《微機(jī)原理》課件第2章 微處理器與總線-1

1、第二章 微處理器i80X86，80586CPU商標(biāo)注冊Pentium ，中文注冊“奔騰” Pentium Pentium Pentium IVCPU 是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制中心常見CPU型號：一、微處理器的組成1、運(yùn)算器：又稱算術(shù)邏輯單元 （arithmetic and logic unit）2、控制器：指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)與控制邏輯電路。3、寄存器組Registers：分為專用寄存器和通用寄存器。2.1 微處理器概述二、微處理器的主要技術(shù)指標(biāo)1、時(shí)鐘頻率： 主頻，單位MHz2、字長： 能一次處理的二進(jìn)制位數(shù)CPU內(nèi)部寄存器和數(shù)據(jù)總線的寬度3、最大可直接尋址的內(nèi)存： 由地址總線的寬度

2、決定 2.1 微處理器概述地址總線寬度： 16位， 20位， 32位可直接尋址內(nèi)存：216(64KB), 220(1MB), 232(4GB) 4、數(shù)據(jù)總線的寬度： CPU與二級高速緩存、內(nèi)存及I/O接口進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)5、流水線和并行處理： 2.1 微處理器概述（1）取指令（2）分析指令（3）取操作數(shù)（4）執(zhí)行指令（5）保存結(jié)果三、80 x86微處理器1、8080/8085到8086/8088：2.1 微處理器概述型號地址總線內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部數(shù)據(jù)總線808620位，尋址空間1MB16位16位808820位，尋址空間1MB16位8位采用流水線技術(shù)三、80 x86微處理器2、80286

3、/80386/80486：2.1 微處理器概述型號地址總線內(nèi)部及外部數(shù)據(jù)總線8028624位（16MB）16位實(shí)模式和保護(hù)模式(為每個(gè)任務(wù)提供虛擬1GB內(nèi)存)8038632位（4GB）32位為每個(gè)任務(wù)提供虛擬64TB（264B）內(nèi)存8048632位（4GB）32位浮點(diǎn)處理部件8KB高速緩沖存儲(chǔ)器三、80 x86微處理器3、Pentium微處理器：2.1 微處理器概述型號地址總線數(shù)據(jù)總線Pentium32位內(nèi)部32位，外部64位超標(biāo)量結(jié)構(gòu)：兩條整數(shù)指令流水線2.2 8086/8088微處理器2.2.1 8086/8088CPU概述型號地址總線內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部數(shù)據(jù)總線808620位（1MB）16位

4、16位808820位（1MB）16位8位采用流水線技術(shù)（1）取指令（2）分析指令（3）取操作數(shù)（4）執(zhí)行指令（5）保存結(jié)果EU：分析指令執(zhí)行指令BIU：取指令取操作數(shù)存結(jié)果8086 CPUAH ALBH BLCH CLDH DLSPBPSIDIAXBXCXDX執(zhí)行部件EUALUEU控制電路標(biāo)志寄存器FR （指令譯碼和執(zhí)行指令）DB 16位AB 20位 總線接口BIUCSDSESSSIP總線控制電路指令隊(duì)列地址總線20位16位（完成總線操作，以及形成20位物理地址）CB 2.2.2 8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)EU中執(zhí)行指令的同時(shí)，BIU可以取下一條指令，這種結(jié)構(gòu)稱為流水線結(jié)構(gòu)2.2.2 8086CP

5、U內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、16位段地址寄存器 CS、DS、ES、SS；2、16位指令寄存器IP3、20位地址加法器 形成20位物理地址 4、6字節(jié)指令隊(duì)列總線接口BIU： ? CPU內(nèi)部寄存器均為16位，但輸出地址為20位 5、總線控制電路2.2.2 8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)物理地址： CPU輸出的20位地址；邏輯地址： CPU內(nèi)地址的表示，16位， 分為段地址和偏移地址物理地址=段地址16+偏移地址 例：已知邏輯地址為 2000H：1000H則對應(yīng)的物理地址為： 2000H*16+1000H=20000H+1000H=21000H2.2.2 8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)物理地址=段基地址16+偏移地址 物理地址

6、的形成偏移地址15 . .0段基址000019 . . 0 地址加法器物理地址19. . .015 . .0段基址2.2.2 8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)2-1 8088/8086CPU結(jié)構(gòu)內(nèi)存 1000H：0000H 0001H FFFFH F000H： 0000H 0001H FFFFH段段段 0000H：0000H 0001H FFFFH每個(gè)段的最大容量為64K段地址：偏移地址30H31H32H內(nèi)存00000H00001H00002H00003H00004H00005HFFFFEHFFFFFH物理地址邏輯地址8086CPU的內(nèi)部寄存器ALU標(biāo)志寄存器FRAH ALBH BLCH CLDH DL

7、SPBPSIDIAXBXCXDXCSDSESSSIP總線控制電路指令隊(duì)列2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器AH ALBH BLCH CLDH DLSPBPSIDI15 14 1 0AXBXCXDX累加器基址寄存器計(jì)數(shù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器堆棧指針基址指針源變址寄存器目的變址寄存器數(shù)據(jù)寄存器1、通用寄存器 存放操作數(shù)、操作數(shù)地址及結(jié)果。MOV AX，-1 ；AX0FFFFHMOV AL，-1； AL 0FFH 2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器SP棧頂單元的偏移地址；BP棧任意單元的偏移地址； 堆棧：內(nèi)存中暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的特殊區(qū)域，按照先進(jìn)后出的原則組織常用于響應(yīng)中斷或子程序調(diào)用0FFCH0FF

8、DH0FFEH0FFFHSP 1000H 棧底48H60H12H87HSP棧頂M2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器BX與BP在應(yīng)用上的區(qū)別DS : BXSS : BP作為通用寄存器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)區(qū)別：MOV AL,BX ;MOV AL,BP ; MOV AL , DS:BXMOV AL , SS:BP;2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器2、專用寄存器CSDSESSSIPFR15 14 1 0代碼段寄存器數(shù)據(jù)段寄存器附加段寄存器堆棧段寄存器指令指針標(biāo)志寄存器代碼段數(shù)據(jù)段附加段堆棧段內(nèi)存地址段地址1：0000H 段地址2：0000H段地址3：0000H段地址4：0000HCSDSE

9、SSS指令指針I(yè)P：存放將要執(zhí)行指令的偏移地址；IP IP+1IP2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 03）標(biāo)志寄存器FRDF-方向標(biāo)志位，用于字符串傳送 由指令 STD（減址）和CLD（增址）控制；IF-中斷允許標(biāo)志位 由指令STI（允許）和CLI（禁止）控制；TF-單步操作，TF置1，CPU單步執(zhí)行指令； 控制標(biāo)志(DF IF TF )： 由執(zhí)令直接設(shè)置2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器狀態(tài)標(biāo)志：根據(jù)結(jié)果自動(dòng)設(shè)置 OF DF IF TF SF ZF AF PF

10、 CF15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0CF-進(jìn)位標(biāo)志CF=1 有進(jìn)位CF=0 無進(jìn)位PF-奇偶標(biāo)志PF=1 低8位偶數(shù)個(gè)1PF=0 低8位奇數(shù)個(gè)1AF-半進(jìn)位標(biāo)志AF=1 低4位有進(jìn)位AF=0 低4位無進(jìn)位ZF-零標(biāo)志SF=1 結(jié)果為負(fù)SF=0 結(jié)果為正SF-符號標(biāo)志ZF=1 結(jié)果為0ZF =0 結(jié)果非0OF-溢出標(biāo)志OF=1 溢出OF=0 無溢出2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0例：MOV AX , 9AE0HADD A

11、X , 7080H 1001 1010 1110 0000+ 0111 0000 1000 0000 1 0000 1011 0110 0000CF=1；PF=1；AF=0；ZF=0；SF=0；OF=0結(jié)果：AX=0B60H；2.2.3 8086CPU的內(nèi)部寄存器一、8086的地址空間2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口00000H00001H00002H00003H00004H00005H FFFFEHFFFFFH物理地址 內(nèi)存數(shù)據(jù)類型： 字節(jié)、字、雙字對準(zhǔn)字： 低字節(jié)從偶地址開始非對準(zhǔn)字： 低字節(jié)從奇地址開始數(shù)據(jù)存放原則： 低字節(jié)存在低地址； 高字節(jié)存在高地址。二、存儲(chǔ)器的分段內(nèi)存

12、1000：0000H 0001H FFFFH F000： 0000H 0001H FFFFH段段段 0000： 0000H 0001H FFFFH段基址：偏移地址2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口分段原因： 地址總線20位，內(nèi)部寄存器16位分段原則： 起始地址能被16整除1111 0000 0000 0000 0000段基址 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111 偏移地址(段內(nèi)地址)物理地址： CPU輸出的20位地址；邏輯地址： CPU內(nèi)地址的表示，16位， 分為段地址和偏移地址物理地址=段地址16+偏移地址 例1：若數(shù)據(jù)段段寄存器DS2100

13、H，確定該數(shù)據(jù)區(qū)物理地址的范圍。段首地址： 2100H*16+0000H=21000H+0000H=21000H2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口三、邏輯地址和物理地址段末地址： 2100H*16+FFFFH=21000H+FFFFH=30FFFH1、段寄存器和偏移地址的約定操作類型 隱含段地址 替換段地址 偏移地址EA指令中提供的偏移地址取指令 CS 無 IP堆棧操作 SS 無 SPBP間址 SS DS、ES 有效地址EA存取數(shù)據(jù) DS SS、ES 有效地址EA源字符串 DS SS、ES SI目的字符串 ES 無 DI例：MOV AL，BX+2 MOV AL，ES：BX+22.2.4

14、 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口段1內(nèi)存單元可屬于不同的段，具有不同的段地址和偏移地址，但具有唯一的物理地址2、段重疊內(nèi)存 13100H 1300： 1000：1300：01001000：3100段2重疊區(qū)2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口四、8086的內(nèi)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)8086奇偶存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口1、8086系統(tǒng)中存儲(chǔ)器與總線的連接方式2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口奇地址存儲(chǔ)體D7D0SELA18A0偶地址存儲(chǔ)體D7D0SELA18A0D7D0D15D8BHEA0A19A1地址總線2、8086系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的操作2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口 每個(gè)I/O接口都有一個(gè)或幾個(gè)I/O端口， 由8086地址總線低16位來訪問。五、8086的I/O端口：I/O端口地址空間： 0000HFFFFH2.2.4 8086的內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口 CPU復(fù)