第2章 8086微处理器硬件结构.ppt

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1、第2章 80X86计算机组织 计算机系统计算机系统 存储器存储器 中央处理机中央处理机 外部设备外部设备主要内容：主要内容：第2章 80X86计算机组织教学目的了解计算机系统的主要组成部分了解计算机系统的主要组成部分掌握存储器地址分段方法掌握存储器地址分段方法掌握物理地址形成掌握物理地址形成掌握掌握8086的寄存器的寄存器掌握标志寄存器各标志位的意义掌握标志寄存器各标志位的意义第2章 80X86计算机组织 80 x86微微处处理理器器系系列列是是Intel公公司司从从20世世纪纪70年年代代开开始始研研制制的的微微处处理理器器的的总总称。称。微处理器的发展微处理器的发展8086微处理器微处理器

2、2.1 Intel80 x86微处理器系列概况第2章 80X86计算机组织计算机的性能指标：字长和字节字长和字节存储容量存储容量地址地址存储器容量存储器容量存储器地址的最大值存储器地址的最大值存储单元的内容存储单元的内容指令系统指令系统运算速度运算速度 主频（时钟频率）主频（时钟频率）系统配置系统配置第2章 80X86计算机组织一、硬件：一、硬件：I/O子系统子系统.中央处理中央处理机机 CPU总线控总线控制逻辑制逻辑接接 口口接接 口口存储器存储器大容量大容量存储器存储器I/O设备设备系系统统总总线线.2.2基于微处理器的计算机系统构成基于微处理器的计算机系统构成二、二、8086微处理器基本

3、组成微处理器基本组成三、软件：系统软件 用户软件第2章 80X86计算机组织2.3 8086的功能结构8086内内部部结结构构有有两两个个功功能能模模块块，完完成成一一条条指指令令的的取取指指和和执行功能执行功能v模模块块之之一一：总总线线接接口口单单元元BIU，主主要要负负责责读读取取指指令令和和操作数操作数v模块之二：执行单元模块之二：执行单元EU，主要负责指令译码和执行，主要负责指令译码和执行内部结构内部结构内部结构内部结构指令执行指令执行指令执行指令执行第2章 80X86计算机组织8086的寄存器组对对汇汇编编语语言言程程序序员员来来说说，8086内内部结构就是可编程的寄存器组部结构就

4、是可编程的寄存器组v 执行单元执行单元EU 8个通用寄存器个通用寄存器v 1个指令指针寄存器个指令指针寄存器v 1个标志寄存器个标志寄存器v 4个段寄存器个段寄存器第2章 80X86计算机组织1.8086的通用寄存器8086的的16位通用寄存器是：位通用寄存器是：AXBXCXDXSIDIBPSP其其中中前前4个个数数据据寄寄存存器器都都还还可可以以分分成成高高8位和低位和低8位两个独立的寄存器位两个独立的寄存器8086的的8位通用寄存器是：位通用寄存器是：AHBHCHDHALBLCLDL对对其其中中某某8位位的的操操作作，并并不不影影响响另另外外对对应应8位的数据位的数据第2章 80X86计算

5、机组织数据寄存器数数据据寄寄存存器器用用来来存存放放计计算算的的结结果果和和操操作作数数，也可以存放地址也可以存放地址每个寄存器又有它们各自的专用目的每个寄存器又有它们各自的专用目的nAX累累加加器器，使使用用频频度度最最高高，用用于于算算术术、逻逻辑运算以及与外设传送信息等；辑运算以及与外设传送信息等；nBX基址寄存器，常用做存放存储器地址；基址寄存器，常用做存放存储器地址；nCX计计数数器器，作作为为循循环环和和串串操操作作等等指指令令中中的的隐含计数器；隐含计数器；nDX数数据据寄寄存存器器，常常用用来来存存放放双双字字长长数数据据的的高高16位，或存放外设端口地址。位，或存放外设端口地

6、址。第2章 80X86计算机组织变址寄存器变变址址寄寄存存器器常常用用于于存存储储器器寻寻址址时时提提供地址供地址nSI是源变址寄存器是源变址寄存器nDI是目的变址寄存器是目的变址寄存器串串操操作作类类指指令令中中，SI和和DI具具有有特特别别的功能的功能第2章 80X86计算机组织指针寄存器指针寄存器用于寻址内存指针寄存器用于寻址内存堆栈堆栈内的数据内的数据SPSP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址SPSP不能再用于其他目的，具有专用目的不能再用于其他目的，具有专用目的BPBP为为基基址址指指针针寄寄存存器器，表表示示数数据据在在堆堆栈栈段段中中的基地址

7、的基地址SPSP和和BPBP寄寄存存器器与与SSSS段段寄寄存存器器联联合合使使用用以以确确定定堆栈段中的存储单元地址堆栈段中的存储单元地址第2章 80X86计算机组织指令指针IP指令指针寄存器指令指针寄存器IP，指示代码段中指令的偏移地址，指示代码段中指令的偏移地址它它与与代代码码段段寄寄存存器器CS联联用用，确确定定下下一一条条指指令令的的物物理理地址地址计计算算机机通通过过CS:IP寄寄存存器器来来控控制制指指令令序序列列的的执执行行流流程程IP寄存器是一个专用寄存器寄存器是一个专用寄存器第2章 80X86计算机组织2.标志寄存器标标志志（Flag）用用于于反反映映指指令令执执行行结结果

8、果或或控控制制指令执行形式指令执行形式8086处处理理器器的的各各种种标标志志形形成成了了一一个个16位位的的标标志寄存器志寄存器FLAGS（程序状态字（程序状态字PSW寄存器寄存器）OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0 程序设计需要利用标志的状态程序设计需要利用标志的状态第2章 80X86计算机组织标志的分类状状态态标标志志用用来来记记录录程程序序运运行行结结果果的的状状态态信息，许多指令的执行都将相应地设置它信息，许多指令的执行都将相应地设置它CF ZF SF PF OF AF控控制制标标志志可可由由程程序序根根据据需需要要用用指指令令设设置置，用于控

9、制处理器执行指令的方式用于控制处理器执行指令的方式DF IF TF第2章 80X86计算机组织进位标志CF（Carry Flag）当当运运算算结结果果的的最最高高有有效效位位有有进进位位（加加法法）或或借借位位（减减法法）时，进位标志置时，进位标志置1，即，即CF=1；否则；否则CF=0。3AH+7CHB6H，没有进位：，没有进位：CF=0AAH+7CH（1）26H，有进位：，有进位：CF=1第2章 80X86计算机组织零标志ZF（Zero Flag）若运算结果为若运算结果为0，则，则ZF=1；否则否则ZF=03AH+7CHB6H，结果不是零：，结果不是零：ZF=084H+7CH（1）00H，

10、结果是零：，结果是零：ZF=1 注意：注意：ZF为为1表示的结果是表示的结果是0第2章 80X86计算机组织符号标志SF（Sign Flag）运算结果最高位为运算结果最高位为1，则，则SF=1；否则；否则SF=03AH+7CHB6H，最高位，最高位D71：SF=184H+7CH（1）00H，最高位，最高位D70：SF=0 有符号数据用最高有效位表示数据的符号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所以，最高有效位就是符号标志的状态第2章 80X86计算机组织奇偶标志PF（Parity Flag）当当运运算算结结果果最最低低字字节节中中“1”的的个个数数为为零零或或

11、偶数时，偶数时，PF=1；否则；否则PF=03AH+7CHB6H10110110B结果中有结果中有5个个1，是奇数：是奇数：PF=0 PF标标志志仅仅反反映映最最低低8位位中中“1”的的个个数数是是偶或奇，即使是进行偶或奇，即使是进行16位字操作位字操作第2章 80X86计算机组织溢出标志OF（Overflow Flag）若算术运算的结果有溢出，若算术运算的结果有溢出，则则OF1；否则；否则 OF03AH+7CHB6H，产生溢出：，产生溢出：OF=1AAH+7CH（1）26H，没有溢出：，没有溢出：OF=0第2章 80X86计算机组织问题问题什么是溢出？什么是溢出？溢出和进位有什么区别？溢出和

12、进位有什么区别？处理器怎么处理，程序员如何运用？处理器怎么处理，程序员如何运用？如何判断是否溢出？如何判断是否溢出？第2章 80X86计算机组织辅助进位标志辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）3AH+7CHB6H，D3有进位：有进位：AF=1运运算算时时D D3 3位位（低低半半字字节节）有有进进位位或或借位时，借位时，AF=1AF=1；否则；否则AF=0AF=0。这这个个标标志志主主要要由由处处理理器器内内部部使使用用，用用于于十十进进制制算算术术运运算算调调整整指指令令中中，用用户一般不必关心户一般不必关心第2章 80X86计算机组织方向标志DF（Direction

13、 Flag）用用于于串串操操作作指指令令中中，控控制制地地址址的的变变化方向：化方向：设置设置DFDF0 0，存储器地址自动增加；，存储器地址自动增加；设置设置DFDF1 1，存储器地址自动减少。，存储器地址自动减少。CLDCLD指令复位方向标志：指令复位方向标志：DFDF0 0STDSTD指令置位方向标志：指令置位方向标志：DFDF1 1第2章 80X86计算机组织中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）用用于于控控制制外外部部可可屏屏蔽蔽中中断断是是否否可可以以被处理器响应：被处理器响应：设置设置IFIF1 1，则允许中断；，则允许中断；设置设置IFIF0 0，则禁止

14、中断。，则禁止中断。CLICLI指令复位中断标志：指令复位中断标志：IFIF0 0STISTI指令置位中断标志：指令置位中断标志：IFIF1 1第2章 80X86计算机组织陷阱标志TF（Trap Flag）用于控制处理器进入单步操作方式：用于控制处理器进入单步操作方式：设置设置TFTF0 0，处理器正常工作；，处理器正常工作；设置设置TFTF1 1，处理器单步执行指令。，处理器单步执行指令。单单步步执执行行指指令令处处理理器器在在每每条条指指令令执执行行结结束束时，便产生一个编号为时，便产生一个编号为1 1的内部中断的内部中断这种内部中断称为这种内部中断称为单步中断单步中断所以所以TFTF也称

15、为也称为单步标志单步标志n利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试n这种逐条指令调试程序的方法就是这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试单步调试第2章 80X86计算机组织2.4存储器组织与段寄存器寄寄存存器器是是微微处处理理器器内内部部暂暂存存数数据据的的存存储储单单元元，以名称表示以名称表示存存储储器器则则是是微微处处理理器器外外部部存存放放程程序序及及其其数数据据的空间的空间程程序序及及其其数数据据可可以以长长久久存存放放在在外外存存，在在程程序序需要时才进入主存需要时才进入主存主存需要利用地址区别主存需要利用地址区别第2章 80X86计算机组织数据信

16、息的表达单位计算机中信息的单位计算机中信息的单位n二进制位二进制位BitBit：存储一位二进制数：存储一位二进制数：0 0或或1 1n字节字节ByteByte：8 8个二进制位个二进制位，D D7 7D D0 0n字字WordWord：1616位，位，2 2个字节，个字节，D D1515D D0 0n双字双字DWordDWord：3232位，位，4 4个字节个字节，D D3131D D0 0最低有效位最低有效位LSBLSB：数据的最低位，：数据的最低位，D D0 0位位最最高高有有效效位位MSBMSB：数数据据的的最最高高位位，对对应应字字节节、字、双字分别指字、双字分别指D D7 7、D D

17、1515、D D3131位位图示图示图示图示第2章 80X86计算机组织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每个存储单元存放一个字节的内容0002H0002H单元存放有一个数据单元存放有一个数据34H34H表达为表达为0002H0002H34H34H图示图示图示图示第2章 80X86计算机组织多字节数据存放方式多字节数据在存储器中占多字节数据在存储器中占连续的多个存储单元连续的多个存储单元：n存存放放时时，低低字字节节存存入入低低地地址址，高高字字节节存存入入高高地地址址；n表表达达时时，用用它它

18、的的低低地地址址表表示示多多字字节节数数据据占占据据的的地址空间。地址空间。图图1.71.7中中2 2号号“字字”单元的内容为：单元的内容为：0002H=1234H0002H=1234H2 2号号“双字双字”单元的内容为：单元的内容为：0002H=78561234H0002H=78561234H 80 x86处处理理器器采采用用“低低对对低低、高高对对高高”的的存存储储形形式式，被被称称为为“小小端端方方式式Little Endian”。相相 对对 应应 还还 存存 在在“大大 端端 方方 式式 Big Endian”。图示图示图示图示第2章 80X86计算机组织数据的地址对齐同同一一个个存存

19、储储器器地地址址可可以以是是字字节节单单元元地地址址、字字单单元元地地址址、双字单元地址等等双字单元地址等等字字单单元元安安排排在在偶偶地地址址（xxx0Bxxx0B）、双双字字单单元元安安排排在在模模4 4地址（地址（xx00Bxx00B）等，被称为）等，被称为“地址对齐（地址对齐（AlignAlign）”对对于于不不对对齐齐地地址址的的数数据据，处处理理器器访访问问时时，需需要要额额外外的的访问存储器时间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应该将数据的地址对齐，以取得较高的存取速度视具体情况来确定视具体情况来确定第2章 80X86计算机组织2.存储器的分段管理8086C

20、PU8086CPU有有2020条地址线条地址线n最大可寻址空间为最大可寻址空间为2 220201MB1MBn物理地址范围从物理地址范围从00000H00000HFFFFFHFFFFFH8086CPU8086CPU将将1MB1MB空间分成许多空间分成许多逻辑段（逻辑段（SegmentSegment）n每个段最大限制为每个段最大限制为64KB64KBn段地址的低段地址的低4 4位为位为0000B0000B这这样样，一一个个存存储储单单元元除除具具有有一一个个唯唯一一的的物物理理地地址址外外，还还具具有有多个多个逻辑地址逻辑地址第2章 80X86计算机组织物理地址和逻辑地址对对应应每每个个物物理理存

21、存储储单单元元都都有有一一个个唯唯一一的的20位位编编号号，就是物理地址，从就是物理地址，从00000HFFFFFH。分段后在用户编程时，采用逻辑地址，形式为分段后在用户编程时，采用逻辑地址，形式为段基地址段基地址 :段内偏移地址段内偏移地址分隔符分隔符第2章 80X86计算机组织逻辑地址段地址段地址说明逻辑段在主存中的起始位置说明逻辑段在主存中的起始位置8086规定段地址必须是模规定段地址必须是模16地址：地址：xxxx0H省省略略低低4位位0000B，段段地地址址就就可可以以用用16位位数数据表示，就能用据表示，就能用16位位段寄存器段寄存器表达段地址表达段地址偏偏移移地地址址说说明明主主

22、存存单单元元距距离离段段起起始始位位置置的的偏偏移量移量每每段段不不超超过过64KB，偏偏移移地地址址也也可可用用16位位数数据表示据表示第2章 80X86计算机组织物理地址和逻辑地址的转换将将逻逻辑辑地地址址中中的的段段地地址址左左移移4 4位位，加加上上偏偏移移地地址址就得到就得到2020位物理地址位物理地址一个物理地址可以有多个逻辑地址一个物理地址可以有多个逻辑地址逻辑地址逻辑地址 1460:1001460:100、1380:F001380:F00物理地址物理地址 14700H 14700H14700H 14700H146014600 0H H 100H100H14700H14700H1

23、38013800 0H H F00HF00H14700H14700H段地址左移段地址左移4 4位位加上偏移地址加上偏移地址得到物理地址得到物理地址第2章 80X86计算机组织3.段寄存器v8086有有4个个16位段寄存器位段寄存器vCS（代码段）指明（代码段）指明代码段代码段的起始地址的起始地址vSS（堆栈段）指明（堆栈段）指明堆栈段堆栈段的起始地址的起始地址vDS（数据段）指明（数据段）指明数据段数据段的起始地址的起始地址vES（附加段）指明（附加段）指明附加段附加段的起始地址的起始地址v每每个个段段寄寄存存器器用用来来确确定定一一个个逻逻辑辑段段的的起起始始地地址，每种逻辑段均有各自的用途

24、址，每种逻辑段均有各自的用途第2章 80X86计算机组织如何分配各个逻辑段v程序的指令序列必须安排在代码段程序的指令序列必须安排在代码段v程序使用的堆栈一定在堆栈段程序使用的堆栈一定在堆栈段v程程序序中中的的数数据据默默认认是是安安排排在在数数据据段段，也也经经常常安安排排在在附附加加段段，尤尤其其是是串串操操作作的的目目的的区区必必须须是附加段是附加段v数数据据的的存存放放比比较较灵灵活活，实实际际上上可可以以存存放放在在任任何一种逻辑段中何一种逻辑段中演示演示演示演示第2章 80X86计算机组织段超越前缀指令v没没有有指指明明时时，一一般般的的数数据据访访问问在在DS段段；使使用用BP访问

25、主存，则在访问主存，则在SS段段v默默认认的的情情况况允允许许改改变变，需需要要使使用用段段超超越越前前缀缀指指令令；8086指令系统中有指令系统中有4个：个：vCS:；代码段超越，使用代码段的数据；代码段超越，使用代码段的数据vSS:；堆栈段超越，使用堆栈段的数据；堆栈段超越，使用堆栈段的数据vDS:；数据段超越，使用数据段的数据；数据段超越，使用数据段的数据vES:；附加段超越，使用附加段的数据；附加段超越，使用附加段的数据示例示例示例示例第2章 80X86计算机组织段超越的示例v没有段超越的指令实例：没有段超越的指令实例：vMOV AX,2000H；AXDS:2000Hv；从默认的；从默

26、认的DS数据段取出数据数据段取出数据v采用段超越前缀的指令实例：采用段超越前缀的指令实例：vMOV AX,ES:2000H；AXES:2000Hv；从指定的；从指定的ES附加段取出数据附加段取出数据总结总结总结总结第2章 80X86计算机组织段寄存器的使用规定访问存储器的方式访问存储器的方式默认默认可超越可超越偏移地址偏移地址取指令取指令CSCS无无IPIP堆栈操作堆栈操作SSSS无无SPSP一般数据访问一般数据访问DSDSCS ES SSCS ES SS有效地址有效地址EAEABPBP基址的寻址方式基址的寻址方式SSSSCS ES DSCS ES DS有效地址有效地址EAEA串操作的源操作数

27、串操作的源操作数DSDSCS ES SSCS ES SSSISI串操作的目的操作数串操作的目的操作数ESES无无DIDI第2章 80X86计算机组织存储器的分段8086对逻辑段对逻辑段要求要求：n段地址低段地址低4位均为位均为0n每段最大不超过每段最大不超过64KB8086对逻辑段对逻辑段并不要求并不要求：n必须是必须是64KBn各段之间完全分开（即可以重叠）各段之间完全分开（即可以重叠）各段独立各段独立各段独立各段独立各段重叠各段重叠各段重叠各段重叠最最最最多多多多多少段？多少段？多少段？多少段？最最最最少少少少多少段？多少段？多少段？多少段？第2章 80X86计算机组织总结8086有有8个

28、个8位位通通用用寄寄存存器器、8个个16位位通通用用寄寄存器存器8086有有6个状态标志和个状态标志和3个控制标志个控制标志8086将将1MB存存储储空空间间分分段段管管理理，有有4个个段段寄寄存器，对应存器，对应4种逻辑段种逻辑段8086有有4个个段段超超越越前前缀缀指指令令，用用于于明明确确指指定定数据所在的逻辑段数据所在的逻辑段第2章 80X86计算机组织2.5 外部设备外部设备 外部设备与主机（外部设备与主机（CPU 和存储器）的通信是和存储器）的通信是通过外设接口（通过外设接口（Interface）进行的，每个接口包括）进行的，每个接口包括一组寄存器。一组寄存器。数据寄存器：数据寄存

29、器：存放外设和主机间传送的数据存放外设和主机间传送的数据状态寄存器：状态寄存器：保存外设或接口的状态信息保存外设或接口的状态信息命令寄存器：命令寄存器：保存保存CPU发给外设或接口的控制命令发给外设或接口的控制命令 外设中每个寄存器有一个端口（外设中每个寄存器有一个端口（Port）地址，构成）地址，构成一个独立于内存的一个独立于内存的 I/O 地址空间：地址空间：0000H FFFFH第2章 80X86计算机组织 寄存器与存储器的比较：寄存器与存储器的比较：寄寄 存存 器器 存存 储储 器器 在在CPU内部内部 在在CPU外部外部访问速度快访问速度快 访问速度慢访问速度慢容量小，成本高容量小，成本高 容量大，成本低容量大，成本低用名字表示用名字表示 用地址表示用地址表示没有地址没有地址 地址可用各种方式形成地址可用各种方式形成第2章 80X86计算机组织本章到此结束本章到此结束谢谢！谢谢！