微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與匯編語言程序設(shè)計(jì)：ch02-8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1、HYPer 8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)HYPer目錄 8086/8088CPU內(nèi)部組成結(jié)構(gòu) 功能結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器組織指令運(yùn)行指令執(zhí)行時(shí)間內(nèi)部暫存器 IP ES SS DS CS輸入/輸出控制電路執(zhí)行部分控制電路1 2 3 4 5 6ALU 標(biāo)志寄存器F AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器地址加法器指令隊(duì)列緩沖器執(zhí)行部件(EU) 總線接口部件（BIU)16位20位16位8位外 部 總 線暫存寄存器ABDBALU數(shù)據(jù)總路線數(shù)據(jù)寄存器指針&變址寄存器AXBXCXDXHYPer一、8086/8088內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)HYPer一、8086/8088內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)標(biāo)志寄

2、存器 進(jìn)位標(biāo)志C（Carry Flag）當(dāng)結(jié)果的最高位產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位或借位，則C=1，否則C=0。 溢出標(biāo)志O（Overflow Flag）在算術(shù)運(yùn)算中，帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超出了8位或16位 帶符號(hào)數(shù)能表達(dá)的范圍，則O=1，否則O=0。 8位（字節(jié)）運(yùn)算 -128 +127 16位（字） 運(yùn)算 -32768 +32767 符號(hào)標(biāo)志S（Sign Flag） 結(jié)果的最高位（D15或D7）為1，則S=1，否則 S=0。 零標(biāo)志Z（Zero Flag） 若運(yùn)算的結(jié)果為0，則Z=1，否則Z=1。 奇偶標(biāo)志P（Parity Flag） 若結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則P=1，否則，P=0。 輔助進(jìn)位標(biāo)志A（Aux

3、itiary Flag） 在字節(jié)操作時(shí)，由低半字節(jié)(第3位)向高半字節(jié)， 字操作時(shí)低字節(jié)向高字節(jié)有進(jìn)位或借位，則A=1，否則A=0. 方向 標(biāo)志（Direction Flag） D=1 ，串操作時(shí)地址自動(dòng)減量， D=0，串操作時(shí)地址自動(dòng)增量。 中斷允許標(biāo)志（Interruptenable Flag） I=1，則允許CPU接收外部的中斷請求， I=0，則屏蔽外部中斷請求。 追蹤標(biāo)志（Trace Flag） T=1，使處理進(jìn)入單步方式，以便于調(diào)試。狀 態(tài) 標(biāo) 志控 制 標(biāo) 志ODITSZAPC例：兩個(gè)帶符號(hào)數(shù) 64 h , 64 h 相加。 0 1 1 0 0 1 0 0 + 0 1 1 0 0

4、1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 O=1（運(yùn)算結(jié)果超過127）； C=0 ； Z=0 ； S=1 ； P=0； A=0 。 地址加法器：將左移 4 位的段寄存器的內(nèi)容與偏移地址相加，形成 20 位的物理地址，以便對 1 兆空間的存儲(chǔ)器尋址。邏輯地址150段寄存器0000150物理地址190(SP BP SI DI,BX,)(CS DS SS ES) x1620位物理地址算術(shù)邏輯單元ALU：負(fù)責(zé)各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算。指令隊(duì)列：指令隊(duì)列中包含若干個(gè)（80866個(gè)，80884個(gè)）8 位寄存器，用于順序存放從存儲(chǔ)器中取出的指令，供執(zhí)行單元執(zhí)行。 輸入/輸出控制電路：提供系統(tǒng)總線的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)

5、數(shù)據(jù)、地址和狀態(tài)信息的分時(shí)傳送。 執(zhí)行單元控制電路：是控制、定時(shí)與狀態(tài)邏輯電路。用于控制執(zhí)行單元中各部件按制定的要求協(xié)調(diào)工作。 8086/8088寄存器結(jié)構(gòu) AH AL BH BL CH CL DH DL AX BX CX DX SP BP SI DI IP FLAG CS DS SS ES累加器 基址 計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)堆棧指針 基址指針 源變址 目的變址(PC)指令指針 (PSW)狀態(tài)標(biāo)志代碼段 數(shù)據(jù)段 堆棧段 附加段通用Rc控制R 段Rs8位寄存器16位寄存器CPU寄存器按功能分三類數(shù)據(jù)R指針&變址R 8088從功能上來說分成兩大部分，總線接口單元 BIU（Bus Interface Unit)

6、 和執(zhí)行單元 EU（Execution Unit). BIU:負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器接口,即8088與存儲(chǔ)器之間的信息傳送,都是由BIU負(fù)責(zé)進(jìn)行的, 即： (1) BIU從內(nèi)存的指定部分取出指令，送至指令隊(duì)列排隊(duì)。 (2) 從內(nèi)存的指定部分取出執(zhí)行指令時(shí)所需的操作數(shù)，送至EU部分。 EU: 負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。 特點(diǎn)： 將CPU分為兩個(gè)單元，可以使取指令和執(zhí)行指令同時(shí)進(jìn)行，減少了 CPU為取指令而等待的時(shí)間，從而提高了CPU的利用率，提高了系統(tǒng) 的運(yùn)行速度。 HYPer二、 功能結(jié)構(gòu) 8088有20條地址線，它的直接尋址能力為 220=1M，所以在一個(gè)8088組成的 系統(tǒng)中，可以有多達(dá)1M字節(jié)的存儲(chǔ)器，這1

7、M字節(jié)在邏輯上可以組成一個(gè)線性矩 陣，地址從00000到FFFFF。給定一個(gè)20位的地址，就可以從中取出所需的指令 和數(shù)據(jù)。 在8088內(nèi)部，ALU 能進(jìn)行16位的運(yùn)算，有關(guān)地址寄存器如：IP、SP、BX、 BP、SI、DI等都是16位的，因而對地址的運(yùn)算也只能是16位。其尋址的范圍最 多是216=64K。 在8088中怎樣形成這20位的地址呢？分段！ 將內(nèi)存的1M字節(jié)以64K為范圍，分成若干段；在8088中設(shè)置4個(gè)段寄存器CS、 DS、SS、ES，在尋址一個(gè)具體的內(nèi)存單元（物理地址）時(shí)，由一個(gè)段寄存器中 保存的16位基地址，加上由IP（或SP，或BP，或BX，或SI，或DI）中保存的、 可由

8、CPU處理的16位偏移量，來形成20位的物理地址。 在形成物理地址時(shí)，地址加法器將段寄存器中的16位數(shù)左移4位，然后與16 位偏移地址相加，形成20位的物理地址。HYPer三、存儲(chǔ)器組織20220=FFFFF h+1FFFFF h FFFFE h FFFFD h FFFFC h00001 h 00000 h0FFFF h16216=FFFF h+10FFFF h 0FFFE h 0FFFD h 00001 h 00000 h段&內(nèi)存四、指令運(yùn)行操作 ： 將內(nèi)存中2000h單元內(nèi)容加2，結(jié)果在AL中. CS=1000h, DS=3000h.指令： MOV AL, 2000 ; 把內(nèi)存32000h

9、的數(shù)據(jù)取出，送到AL。 ADD AL, 02 ; 把AL加2。 HLT機(jī)器指令：1010 0000 A0h 0000 0000 00h 0010 0000 20h 0000 0100 04h 0000 1010 02h 1111 0100 F4hHYPerMOV AL, 2000ADD AL, 02 HLTCPU運(yùn)行A0h 00h 20h MOV AL,200004h 02h ADD AL,02 F4h HLT 指令周期 執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間稱為指令周期。 在8088/8086中，由于它的并行處理的特點(diǎn)，一條指令的執(zhí)行時(shí)間為： 取操作數(shù)+執(zhí)行指令+傳送結(jié)果 進(jìn)一步說： 基本時(shí)間+計(jì)算有效地址的時(shí)間+為了讀取操作數(shù)和存放操作結(jié)果而訪問內(nèi)存的時(shí)間 （但是，在8086/8088中不同的指令的指令周期是不同的，因此我們再將其細(xì)劃，把一個(gè)指令周期劃分為一個(gè)個(gè)總線周期。） 總線周期CPU從存儲(chǔ)器或輸入輸出端口，存（或?。┮粋€(gè)字節(jié)所需的 時(shí)間，即為總線周期。 T狀態(tài)每個(gè)總線周期通常包含4個(gè)T狀態(tài)。T狀態(tài)是8088中處理動(dòng)作的最 小時(shí)間單位，它就是時(shí)鐘周期。（8088的時(shí)鐘頻率為5MHZ, 故 時(shí)鐘周期，也即一個(gè)T狀態(tài)為200ns。） HYPer五、指令執(zhí)行時(shí)間CLKALEA0A19M