率。控制部件控制部件：控

23、制部件根据指令代码产生工作时序：控制部件根据指令代码产生工作时序指令执行部件指令执行部件：完成指令代码的执行：完成指令代码的执行一个一个3232位的算术运算单元（位的算术运算单元（ALUALU）8 8个个3232位的通用寄存器位的通用寄存器1 1个快速乘、除运算服务的个快速乘、除运算服务的6464位移位寄存器位移位寄存器2.2 322.2 32位微处理器位微处理器2.2 32位微处理器位微处理器（3 3）存储器管理部件（）存储器管理部件（MMUMMU）l分段部件分段部件l分页部件分页部件l存储器采用段、页式结构存储器采用段、页式结构l4KB4KB为一页，程序或数据以页为单位存储。为一页，程序或

24、数据以页为单位存储。l存储器按段组织存储器按段组织l存存储储结结构构中中还还采采用用了了高高速速缓缓冲冲存存储储器器（CacheCache）2.2.2 2.2.2 寄存器组寄存器组2.2 322.2 32位微处理器位微处理器1 1、8038680386内部寄存器内部寄存器通用寄存器通用寄存器 段寄存器组段寄存器组专用寄存器组专用寄存器组控制寄存器组控制寄存器组系统地址寄存器组系统地址寄存器组调试寄存器组调试寄存器组 测试寄存器组测试寄存器组2.2 322.2 32位微处理器位微处理器1.1.通用寄存器通用寄存器 8 8个个3232位通用寄存器，可以作为位通用寄存器，可以作为1616位用位用 E

25、AX EBXEAX EBX ECX EDX ECX EDX ESI EDI ESI EDI EBP ESP EBP ESP2.2 322.2 32位微处理器位微处理器2.2.2.2.段寄存器组段寄存器组段寄存器组段寄存器组2.2 322.2 32位微处理器位微处理器3.3.专用寄存器组专用寄存器组EFLAGS2.2 322.2 32位微处理器位微处理器4.4.控制寄存器控制寄存器5.5.系统地址寄存器系统地址寄存器说明：这两类寄存器均服务于内存地址的确定。说明：这两类寄存器均服务于内存地址的确定。2.2 322.2 32位微处理器位微处理器6.6.6.6.调试寄存器调试寄存器调试寄存器调试寄存

26、器由由8 8个个3232位寄存器组成，程位寄存器组成，程序员在编程及调试过程中使序员在编程及调试过程中使用这些寄存器完成程序的调用这些寄存器完成程序的调试。试。2.2 322.2 32位微处理器位微处理器7.7.测试寄存器测试寄存器 l包含包含8 8个个3232位寄存器位寄存器lTR0TR0TR5TR5：为保留寄存器。：为保留寄存器。lTR6TR6、TR7TR7：测测试试寄寄存存器器：用用来来测测试试转转换换后后备备缓缓冲冲区区TLBTLB。其中，。其中，TR6TR6：测测试试命命令令寄寄存存器器，用于对用于对TLBTLB进行测试。进行测试。TR7TR7：用用于于保保存存测测试试TLBTLB后

27、的结果。后的结果。2.2 322.2 32位微处理器位微处理器（1）1278H+3469H 0001 0010 0111 1000B+0011 0100 0110 1001B=0100 0110 1110 0001BCF=OF=ZF=SF=0,AF=PF=1练习题练习题(2)54E3H-27A0H 0101 0100 1110 0011B-0010 0111 1010 0000B=0010 1101 0100 0011BCF=OF=ZF=SF=AF=PF=0（3）3881H+3597H 0011 1000 1000 0001+0011 0101 1001 0111=0110 1110 0001 1000CF=OF=ZF=SF=AF=0,PF=1(4)01E3H-01E3H=0000 0000 0000 0000BCF=OF=SF=AF=0,ZF=PF=1