微機原理2-1：8088CPU內部結構寄存器組存儲器組織ppt課件

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第二部分 8086/8088微處理器,一、8086/8088CPU的內部結構 二、8086/8088的內部寄存器 三、8086/8088的存儲器組織 四、微處理器的指令系統(tǒng) 五、8086/8088的引腳及工作摸式 六、時序與總線周期,1,控制總線,數(shù)據(jù)總線,地址總線,一、 8086/8088CPU的內部結構,算術邏輯單元（運算器） 寄存器組 指令處理單元（控制器）,8位微處理器的內部結構,2,16位微處理器也具有以上結構中的基本單元，但更為復雜。 以8088為例講解16位微處理器的功能結構。 8088是8086的簡化版本。 兩個芯片都是16位微處理器，內部運算器和寄存器都是16位的，同樣具有20位地址線；8088的外部數(shù)據(jù)總線為8位，而8086為16位,8088/8086的功能結構,3,,,,,,,,AH,AL,BH,BL,,CL,,CH,DH,DL,SP,BP,DI,SI,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,通 用 寄 存 器,CS,DS,SS,ES,,I P,內部通信寄存器,總線,控制,邏輯,1,2,3,4,AX,BX,CX,DX,數(shù)據(jù)總線,暫 存 寄 存 器,A L U,標志寄存器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,外部總線,指令隊列,16 位,執(zhí)行,控制,電路,執(zhí)行單元,,,,,,,,,,,,,地址加法器,20 位,,,,,,,,,16 位,段 寄 存 器,指令指針,（EU）,,,,,,,,,,,AB,DB,CB,4,8088的編程結構從功能分成兩個單元 總線接口單元BIU (Bus Interface Unit)——管理8088與系統(tǒng)總線的接口，負責CPU對存儲器和外設進行訪問 執(zhí)行單元EU (Execution Unit)——負責指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運算 兩個單元相互獨立，分別完成各自操作 兩個單元可以并行執(zhí)行，實現(xiàn)指令取指和執(zhí)行的流水線操作,5,并行操作的意義,EU執(zhí)行指令的同時，BIU可以繼續(xù)讀取后續(xù)指令，并存入指令隊列（first in first out)。這叫做“指令預取”。 8位的CPU沒有指令預取功能，執(zhí)行指令前必須等待“取指”操作完成。 取指操作是CPU最頻繁的操作。 這種操作方式節(jié)省了CPU大量的取指等待時間。 “指令流水線”。,6,二、 8088寄存器結構,8088共有8個的通用寄存器，1個標志寄存器，4個段寄存器和1個指令指針寄存器。 1、通用寄存器 ① 數(shù)據(jù)寄存器 共AX、BX、CX、DX四個，每個寄存器即可作為16位寄存器，又可拆分為兩個8位寄存器，此時記為AH、AL、BH、BL等。 AX(AH、AL)：累加器accumulator BX(BH、BL)：基址寄存器base CX(CH、CL)：計數(shù)寄存器counter DX(DH、DL)：數(shù)據(jù)寄存器data,7,②指針和變址寄存器 共BP、SP、SI、DI四個 BP：基址指針寄存器Base Pointer ，默認表示堆棧段基地址； SP：堆棧指針寄存器Stack Pointer，指示棧頂 SI：源變址寄存器Source Index DI：目的變址寄存器Destination Index,8,標志寄存器（FR）是一個十六位的寄存器，但只利用了其中的9位：六個條件標志和三個控制標志。,2、標志寄存器,中斷標志,陷阱標志,符號標志,9,進位標志CF（Carry Flag）,當運算結果的最高有效位有進位（加法）或借位（減法）時，進位標志置1，即CF = 1；否則 CF=0。 例如（以8位運算為例，8088中為16位）： 3AH + 7CH＝B6H 沒有進位：CF=0 AAH + 7CH＝（1）26H 有進位：CF=1,10,溢出標志OF（Overflow Flag）,若算術運算的結果有溢出，則OF=1；否則 OF＝0。 問題： 什么是溢出？ 溢出和進位有什么區(qū)別？ 處理器怎么處理，程序員如何運用？ 如何判斷是否溢出？,P30找答案,11,什么是溢出,處理器內部以補碼表示有符號數(shù) 8位表達的整數(shù)范圍是：＋127 ~ －128 16位表達的范圍是：＋32767 ~ －32768 如果運算結果超出這個范圍，就產生了溢出 有溢出，說明有符號數(shù)的運算結果不正確,12,溢出和進位的對比,例1：3AH＋7CH＝B6H 無符號數(shù)運算： 58＋124＝182 范圍內，無進位 有符號數(shù)運算： 58＋124＝182 范圍外，有溢出,例2：AAH＋7CH＝（1）26H 無符號數(shù)運算： 170＋124＝294 范圍外，有進位 有符號數(shù)運算： －86＋124＝28 范圍內，無溢出,13,處理器對兩個操作數(shù)進行運算時，按照無符號數(shù)求得結果，并相應設置進位標志CF；同時，根據(jù)是否超出有符號數(shù)的范圍設置溢出標志OF 應該利用哪個標志，則由程序員來決定。也就是說，如果將參加運算的操作數(shù)認為是無符號數(shù)，就應該關心進位；認為是有符號數(shù)，則要注意是否溢出。,,14,全零標志ZF（Zero Flag）,若運算結果為全0，則ZF=1，否則ZF=0。 例如： 3AH + 7CH＝B6H 結果不是零：ZF=0 86H + 7CH＝00H 結果是全零：ZF=1,,15,符號標志SF（Sign Flag）,運算結果最高位為1，則SF=1；否則SF=0。 例如： 3AH + 7CH＝B6H 最高位D7＝1：SF=1 86H + 7AH＝00H 最高位D7＝0：SF=0 有符號數(shù)利用最高有效位（MSB）來表示它的符號。所以，運算結果的MSB與符號標志SF相一致。,（1）,,16,奇偶標志PF（Parity Flag）,當運算結果最低字節(jié)中“1”的個數(shù)為零或偶數(shù)時，PF=1；否則PF=0（奇校驗）。 例如： 3AH + 7CH＝B6H＝10110110B， 結果中有5個1，是奇數(shù)，則 PF=0 注意：PF標志僅反映最低8位中“1”的個數(shù)是偶或奇，即使是進行16位字操作。,17,輔助進位標志AF（Auxiliary Carry Flag）,運算時D3位（低半字節(jié)）有進位或借位時，AF=1；否則AF=0。 這個標志主要由處理器內部使用，用于十進制算術運算的調整，用戶一般不必關心。,,18,方向標志DF（Direction Flag）,用于串操作指令中，控制地址的變化方向： 設置DF＝0，串操作后存儲器地址自動增量（增址） ； 設置DF＝1，串操作后存儲器地址自動減量（減址） 。,串：存儲器中一序列字或字節(jié)單元,串操作——對序列字或字節(jié)單元中的內容進行某種操作 ，比如：將一個字符串從源區(qū)傳送到目的區(qū) 。 MOVS——串傳送指令 CMPS——串比較指令 SCAS——串掃描指令 LODS——裝入串指令 STOS——存儲串指令,19,中斷允許標志IF（Interrupt-enable Flag）,用于控制外部可屏蔽中斷是否可以被處理器響應： 設置IF＝1，則允許中斷； 設置IF＝0，則禁止中斷。 CLI 指令復位中斷標志：IF＝0 STI 指令置位中斷標志：IF＝1,,20,陷阱標志TF（Trap Flag）,用于控制處理器是否進入單步執(zhí)行方式： 設置TF＝0，處理器正常工作； 設置TF＝1，處理器每執(zhí)行一條指令就中斷一次，中斷編號為 1 （稱單步中斷）， TF 也被稱為單步標志。 單步執(zhí)行和單步調試 利用單步中斷可對程序進行逐條指令的調試。 這種逐條指令調試程序的方法就是單步調試。,,21,,22,3、段寄存器（CS、DS、SS、ES） 在8088可尋址的1MB內存空間中，可以存在四種分工不同的邏輯段：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加段。 段寄存器即是存放各個邏輯段段首地址的寄存器。,23,存儲器的分段管理,8088有20條地址線， 最大可尋址空間為 220＝1MB， 可尋址的地址范圍為 00000H～FFFFFH 該地址稱物理地址 硬件用20位的物理地址來對存儲單元進行尋址,24,存儲器的分段管理,由于8088中的地址寄存器都是16位的，用戶不能直接使用20位的物理地址，編程時需要使用邏輯地址來尋址存儲單元。 邏輯地址由兩個16位數(shù)構成，其形式為： 段的起始地址 ： 段內的偏移地址 （16位段地址） ：（ 16位偏移量）,分隔符,物理地址 14700H 邏輯地址 1460H:100H,25,地址加法器 將16位的邏輯地址轉換為20位的物理地址，具體操作過程為：先將段寄存器提供的16位段地址左移四位，低位補0，恢復為20位地址，然后與由各種尋址方式提供的16位偏移地址相加，即得到20位的物理地址。,邏輯地址,26,物理地址： 20 位 邏輯地址： 段基址 （段寄存器的內容）16位 偏移地址（字節(jié)距離）16位,,+,,邏輯地址,27,存儲器的分段管理,,邏輯地址的表示——段地址：偏移地址,地址偏移量（xxxxH）,段首（xxxx0H）,低址,,,,,,段尾,,某 邏 輯 段,某尋址單元,28,段地址說明邏輯段在存儲器中的起始位置，為模16地址：xxxx0H，省略低4位后，可用1個16位數(shù)來表示，該地址可被存放在不同的段寄存器CS/SS/DS/ES中。 偏移地址說明尋址單元距離段首的偏移量，因每段長度不超過64KB，所以偏移地址也可用1個16位數(shù)來表示。,存儲器的分段管理,29,存儲器的分段管理,一個存儲單元可以擁有多個邏輯地址，但只可能擁有一個唯一的物理地址。,邏輯地址 1460:100、1380:F00 物理地址 14700H 14700H,30,如何分配各個邏輯段,程序的指令序列必須安排在代碼段； 程序使用的堆棧一定在堆棧段； 程序中的數(shù)據(jù)默認是安排在數(shù)據(jù)段，也經常安排在附加段，尤其是串操作的目的區(qū)必須是附加段。 數(shù)據(jù)的存放比較靈活，實際上可以存放在任何一種邏輯段中。,31,段跨越前綴指令,沒有指明時，一般的數(shù)據(jù)訪問在DS段； 若使用BP訪問存儲器，則在SS段。 默認的情況允許改變，需要使用段跨越前綴指令，8088指令系統(tǒng)中共有4個： CS： ——代碼段超越，使用代碼段的數(shù)據(jù) SS： ——堆棧段超越，使用堆棧段的數(shù)據(jù) DS： ——數(shù)據(jù)段超越，使用數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù) ES： ——附加段超越，使用附加段的數(shù)據(jù),32,段超越的例子,沒有段超越的指令實例： MOV AX, [2000H] ；AX←DS:[2000H]， ；從默認的DS數(shù)據(jù)段取出數(shù)據(jù) 采用段超越前綴的指令實例： MOV AX, ES:[2000H] ；AX←ES:[2000H]， ；從指定的ES附加段取出數(shù)據(jù),33,段寄存器的使用規(guī)定（表2.1）,存儲器訪問方式 默認段寄存器 段超越 偏移地址 取指令 CS 無 IP 堆棧操作 SS 無 SP 一般數(shù)據(jù)訪問 DS CS/ES/SS 有效地址EA 下列特殊情況除外 串操作的源操作數(shù) DS CS/ES/SS SI 串操作的目的操作數(shù) ES 無 DI BP基址的尋址方式 SS CS/DS/ES 有效地址EA,,,,,,,,,34,IP（Instruction Pointer）中存放即將要執(zhí)行的指令的有效地址，IP具有自增量功能。在每取出一條指令后，IP自增一，指令指針指向下一條指令。,4、指令指針寄存器（IP ）,35,總結一下：,通用寄存器 8 AX/BX/CX/DX BP/SP DI/SI 指令指針寄存器 1 IP 標志寄存器 1 PSW 段寄存器 4 CS/SS/DS/ES 掌握通用寄存器的作用 熟悉PSW中各個標志的含義 切實理解存儲器組織和存儲空間分段的概念,36,8088的寄存器組,37,堆棧的概念,堆棧（Stack）是主存中一個特殊的區(qū)域。 它采用先進后出FILO（First In Last Out）或后進先出LIFO（Last In First Out）的原則進行存取操作，而不是隨機存取操作方式。 堆棧指針——它指示棧頂位置，在8086/8086中，棧頂由SS和SP共同指示，即SS:SP。 堆棧操作 處理器自動維持（子程序調用時的斷點處理） 用戶操作（PUSH/POP指令）,,38,三、 8088/8086的存儲器結構,存儲器是計算機存儲信息的地方。掌握數(shù)據(jù)存儲格式，以及存儲器的分段管理對以后的匯編程序設計非常重要 你能區(qū)別寄存器、存儲器(主存)、外存(包括硬盤、光盤、磁帶等存儲介質)嗎？,39,寄存器、存儲器和外存的區(qū)別,寄存器是微處理器（CPU）內部暫存數(shù)據(jù)的存儲單元，以名稱表示，例如：AX，BX….等 存儲器也就是平時所說的主存，也叫內存，可直接與CPU進行數(shù)據(jù)交換。主存利用地址區(qū)別 外存主要指用來長久保存數(shù)據(jù)的外部存儲介質，常見的有硬盤、光盤、磁帶、U盤等。外存的數(shù)據(jù)只能通過主存間接地與CPU交換數(shù)據(jù) 程序及其數(shù)據(jù)可以長久存放在外存，在運行需要時才進入主存,40,2.5 8086/8088的存儲器結構,數(shù)據(jù)的存儲格式 計算機中表示信息的單位有： 位（bit）、字節(jié)（byte）、 字（word）、雙字（double word）等 在存儲器中，信息的存儲單位是：字節(jié)；即每個存儲單元的內容是一個字節(jié)。,41,信息的表示單位,最低有效位LSB（Least Significant Bit）：指數(shù)據(jù)的最低位，即D0位； 最高有效位MSB（Most Significant Bit）：指數(shù)據(jù)的最高位，對應字節(jié)、字、雙字分別指D7、D15、D31位。,42,圖2.3 8088的存儲格式,00000H,,00001H,,00002H,00003H,00004H,00005H,00006H,,,D7 D0,,,,,,,,,,低地址,,,,43,存儲單元及其存儲內容,每個存儲單元都有一個編號——存儲器地址 例如：圖2.3（下頁）中，0002H單元存放有一個數(shù)據(jù)34H，表示為 [0002H]＝34H 如何存儲一個字或雙字呢？,小端方式,44,多字節(jié)數(shù)據(jù)在存儲器中占據(jù)多個連續(xù)的存儲單元： 存放時，低字節(jié)存于低地址，高字節(jié)存于高地址； 多字節(jié)數(shù)據(jù)占據(jù)的地址空間用它的低地址來表示。 例如：圖2.3中， 2號“字”單元： [ 0002H ] = 1234H 2號“雙字”單元： [ 0002H ] = 78561234H 80x86處理器的“低對低、高對高”的存儲形式，被稱為“小端方式（little endian）”。 相對應還存在“大端方式（Big Endian）”。,45,地址對齊,同一個存儲器地址可以表示：字節(jié)單元地址、字單元地址、雙字單元地址等等（視指令的具體情況）。 將字單元安排在偶地址（xx…xx0 B），將雙字單元安排在模4地址（xx…xx00 B）的做法，被稱為“地址對齊（Align）”。 對于地址不對齊的數(shù)據(jù)，處理器訪問時，需要付出額外的訪問時間。要取得較高的存取速度，應該將數(shù)據(jù)的地址對齊。,46,程序分段的圖例（圖2.4）,8088對邏輯段的要求是： 只能從模16地址開始一個段，即段地址低4位均為0，為xxxx0H形式；省略最低四位0，即可用16位的段寄存器存儲。每段最大不超過64KB。 8088對每個段不要求必須是64KB，不要求各段之間完全分開、即可以重疊。 圖2.4a是各自獨立段的分配示例 圖2.4b是相互重疊段的分配示例 1MB空間最多能分成多少個段？ 1MB空間最少能分成多少個段？,47,1MB空間的分段,1MB空間最多能分成多少個邏輯段？ 每隔16個存儲單元就可以開始一個段，所以1MB最多可以有： 220÷16＝216＝64K 個段 1MB空間最少能分成多少個邏輯段？ 每隔64K個存儲單元開始一個段，所以1MB最少可以有： 220÷216＝16 個段,,48,圖2.4a 各個邏輯段獨立的實例,,49,圖2.4b 各個邏輯段重疊的實例,,50,2.2節(jié)的總結,8088有8個8位通用寄存器、8個16位通用寄存器 8088有6個狀態(tài)標志和3個控制標志 8088將1MB存儲空間分段管理，有4個段寄存器，對應4種邏輯段 。,51,第2章：作業(yè),習題2（第57 頁 ）： 2.1，2.3，2.4，2.5，2.6,52,,,53,