微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu).ppt

第二章,微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu),2.1微型計(jì)算機(jī)的組成,2.2 80X86系列微處理器的功能結(jié)構(gòu) 1.8086/8088 及80286微處理器的邏輯結(jié)構(gòu) 2. 8086(8088) CPU的功能結(jié)構(gòu) 3. 8086/8088的存儲(chǔ)器組織及其尋址 4. 標(biāo)志寄存器PSW 5. 8086/8088的I/O地址空間,2.3 精減指令集與復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī),第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu),2.1微型計(jì)算機(jī)的組成 圖2.1 微型計(jì)算機(jī)的硬件組成,第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu) 2.1 微型計(jì)算機(jī)中的組成,1.微處理器 中央處理部件CPU(Central Processing Unit) 2.存儲(chǔ)器 RAM(Random Access Memory) ROM(Read Only Memory) 3.輸入/輸出設(shè)備及其接口電路 輸入/輸出（Input/Output,縮寫位I/O）設(shè)備統(tǒng)稱外部設(shè)備，簡(jiǎn)稱I/O設(shè)備。 4.總線 數(shù)據(jù)總線DB(Data Bus) 地址總線AB(Address Bus) 控制總線CB(Control Bus),總線 總線是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線，是傳送信息的公共通道，微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件。 總線信號(hào)可分成三組 地址總線AB：傳送地址信息 (單向) 數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息 (雙向) 控制總線CB：傳送控制信息(每根單向 /雙向 ) 總線一般被看成一個(gè)獨(dú)立的部件。,第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu),2.2 80X86系列微處理器的功能結(jié)構(gòu) 1.8086/8088 微處理器的邏輯結(jié)構(gòu) 8086/8088CPU的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 指令流隊(duì)列 標(biāo)志寄存器FLAGS (P43) 寄存器陣列微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu),INTEL8086/8088處理器邏輯結(jié)構(gòu),*INTEL Pentium處理器邏輯結(jié)構(gòu),*超標(biāo)量和流水線的概念,超標(biāo)量：配置多個(gè)執(zhí)行部件和指令譯碼電路，能同時(shí)執(zhí)行多條指令。,Pentium由三個(gè)執(zhí)行單元組織而成，一個(gè)執(zhí)行浮點(diǎn)指令，另兩個(gè)執(zhí)行整型指令（U流水線和V流水線），這意味著Pentium同時(shí)可以執(zhí)三條指令 流水線：在CPU中把一條指令分解成多個(gè)可單獨(dú)處理的操作，使每個(gè)操作在一個(gè)專門的硬件站（stage）上執(zhí)行，這樣一條指令需要順序地經(jīng)過流水線中多個(gè)站的處理才能完成，但是前后相連的幾條指令可以依次流入流水線中，在多個(gè)站間重疊執(zhí)行，因此可以實(shí)現(xiàn)指令的并行處理。,8086(8088)CPU從功能上分成兩大部分,總線接口單元BIU（Bus Interface Unit） BIU負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器接口，BIU負(fù)責(zé)從內(nèi)存的指定部分取出指令，送至指令流隊(duì)列中排隊(duì)（8086指令隊(duì)列6字節(jié)，8088的指令隊(duì)列4字節(jié)）；在執(zhí)行指令時(shí)所需要的操作數(shù) 負(fù)責(zé)信息交換(地址信息、數(shù)據(jù)信息、控制信息) 執(zhí)行單元EU（Execution Unit） 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理（算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）,2. 8086(8088) CPU的功能結(jié)構(gòu) (P42圖2.3),第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu),總線接口部件BIU 執(zhí)行部件EU,*386CPU寄存器結(jié)構(gòu),指令指針I(yè)P 段寄存器CS,DS,SS,ES,FS,GS 通用寄存器EAX,EBX,ECX,EDX 變址寄存器ESI,EDI 指針寄存器EBP,ESP 標(biāo)志寄存器FLAGS 控制寄存器0(CR0),CR0的第0位叫保護(hù)允許位(PE)， PE用于對(duì)實(shí)模式和保護(hù)模式進(jìn)行 切換，PE置0時(shí)選擇實(shí)模式運(yùn)行,INTEL8086/8088寄存器結(jié)構(gòu),第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu),3. 8086/8088的存儲(chǔ)器組織及其尋址,內(nèi)存：內(nèi)存是存儲(chǔ)程序代碼和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存芯片等構(gòu)成。 內(nèi)存單元：存儲(chǔ)信息的基本單位。每片內(nèi)存芯片有若干個(gè)內(nèi)存單元。每個(gè)單元可存儲(chǔ)8位二進(jìn)制數(shù)（1 Byte）,1）存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容,存儲(chǔ)器以字節(jié)(Byte)為單位存儲(chǔ)信息，每個(gè)字節(jié)有一個(gè)地址，地址編碼長度取決于地址總線的位數(shù)。 地址值一般用16進(jìn)制格式表示，如： 0000H （16位地）， 0F00F4H（20位地址總線）,設(shè)2號(hào)單元中存放的內(nèi)容為78H， 表示為:（0002H）=78H 如果數(shù)據(jù)以字為單位， 則占用連續(xù)的兩個(gè)字節(jié)單元， 且用低地址表示： （0002H）=1A78H 若0002單元內(nèi)容為一個(gè)地址， 而(1A78H)=3B6FH， 則可記為（(0002H)=3B6FH,2）對(duì)內(nèi)存的讀/寫操作,3）存儲(chǔ)器地址的分段,8086/8088有20條地址線，其尋址范圍為： 1M（字節(jié)），地址從00000FFFFFH 但8086/8088中有關(guān)地址的寄存器都是16位的，尋址范圍最多為64KB。 那么16位字長的機(jī)器里用什么辦法提供20位地址？采用存儲(chǔ)器地址分段的辦法解決。 80X86CPU提供了存儲(chǔ)器分段的機(jī)制，每段最大可尋址64KB，這樣段內(nèi)地址可用16位表示。 一個(gè)程序的代碼、數(shù)據(jù)、堆棧等一般在存儲(chǔ)器中占有不同的存儲(chǔ)段,任何一個(gè)“物理地址”，例如234A5H 可以分解表示為： 22340H + 01165H ，兩部分分別被稱為“段地址”（前者）和“段內(nèi)偏移地址”（后者）。 分解的規(guī)則是： 段地址最高四位與物理地址相同，最低四位為0，段內(nèi)偏移地址的最高四位為0 。 存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)：段地址去掉最低四位0，保存高16位，段內(nèi)偏移地址去掉最高四位0，保存低16位，從而實(shí)現(xiàn)20位物理地址的16位存儲(chǔ)和處理。 顯然，在一個(gè)段內(nèi)，偏移地址可以從 00000H 到 0FFFFH，這就是一個(gè)段的尋址空間 64K 。,在1MB(20位地址總線)的存儲(chǔ)器中，每一個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)唯一的20位地址，稱為該存儲(chǔ)單元的物理地址（又叫實(shí)際地址）。 另一種叫邏輯地址，由兩部分組成： 段基址和偏移量（偏移地址）。程序中不能使用20位的物理地址，而使用16位邏輯地址。20位物理地址由16位段地址和16位偏移地址組成。,由段地址和偏移地址 計(jì)算物理地址方法如下： 物理地址=10H段地址+偏移地址 實(shí)際上，一個(gè)物理地址有可能對(duì)應(yīng)多個(gè)邏輯地址， 例：10145H 可對(duì)應(yīng)10100H+45H,也可對(duì)應(yīng)10140H+05H 對(duì)應(yīng)前面提到的四個(gè)段寄存器CS、DS、SS和ES，有各自的用途： 存取操作數(shù)時(shí)用DS、ES作為段地址； 取指令碼時(shí)用CS作為段地址，IP是偏移地址； 堆棧操作時(shí)用SS作為段地址，SP是偏移地址；,例如： 知道段地址 1010H，偏移地址 0045H，則實(shí)際物理地址的 計(jì)算方法如下： 段地址左移4位+偏移地址=物理地址， 即：10100H +0045H = 10145H 0001 0000 0001 0000 0000 + 0000 0000 0100 0101 0001 0000 0001 0100 0101(10145H) 各段在存儲(chǔ)器中的分配一般由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)，,4. 標(biāo)志寄存器PSW,這9個(gè)標(biāo)志位分為兩類: 狀態(tài)標(biāo)志：CF、PF、AF、ZF、SF、OF 控制標(biāo)志：TF、IF、DF,1.進(jìn)位標(biāo)志CF 最高位產(chǎn)生進(jìn)位或借位時(shí)，則CF=1，否則CF=0 2.奇偶標(biāo)志PF 運(yùn)算結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為偶，則PF=1，否則PF=0 3.輔助進(jìn)位標(biāo)志AF 當(dāng)D3向D4有進(jìn)位或有借位時(shí)，則AF=1，否則AF=0 4.零標(biāo)志ZF 運(yùn)算的結(jié)果為零，則ZF=1，否則ZF=0 5.符號(hào)標(biāo)志SF 運(yùn)算的結(jié)果最高位為1，則SF=1， 否則SF=0 6.溢出標(biāo)志OF 算術(shù)運(yùn)算中，補(bǔ)碼運(yùn)算結(jié)果超出了帶符 號(hào)數(shù)的表示范圍，即： 超出OF=1，否則OF=0,6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位的意義,3個(gè)控制標(biāo)志位的意義,7.跟蹤標(biāo)志TF若TF=1，則CPU按單步方式執(zhí)行指令，以便于調(diào)試. 8.中斷允許標(biāo)志IF如果IF=1，允許CPU接收外部的可屏蔽中斷請(qǐng)求。若IF=0，則不允許接收. 9.方向標(biāo)志DF如果DF=1，使串操作指令按自動(dòng)減量修改地址。若DF=0，則按自動(dòng)增量修改地址.在DEBUG調(diào)試程序中提供了除TF以外，測(cè)試各個(gè)標(biāo)志位的手段.,第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成及微處理器的功能結(jié)構(gòu),5. 8086/8088的I/O地址空間,8086/8088 CUP與外設(shè)的連接都是通過I/O芯片， 每個(gè)芯片有一個(gè)或一個(gè)以上的端口，每個(gè)端口 分配一個(gè)地址，8086/8088允許有256個(gè)端口或 最多65536個(gè)端口（8位），兩個(gè)相鄰的8位端口 可組成一個(gè)