微機(jī)原理CU內(nèi)部結(jié)構(gòu)寄存器組存儲器組織

第二部分8086/8088微處理器

一、8086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、8086/8088的內(nèi)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(shí)序與總線周期

本部分學(xué)習(xí)微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、引腳及功能、操作時(shí)序和總線周期等。1控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線內(nèi)部數(shù)據(jù)總線暫存器累加器ALU標(biāo)志寄存器指令寄存指令譯碼時(shí)序和控制邏輯通用寄存器組地址寄存器組地址總線控制數(shù)據(jù)總線控制一、8086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)算術(shù)邏輯單元（運(yùn)算器）寄存器組指令處理單元（控制器）8位微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)216位微處理器也具有以上結(jié)構(gòu)中的基本單元，但更為復(fù)雜。以8088為例講解16位微處理器的功能結(jié)構(gòu)。8088是8086的簡化版本。8088/8086的功能結(jié)構(gòu)3

AH

ALBH

BL

CL

CH

DH

DLSPBPDISI通用寄存器

CSDSSSES

IP內(nèi)部通信寄存器總線控制邏輯1234AXBXCXDX數(shù)據(jù)總線暫存寄存器ALU標(biāo)志寄存器外部總線指令隊(duì)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）總線接口單元（BIU）48088的編程結(jié)構(gòu)從功能分成兩個(gè)單元總線接口單元BIU(BusInterfaceUnit)——管理8088與系統(tǒng)總線的接口，負(fù)責(zé)CPU對存儲器和外設(shè)進(jìn)行訪問執(zhí)行單元EU(ExecutionUnit)——負(fù)責(zé)指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運(yùn)算兩個(gè)單元相互獨(dú)立，分別完成各自操作兩個(gè)單元可以并行執(zhí)行，實(shí)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(shí)，BIU可以繼續(xù)讀取后續(xù)指令，并存入指令隊(duì)列（firstinfirstout)。這叫做“指令預(yù)取”。8位的CPU沒有指令預(yù)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(shí)間?！爸噶盍魉€”。6二、8088寄存器結(jié)構(gòu) 8088共有8個(gè)的通用寄存器，1個(gè)標(biāo)志寄存器，4個(gè)段寄存器和1個(gè)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(gè)，每個(gè)寄存器即可作為16位寄存器，又可拆分為兩個(gè)8位寄存器，此時(shí)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(jì)數(shù)寄存器counter

DX(DH、DL)：數(shù)據(jù)寄存器data7 ②指針和變址寄存器 共BP、SP、SI、DI四個(gè)BP：基址指針寄存器BasePointer，默認(rèn)表示堆棧段基地址； SP：堆棧指針寄存器StackPointer，指示棧頂 SI：源變址寄存器SourceIndex DI：目的變址寄存器DestinationIndex

8

標(biāo)志寄存器（FR:FlagRegister）是一個(gè)十六位的寄存器，但只利用了其中的9位：六個(gè)條件標(biāo)志和三個(gè)控制標(biāo)志。

FR的格式

CF

PF

AF

ZF

SF

TFIFDFOF0123456789101112131415校驗(yàn)進(jìn)位

輔助進(jìn)位零標(biāo)志方向標(biāo)志溢出標(biāo)志2、標(biāo)志寄存器（PSW：programstateword）中斷標(biāo)志陷阱標(biāo)志符號標(biāo)志9進(jìn)位標(biāo)志CF（CarryFlag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高有效位有進(jìn)位（加法）或借位（減法）時(shí)，進(jìn)位標(biāo)志置1，即CF=1；否則CF=0。例如（以8位運(yùn)算為例，8088中為16位）：3AH+7CH＝B6H 沒有進(jìn)位：CF=0AAH+7CH＝（1）26H 有進(jìn)位：CF=110溢出標(biāo)標(biāo)志OF（OverflowFlag））若算術(shù)術(shù)運(yùn)算算的結(jié)結(jié)果有有溢出出，則則OF=1；；否則OF＝＝0。。例如：：問題：：什么是是溢出出？溢出和和進(jìn)位位有什什么區(qū)區(qū)別？？處理器器怎么么處理理，程程序員員如何何運(yùn)用用？如何判判斷是是否溢溢出？？P30找答案案11什么是是溢出出處理器器內(nèi)部部以補(bǔ)補(bǔ)碼表表示有符號號數(shù)8位表達(dá)達(dá)的整整數(shù)范范圍是是：＋＋127~－12816位表達(dá)達(dá)的范范圍是是：＋＋32767~－32768如果運(yùn)運(yùn)算結(jié)結(jié)果超超出這這個(gè)范范圍，，就產(chǎn)產(chǎn)生了了溢出出有溢出出，說說明有有符號號數(shù)的的運(yùn)算算結(jié)果果不正正確12溢出和和進(jìn)位位的對對比例1：3AH＋7CH＝B6H無符號號數(shù)運(yùn)運(yùn)算：：58＋124＝182范圍內(nèi)內(nèi)，無無進(jìn)位位有符號號數(shù)運(yùn)運(yùn)算：：58＋124＝182范圍外外，有有溢出出例2：AAH＋7CH＝（1）26H無符號號數(shù)運(yùn)運(yùn)算：：170＋124＝294范圍外外，有有進(jìn)位位有符號號數(shù)運(yùn)運(yùn)算：：－－86＋124＝28范圍內(nèi)內(nèi)，無無溢出出13處理器對兩個(gè)個(gè)操作數(shù)進(jìn)行行運(yùn)算時(shí)，按按照無符號數(shù)數(shù)求得結(jié)果，，并相應(yīng)設(shè)置置進(jìn)位標(biāo)志CF；同時(shí)，根據(jù)據(jù)是否超出有有符號數(shù)的范范圍設(shè)置溢出出標(biāo)志OF應(yīng)該利用哪個(gè)個(gè)標(biāo)志，則由程序員來來決定。也就是說，，如果將參加運(yùn)運(yùn)算的操作數(shù)數(shù)認(rèn)為是無符符號數(shù)，就應(yīng)應(yīng)該關(guān)心進(jìn)位位；認(rèn)為是有有符號數(shù)，則則要注意是否否溢出。14全零標(biāo)志ZF（ZeroFlag））若運(yùn)算結(jié)果為為全0，則ZF=1，否則ZF=0。例如：3AH+7CH＝B6H結(jié)果不是零：：ZF=086H+7CH＝00H結(jié)果是全零：：ZF=115符號標(biāo)志SF（SignFlag））運(yùn)算結(jié)果最高高位為1，則則SF=1；否則SF=0。例如：3AH+7CH＝B6H最高位D7＝1：SF=186H+7CH＝00H最高位D7＝0：SF=0有符號數(shù)利用用最高有效位位（MSB）來表示它的符符號。所以，，運(yùn)算結(jié)果的的MSB與符號標(biāo)志SF相一致。（1）16奇偶標(biāo)志PF（ParityFlag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果最低字節(jié)中“1”的個(gè)數(shù)數(shù)為零或偶數(shù)數(shù)時(shí)，PF=1；否則PF=0（奇校驗(yàn)）。例如：3AH+7CH＝B6H＝10110110B，結(jié)果中有5個(gè)個(gè)1，是奇數(shù)，則PF=0注意：PF標(biāo)志僅反映最低8位中“1”的個(gè)個(gè)數(shù)是偶或奇奇，即使是進(jìn)進(jìn)行16位字字操作。17輔助進(jìn)位標(biāo)志志AF（AuxiliaryCarryFlag）運(yùn)算時(shí)D3位（低半字節(jié)節(jié)）有進(jìn)位或或借位時(shí)，AF=1；否則AF=0。這個(gè)標(biāo)志主要要由處理器內(nèi)內(nèi)部使用，用用于十進(jìn)制算算術(shù)運(yùn)算的調(diào)調(diào)整，用戶一一般不必關(guān)心心。18方向標(biāo)志DF（DirectionFlag）用于串操作指令中，控制地址址的變化方向向：設(shè)置DF＝0，串操作后存儲儲器地址自動動增量（增址址）；設(shè)置DF＝1，串操作后存儲儲器地址自動動減量（減址址）。串：存儲器中中一序列字或或字節(jié)單元串操作——對序列字或字字節(jié)單元中的的內(nèi)容進(jìn)行某某種操作，，比如：將一一個(gè)字符串從從源區(qū)傳送到到目的區(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(biāo)志志IF（Interrupt-enableFlag）用于控制外部部可屏蔽中斷斷是否可以被被處理器響應(yīng)應(yīng)：設(shè)置IF＝1，則允許中斷；設(shè)置IF＝0，則禁止中斷。CLI指令復(fù)位中斷斷標(biāo)志：IF＝0STI指令置位中斷斷標(biāo)志：IF＝120陷阱標(biāo)志TF（TrapFlag）用于控制處理理器是否進(jìn)入入單步執(zhí)行方式：設(shè)置TF＝0，處理器正常工工作；設(shè)置TF＝1，處理器每執(zhí)行行一條指令就就中斷一次，，中斷編號為為1（稱稱單步中斷），TF也被稱為單步標(biāo)志。單步執(zhí)行和單步調(diào)試?yán)脝尾街袛鄶嗫蓪Τ绦蜻M(jìn)進(jìn)行逐條指令令的調(diào)試。這種逐條指令令調(diào)試程序的的方法就是單步調(diào)試。21OF111512DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制反映結(jié)果狀態(tài)反應(yīng)運(yùn)算過程223、段寄存器（CS、DS、、SS、ES）在8088可尋址的1MB內(nèi)存空間中，，可以存在四四種分工不同同的邏輯段：：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加段。段寄存器即是是存放各個(gè)邏輯段段首地址的寄寄存器。?為什么要分段段23存儲器的分段段管理8088有20條地址線線，最大可尋址空空間為220＝1MB，可尋址的地址址范圍為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元進(jìn)行尋址24存儲器的分段段管理由于8088中的地址寄寄存器都是16位的，用用戶不能直接接使用20位位的物理地址址，編程時(shí)需需要使用邏輯地址來尋址存儲單單元。邏輯地址由兩個(gè)16位位數(shù)構(gòu)成，其其形式為：段的起始地址址：段內(nèi)的偏移地地址（16位段地地址）：（16位偏偏移量）分隔符物理地址14700H邏輯地址1460H:100H25地址加法器將16位的邏邏輯地址轉(zhuǎn)換換為20位的的物理地址，，具體操作過程為：先將段寄寄存器提供的的16位段地地址左移四位位，低位補(bǔ)0，恢復(fù)為20位地址，然然后與由各種種尋址方式提提供的16位位偏移地址相加，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：段段基基址（（段寄存器器的內(nèi)容）16位偏移地址（字字節(jié)距離）16位段基址16位偏移地址16位物理地址20位0000+邏輯地址27存儲器的分段段管理邏輯地址的表表示——段地地址：偏移地地址地址偏移量（（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在存儲器中的的起始位置，，為模16地地址：xxxx0H，省略低4位后后，可用1個(gè)個(gè)16位數(shù)來來表示，該地地址可被存放放在不同的段寄存器CS/SS/DS/ES中。偏移地址說明尋址單元元距離段首的的偏移量，因因每段長度不不超過64KB，所以偏移地址址也可用1個(gè)個(gè)16位數(shù)來來表示。存儲器的分段段管理29存儲器的分段段管理一個(gè)存儲單元元可以擁有多多個(gè)邏輯地址，但只可能擁擁有一個(gè)唯一一的物理地址。邏輯地址1460:100、1380:F00物理地址14700H14700H30如何分配各個(gè)個(gè)邏輯段程序的指令序序列必須安排排在代碼段；程序使用的堆堆棧一定在堆棧段；程序中的數(shù)據(jù)據(jù)默認(rèn)是安排排在數(shù)據(jù)段，，也經(jīng)常安排排在附加段，，尤其是串操操作的目的區(qū)區(qū)必須是附加段。數(shù)據(jù)的存放比比較靈活，實(shí)實(shí)際上可以存存放在任何一一種邏輯段中中。程序中如何指明數(shù)據(jù)據(jù)所在的邏輯輯段呢？31段跨越前綴指指令沒有指明時(shí)，，一般的數(shù)據(jù)據(jù)訪問在DS段；若使用BP訪問存儲器，，則在SS段。默認(rèn)的情況允允許改變，需需要使用段跨跨越前綴指令令，8088指令系統(tǒng)中共共有4個(gè)：CS：——代碼段超越，，使用代碼段段的數(shù)據(jù)SS：——堆棧段超越，，使用堆棧段段的數(shù)據(jù)DS：——數(shù)據(jù)段超越，，使用數(shù)據(jù)段段的數(shù)據(jù)ES：——附加段超越，，使用附加段段的數(shù)據(jù)32段超越的例子子沒有段超越的的指令實(shí)例：：MOVAX,[2000H]；AX←DS:[2000H]，；從默認(rèn)的DS數(shù)據(jù)段取出數(shù)數(shù)據(jù)采用段超越前前綴的指令實(shí)實(shí)例：MOVAX,ES:[2000H]；AX←ES:[2000H]，；從指定的ES附加段取出數(shù)數(shù)據(jù)33IP（InstructionPointer）中存放即將要執(zhí)行的的指令的有效地址，IP具有自增量功能。在每取取出一條指令令后，IP自增一，指令令指針指向下下一條指令。。4、指令指針寄存存器（IP）34總結(jié)一下：通用寄存器8AX/BX/CX/DXBP/SPDI/SI指令指針寄存存器1IP標(biāo)志寄存器1PSW段寄存器4CS/SS/DS/ES掌握通用寄存存器的作用熟悉PSW中各個(gè)標(biāo)志的的含義切實(shí)理解存儲器組織和存儲空間分段段的概念358088的寄存器組36堆棧的概念堆棧（Stack））是主存中一個(gè)個(gè)特殊的區(qū)域域。它采用先進(jìn)后出FILO（FirstInLastOut）或后進(jìn)先出LIFO（LastInFirstOut）的原則進(jìn)行存存取操作，而而不是隨機(jī)存存取操作方式式。堆棧指針———它指示棧頂頂位置，在8086/8086中，棧頂由SS和SP共同指示，即即SS:SP。堆棧操作處理器自動維維持（子程序序調(diào)用時(shí)的斷斷點(diǎn)處理）用戶操作（PUSH/POP指令）37三、8088/8086的存儲儲器結(jié)構(gòu)存儲器是計(jì)算機(jī)存儲儲信息的地方方。掌握數(shù)據(jù)據(jù)存儲格式，以及存儲器器的分段管理對以后的匯編編程序設(shè)計(jì)非非常重要你能區(qū)別寄存器、存儲器(主存)、外存(包括硬盤、光光盤、磁帶等等存儲介質(zhì))嗎？38寄存器、內(nèi)存存儲器和外存存儲器的區(qū)別別寄存器是微處理器（CPU）內(nèi)部暫存數(shù)據(jù)的存儲單元，，以名稱表示示，例如：AX，BX..….等存儲器也就是平時(shí)所所說的主存，也叫內(nèi)存，可直接與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換換。主存利用用地址區(qū)別外存主要指用來長久保存數(shù)據(jù)的外部存存儲介質(zhì)，常常見的有硬盤盤、光盤、磁磁帶、U盤等。外存的的數(shù)據(jù)只能通通過主存間接地與CPU交換數(shù)據(jù)程序及其數(shù)據(jù)據(jù)可以長久存存放在外存，，在運(yùn)行需要要時(shí)才進(jìn)入主主存392.58086/8088的存儲儲器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲格格式計(jì)算機(jī)中表示示信息的單位位有：位（bit）、字節(jié)（byte）、、字（word）、、雙字（doubleword）等在存儲器中，，信息的存儲儲單位是：字節(jié)；即每個(gè)個(gè)存儲單元的的內(nèi)容是一個(gè)個(gè)字節(jié)。40信息的表示單單位最低有效位LSB（LeastSignificantBit））：指數(shù)據(jù)的最低低位，即D0位；最高有效位MSB（MostSignificantBit）：：指數(shù)據(jù)的最高高位，對應(yīng)字字節(jié)、字、雙雙字分別指D7、D15、D31位。41存儲單元及其其存儲內(nèi)容每個(gè)存儲單元元都有一個(gè)編編號——存儲儲器地址例如：圖2.3（下頁）中，，0002H單元存放有一一個(gè)數(shù)據(jù)34H，表示為[0002H]＝34H如何存儲一個(gè)個(gè)字或雙字呢呢？小端方式42圖2.38088的的存儲格式00000H00001H00002H00003H00004H00005H34H12H56H78H00006HD7D0低地址址雙字D0D31字D0D15字節(jié)D0D7LSBMSB43多字節(jié)節(jié)數(shù)據(jù)據(jù)在存存儲器器中占占據(jù)多個(gè)連連續(xù)的的存儲儲單元元：存放時(shí)時(shí)，低字節(jié)節(jié)存于低地址址，高字節(jié)節(jié)存于高地址址；多字節(jié)節(jié)數(shù)據(jù)據(jù)占據(jù)據(jù)的地地址空空間用用它的的低地址址來表示示。例如：：圖2.3中，2號““字””單元元：[0002H]=1234H2號“雙雙字””單元元：[0002H]=78561234H80x86處理器器的““低對低低、高高對高高”的存存儲形形式，，被稱稱為““小端方方式（（littleendian）”。相對應(yīng)應(yīng)還存存在““大端端方式式（BigEndian）”。。44地址對對齊同一個(gè)個(gè)存儲儲器地地址可可以表表示：：字節(jié)節(jié)單元元地址址、字字單元元地址址、雙雙字單單元地地址等等等（（視指指令的的具體體情況況）。。將字單元安安排在在偶地址址（xx……xx0B）），將雙字單元安安排在在模4地地址（xx……xx00B）的做法法，被被稱為為“地址對對齊（Align）””。對于地地址不不對齊齊的數(shù)數(shù)據(jù)，，處理理器訪訪問時(shí)時(shí)，需需要付付出額額外的的訪問問時(shí)間間。要要取得得較高高的存存取速速度，，應(yīng)該該將數(shù)數(shù)據(jù)的的地址址對齊齊。45段寄存存器的的使用用規(guī)定定（表2.1）存儲器器訪問問方式式默默認(rèn)段段寄存存器段段超越越偏偏移地地址取指令令CS無IP堆棧操操作SS無SP一般數(shù)數(shù)據(jù)訪訪問DSCS/ES/SS有效地地址EA下列特特殊情情況除除外串操作作的源源操作作數(shù)DSCS/ES/SSSI串操作作的目目的操操作數(shù)數(shù)ES無DIBP基址的的尋址址方式式SSCS/DS/ES有效地地址EA46程序分分段的的圖例例（圖2.4）8088對邏輯輯段的的要求求是：：只能從從模16地址開開始一一個(gè)段段，即即段地地址低低4位位均為為0，，為xxxx0H形式；；省略略最低低四位位0，即可可用16位的段段寄存存器存存儲。。每段最最大不不超過過64KB。8088對每個(gè)段段不要要求必必須是是64KB，不要要求各各段之之間完完全分分開、、即可可以重重疊。。圖2.4a是各自自獨(dú)立立段的的分配配示例例圖2.4b是相互互重疊疊段的的分配配示例例1MB空間最最多能能分成成多少少個(gè)段段？1MB空間最最少能能分成成多少少個(gè)段段？471MB空間間的分分段1MB空間最最多能能分成成多少少個(gè)邏邏輯段段？每隔16個(gè)個(gè)存儲儲單元元就可可以開開始一一個(gè)段段，所所以1MB最多可可以有有：220÷16＝216＝64K個(gè)段1MB空間最最少能能分成成多少少個(gè)邏邏輯段段？每隔64K個(gè)存儲儲單元元開始始一個(gè)個(gè)段，，所以以1MB最少可可以有有：220÷216＝16個(gè)段48圖2.4a各個(gè)邏邏輯段段獨(dú)立的實(shí)例例49圖2.4b各個(gè)邏邏輯段重疊疊的實(shí)例例502.2節(jié)的的總結(jié)結(jié)8088有8個(gè)個(gè)8位位通用用寄存存器、、8個(gè)個(gè)16位通通用寄寄存器器8088有6個(gè)個(gè)狀態(tài)態(tài)標(biāo)志志和3個(gè)控控制標(biāo)標(biāo)志8088將1MB存儲空空間分分段管管理，，有4個(gè)段段寄存存器，，對應(yīng)應(yīng)4種種邏輯輯段8088有4個(gè)個(gè)段超超越前前綴指指令，，用于于明確確指定定數(shù)據(jù)據(jù)所在在的邏邏輯段段。51第2章：作作業(yè)習(xí)題2（第57頁））：2.1，2.3，2.4，2.5，2.652539、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Thursday,December8,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。15:26:3915:26:3915:2612/8/20223:26:39PM11、以以我我獨(dú)獨(dú)沈沈久久，，愧愧君君相相見見頻頻。。。。12月月-2215:26:3915:26Dec-2208-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。15:26:3915:26:3915:26Thursday,December8,202213、乍見翻疑夢夢，相悲各問問年。。12月-2212月-2215:26:3915:26:39December8,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。08十二月月20223:26:39下午15:26:3912月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月223:26下下午12月-2215:26December8,202216、行動出出成果，，工作出出財(cái)富。。。2022/12/815:26:3915:26:3908December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時(shí)時(shí)，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點(diǎn)點(diǎn)的射線線向前。。。3:26:39下午午3:26下午午15:26:3912月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時(shí)停停止成成功??！。12月月-2212月月-22Thursday,December8,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結(jié)果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。15:26:3915:26:3915:2612/8/20223:26:39PM11、成功就是是日復(fù)一日日那一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小努力力的積累。。。12月-2215:26:3915:26Dec-2208-Dec-2212、世間成事事，不求其其絕對圓滿滿，留一份份不足，可可得無限完完美。。15:26:3915:26:3915:26Thursday,December8,202213、不知香積寺寺，數(shù)里入云云峰。。12月-2212月-2215:26:3915:26:39December8,202214、意志堅(jiān)強(qiáng)的的人能把世界界放在手中像像泥塊一樣任任意揉捏。08十十二二月20223:26:39下下午15:26:3912