微处理器精选PPT.ppt
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1、关于微处理器第1页,讲稿共53张,创作于星期六2.1 8086/80882.1 8086/8088微处理器结构微处理器结构8086的内部结构从功能上分成两个单元的内部结构从功能上分成两个单元1.总线接口单元总线接口单元BIU管理管理8088与系统总线的接口与系统总线的接口负责负责CPU对存储器和外设进行访问对存储器和外设进行访问2.执行单元执行单元EU负责指令的译码、执行和数据的运算负责指令的译码、执行和数据的运算两两个个单单元元相相互互独独立立,分分别别完完成成各各自自操操作作,还还可可以以并并行执行,实现指令预取(行执行,实现指令预取(指令读取和执行的流水线操作指令读取和执行的流水线操作)
2、BIU 和和 EU 采用采用“流水线式流水线式”的非同步工作模式,使得总线的非同步工作模式,使得总线控制逻辑和指令执行逻辑之间既互相独立又互相配合。控制逻辑和指令执行逻辑之间既互相独立又互相配合。一、一、8086/80888086/8088微处理器功能结构微处理器功能结构第2页,讲稿共53张,创作于星期六80888088的内部结构的内部结构1 2 3 4 内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出控输出控制电路制电路执行部分执行部分控制电路控制电路ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存器寄存器地址地址加
3、法加法器器指令队列指令队列执行部件执行部件(EU)总线接口部件总线接口部件(BIU)16位位20位位8位位8位位返回返回第3页,讲稿共53张,创作于星期六8088的指令执行过程的指令执行过程第4页,讲稿共53张,创作于星期六(一)通用寄存器组(一)通用寄存器组 1、数据寄存器、数据寄存器:AX BX CX DX 2、变址寄存器、变址寄存器:SI DI 3、指针寄存器、指针寄存器:BP SP4个个数数据据寄寄存存器器还还可可以以分分成成高高8位位和和低低8位位两两个个独独立立的的寄寄存存器器,这这样样又又形形成成8个个通通用用的的8位寄存器位寄存器 AX:AH ALBX:BH BL CX:CH
4、CLDX:DH DL二、二、8086/80888086/8088寄存器结构寄存器结构(资源)资源)第5页,讲稿共53张,创作于星期六1 1、数据寄存器、数据寄存器AXAX称为称为累加器累加器(AccumulatorAccumulator)使使用用频频度度最最高高。用用于于算算术术、逻逻辑辑运运算算以以及及与与外外设设传传送送信信息息等等BXBX称为称为基址寄存器基址寄存器(Base address RegisterBase address Register)常用做存放存储器地址常用做存放存储器地址CXCX称为称为计数器计数器(CounterCounter)作为循环和串操作等指令中的隐含计数器作
5、为循环和串操作等指令中的隐含计数器DXDX称为称为数据寄存器数据寄存器(Data registerData register)常用来存放双字长数据的高常用来存放双字长数据的高1616位,或存放外设端口地址位,或存放外设端口地址第6页,讲稿共53张,创作于星期六2 2、变址寄存器、变址寄存器16位变址寄存器位变址寄存器SI和和DI常用于存储器变址寻址方式时提供地址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(是源地址寄存器(Source Index)DI是目的地址寄存器(是目的地址寄存器(Destination Index)在串操作类指令中,在串操作类指令中,SI、DI还有较特殊的用法还
6、有较特殊的用法 现在不必完全理解,以后会详细展开现在不必完全理解,以后会详细展开第7页,讲稿共53张,创作于星期六3 3、指针寄存器、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为为堆堆栈栈指指针针寄寄存存器器(Stack Stack PointerPointer),指指示示堆栈段栈顶的位置(偏移地址)堆栈段栈顶的位置(偏移地址)BPBP为为基基址址指指针针寄寄存存器器(Base Base PointerPointer),表表示示数据在堆栈段中的基地址数据在堆栈段中的基地址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
7、确确定堆栈段中的存储单元地址定堆栈段中的存储单元地址堆堆栈栈(Stack)是是主主存存中中一一个个特特殊殊的的区区域域,采采用用“先先进进后后出出”或或“后后进进先先出出”存存取操作方式、而不是随机存取方式。取操作方式、而不是随机存取方式。用用8088/8086形形成成的的微微机机系系统统中中,堆堆栈栈区区域被称为堆栈段域被称为堆栈段第8页,讲稿共53张,创作于星期六(二)段寄存器组(二)段寄存器组 8086/8088 CPU具具有有寻寻址址1MB存存储储空空间间的的能能力力,但但指指针针寄寄存存器器和和变变址址寄寄存存器器只只有有16位位(可可寻寻址址64KB),于于是是8086/8088将
8、将1MB存存储储空空间间分分段段,每每段段最最长长64KB,这这些些段段可可被被设设置置在在整整个个存储空间,其起始地址由段寄存器提供。存储空间,其起始地址由段寄存器提供。8086/8088CPU 的的BIU中有中有4个个16位的段寄存器:位的段寄存器:代码段寄存器代码段寄存器CS,堆栈段寄存器,堆栈段寄存器SS 数据段寄存器数据段寄存器DS,附加段寄存器,附加段寄存器ES (具体情况后叙)(具体情况后叙)二、二、8086/80888086/8088寄存器结构寄存器结构(资源)资源)第9页,讲稿共53张,创作于星期六(三)控制寄存器组(三)控制寄存器组 用于程序控制的寄存器,包括指令指针寄存器
9、用于程序控制的寄存器,包括指令指针寄存器IPIP和标志寄存器和标志寄存器F F。1 1、指令指针寄存器、指令指针寄存器IP(Instruction Instruction PointerPointer)为为指指令令指指针针寄寄存存器器,指指示示主主存储器指令的位置存储器指令的位置随随着着指指令令的的执执行行,IPIP将将自自动动修修改改以以指指示示下下一一条条指指令令所所在在的的存存储器位置储器位置IPIP寄存器是一个专用寄存器寄存器是一个专用寄存器IPIP寄寄存存器器与与CSCS段段寄寄存存器器联联合合使使用用以以确确定定下下一一条条指指令令的的存存储储单单元元地址地址二、二、8086/80
10、888086/8088寄存器结构寄存器结构(资源)资源)第10页,讲稿共53张,创作于星期六2 2、标志寄存器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果的的状状态态或或控控制制指指令令执执行行的的形形式式,用用以以决定程序走向决定程序走向8088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位位的的标标志志寄寄存存器器FLAGS(程程序序状状态态字字PSW寄存器寄存器)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11页,讲稿共53张,创作于星期六标志寄存器标志寄存器-分类: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
11、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 CFCF PFPF AFAF ZFZF SFSF TFTFIFIFDFDFOFOF0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515较较验验进进位位 辅辅助助进进位位零零标标志志符符号号标标志志跟跟踪踪标标志志中中断断标标志志方方向向标标志志溢溢出出标标志志第12页,讲稿共53张,创作于星期
12、六 进位标志进位标志CFCF(Carry FlagCarry 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(减法)时,进位标志置(减法)时,进位标志置1,即,即CF1;否则否则CF0。一般用于多字节运算或循环操作。一般用于多字节运算或循环操作。3AH+7CHB6H,没有进位:,没有进位:CF=0AAH+7CH(1)26H,有进位:,有进位:CF=1第13页,讲稿共53张,创作于星期六 零标志零标志ZFZF(Zero FlagZero Flag)若运算结果为若运算结果为0,则,则ZF1;否则否则ZF03AH7CHB6H,结果不是零:,结果不是零:ZF
13、084H7CH(1)00H,结果是零:,结果是零:ZF1 注意:注意:ZF为为1表示的结果是表示的结果是0第14页,讲稿共53张,创作于星期六 符号标志符号标志SFSF(Sign FlagSign Flag)运算结果最高位为运算结果最高位为1,则,则SF1;否则否则SF03AH7CHB6H,最高位,最高位D71:SF184H7CH(1)00H,最高位,最高位D70:SF0 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15页,讲稿共53张,创作于星期六 奇偶标志奇偶标志PFPF(Parity Fla
14、gParity 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或偶数时,零或偶数时,PF1;否则;否则PF03AH7CHB6H10110110B结果中有结果中有5个个“1”,是奇数:,是奇数:PF0 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16页,讲稿共53张,创作于星期六 溢出标志溢出标志OFOF(Overflow FlagOverflow Flag)若算术运算的结果有溢出,则若算术运算的结果有溢出,则OF1;否则否则 OF03AH+7CHB6H,产生溢出:,产生溢出:OF1AAH+
15、7CH(1)26H,没有溢出:,没有溢出:OF0第17页,讲稿共53张,创作于星期六什么是溢出?什么是溢出?处理器内部以补码表示有符号数处理器内部以补码表示有符号数8位表达的整数范围是:位表达的整数范围是:127 12816位表达的范围是: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有溢出,说明有符号数的运算结果不正确3AH7CHB6H,就是,就是58124182,已经超出已经超出128127范围,产生溢出,故范围,产生溢出,故OF1;补码;补码B6H表达真值是表达真值是74,显然运算结果
16、也不正确,显然运算结果也不正确 B6H10110110B,最高位为,最高位为1,作为有符号数是负数作为有符号数是负数 对对B6H求反加求反加1等于:等于:01001001B101001010B4AH74 所以,所以,B6H表达有符号数的真值为表达有符号数的真值为74第18页,讲稿共53张,创作于星期六溢出和进位的区别:溢出和进位的区别:溢溢出出标标志志OF和和进进位位标标志志CF是是两两个个意意义义不同的标志不同的标志进进位位标标志志表表示示无无符符号号数数运运算算结结果果是是否否超超出范围,运算结果仍然正确出范围,运算结果仍然正确溢溢出出标标志志表表示示有有符符号号数数运运算算结结果果是是否
17、否超超出范围,运算结果已经不正确出范围,运算结果已经不正确第19页,讲稿共53张,创作于星期六溢出和进位的对比:溢出和进位的对比:例例1:3AH7CHB6H无符号数运算:无符号数运算:58124182范围内,无进位范围内,无进位有符号数运算:有符号数运算:58124182范围外,有溢出范围外,有溢出例例2:AAH7CH(1)26H无符号数运算:无符号数运算:170124294范围外,有进位范围外,有进位有符号数运算:有符号数运算:8612428范围内,无溢出范围内,无溢出第20页,讲稿共53张,创作于星期六溢出和进位的应用场合:溢出和进位的应用场合:处处理理器器对对两两个个操操作作数数进进行行
18、运运算算时时,按按照照无无符符号号数数求求得得结结果果,并并相相应应设设置置进进位位标标志志CF;同同时时,根根据据是是否否超超出出有有符符号号数数的的范范围围设设置溢出标志置溢出标志OF应应该该利利用用哪哪个个标标志志,则则由由程程序序员员来来决决定定。也也就就是是说说,如如果果将将参参加加运运算算的的操操作作数数认认为为是是无无符符号号数数,就就应应该该关关心心进进位位;认认为为是是有有符号数,则要注意是否溢出符号数,则要注意是否溢出第21页,讲稿共53张,创作于星期六溢出的判断:溢出的判断:判断运算结果是否溢出有一个简单的规则:判断运算结果是否溢出有一个简单的规则:只只有有当当两两个个相
19、相同同符符号号数数相相加加(包包括括不不同同符符号号数数相相减减),而而运运算算结结果果的的符符号号与与原原数数据据符符号号相相反反时时,产产生生溢溢出出;因为,此时的运算结果显然不正确因为,此时的运算结果显然不正确其他情况下,则不会产生溢出其他情况下,则不会产生溢出例例1:3AH7CHB6H溢出溢出例例2:AAH7CH无溢出无溢出例例3:3AH7CH无溢出无溢出例例4:AAH7CH2DH溢出溢出第22页,讲稿共53张,创作于星期六 辅助进位标志辅助进位标志AF(Auxiliary Carry Flag)3AH7CHB6H,D3有进位:有进位:AF1运运算算时时D D3 3位位(低低半半字字节
20、节)有有进进位位或或借借位时,位时,AFAF1 1;否则;否则AFAF0 0这个标志主要由处理器内部使用,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,用于十进制算术运算调整指令中,用户一般不必关心用户一般不必关心第23页,讲稿共53张,创作于星期六 方向标志方向标志DF(Direction Flag)用于串操作指令中,控制地址的变化方向:用于串操作指令中,控制地址的变化方向:设置设置DF0,存储器地址自动增加;,存储器地址自动增加;设置设置DF1,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
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