微機(jī)原理課件

2.1.18086CPU結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)：有兩個(gè)獨(dú)立的工作部件，執(zhí)行部件EU和總線接口部件BIU。1.執(zhí)行部件（EU）任務(wù)：只負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。組成：算術(shù)邏輯單元ALU(運(yùn)算器)、通用寄存器、標(biāo)志寄存器和EU控制器。

2.1.18086CPU結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)808618086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2EU的特點(diǎn)：

(1)通用數(shù)據(jù)寄存器AX，BX，CX，DX，既可以作16位寄存器使用，也可以分成高、低8位分別作兩個(gè)8位寄存器使用。專用數(shù)據(jù)寄存器BP，SP，SI，DI都是16位寄存器，一般用來(lái)尋訪地址信息。(2)ALU的核心是16位二進(jìn)制加法器。其功能：一是進(jìn)行算數(shù)/邏輯運(yùn)算，二是按指令的尋址方式給出所需要操作對(duì)象的16位（偏移）地址，提供給BIU，讓BIU進(jìn)行對(duì)外部?jī)?nèi)存儲(chǔ)器或I/O空間的尋址，傳輸操作對(duì)象。(3)16位狀態(tài)標(biāo)志寄存器（7位未用）存放操作后的狀態(tài)特征和設(shè)置的控制標(biāo)志。(4)EU控制器是執(zhí)行指令的控制電路，實(shí)現(xiàn)從隊(duì)列中取指令、譯碼、產(chǎn)生控制信號(hào)等。

EU的特點(diǎn)：3

2.總線接口部件（BIU）

任務(wù)：負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器、I／O接口之間的信息傳送。組成：它由段寄存器、指令指針寄存器、指令隊(duì)列、地址加法器以及總線控制邏輯。特點(diǎn)：(1)指令隊(duì)列是由6個(gè)字節(jié)的寄存器組成（8088指令隊(duì)列由4字節(jié)組成）。采用“先進(jìn)先出”原則，暫時(shí)存放BIU從存儲(chǔ)器中預(yù)取的指令。2.總線接口部件（BIU）4(2)地址加法器是用來(lái)產(chǎn)生20位存儲(chǔ)器物理地址的。物理地址（20位）=段基址（16位）×16偏移地址（16位）

(3)8086分配20條引腳線分時(shí)傳送20位地址、16位數(shù)據(jù)和4位狀態(tài)信息?？偩€控制邏輯的功能，就是以邏輯控制方法實(shí)現(xiàn)分時(shí)把這些信息與外部傳輸。微機(jī)原理課件5

3.8086CPU指令的流水線

BIU和EU并行工作，8086指令的流水線體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：(1)每當(dāng)BIU“空閑”且指令隊(duì)列中有2個(gè)以上空字節(jié)（8088是1個(gè)以上空字節(jié)），BIU就會(huì)自動(dòng)把所跟蹤的指令從存儲(chǔ)器預(yù)取到指令隊(duì)列中。(2)每當(dāng)EU準(zhǔn)備執(zhí)行一條指令時(shí)，它會(huì)按“先進(jìn)先出”原則，從BIU的指令隊(duì)列中取出指令，進(jìn)行譯碼，然后去執(zhí)行。

3.8086CPU指令的流水線6

(3)當(dāng)指令隊(duì)列已滿，而且EU又無(wú)訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，BIU便進(jìn)入空閑狀態(tài)。(4)當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令或返回指令時(shí)，BIU接著按新的跟蹤取指令裝入指令隊(duì)列。

綜上所述，8086/8088中指令的取指和執(zhí)行是分別由BIU和EU完成的，總線控制邏輯和指令執(zhí)行邏輯之間既互相獨(dú)立又互相配合。

74.8086CPU的內(nèi)部寄存器

(1)段寄存器和存儲(chǔ)器分段8086有4個(gè)16位段寄存器：代碼段寄存器CS，數(shù)據(jù)段寄存器DS，堆棧段寄存器SS和附加數(shù)據(jù)寄存器EX。內(nèi)存中存放三類信息：代碼，即指令操作碼，指出CPU執(zhí)行什么操作；數(shù)據(jù)，即數(shù)值和字符等，程序加工對(duì)象；堆棧，即臨時(shí)保存的返回地址和中間結(jié)果。

4.8086CPU的內(nèi)部寄存器8

所謂存儲(chǔ)器分段技術(shù)就是把1MB空間分成若干邏輯段，每個(gè)邏輯段的容量≤64KB。段內(nèi)地址是連續(xù)的，段與段之間是相互獨(dú)立的。邏輯段可以在整個(gè)存儲(chǔ)空間浮動(dòng)，即段的排列可以連續(xù)、分開(kāi)、部分重疊或全重疊，非常靈活。這里所謂的重疊是指存儲(chǔ)單元可以分屬于不同的邏輯段。

9

8086要求各邏輯段首地址的最低4位是全0（即首地址是16的整倍），段首地址的高16位稱做段基址。段基址存放在段寄存器DS，ES，SS或CS中，并表明了相應(yīng)邏輯段的性質(zhì)。段內(nèi)存儲(chǔ)單元距離段首地址的偏移量（以字節(jié)數(shù)計(jì)算），叫做偏移地址（EA）。偏移地址可以存放在IP，SP，BP，SI，DI，BX中，或者是通過(guò)計(jì)算給出的一個(gè)16位偏移量。

<段基址>：<偏移地址>2000H：2000H就是22000H物理地址的邏輯地址描述

10存儲(chǔ)器邏輯分段和物理地址形成存儲(chǔ)器邏輯分段和物理地址形成11存儲(chǔ)器尋址物理地址8086：20根地址線，可尋址220(1MB)個(gè)存儲(chǔ)單元CPU送到AB上的20位的地址稱為物理地址存儲(chǔ)器尋址物理地址12物理地址物理地址..60000H60001H60002H60003H60004H...12HF0H1BH08H存儲(chǔ)器的操作完全基于物理地址。問(wèn)題：8088的內(nèi)部總線和內(nèi)部寄存器均為16位，如何生成20位地址？解決：存儲(chǔ)器分段物理地址物理地址.12HF0H1BH08H存儲(chǔ)器的操13存儲(chǔ)器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大64KB段i-1段i段i+1存儲(chǔ)器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大64KB段14邏輯地址段基地址和段內(nèi)偏移組成了邏輯地址

段地址偏移地址(偏移量)格式為：段地址:偏移地址物理地址=段基地址×16+偏移地址60002H00H12H60000H0000段基地址（16位）段首地址×××???×××邏輯地址段基地址和段內(nèi)偏移組成了邏輯地址60002H00H115BIU中的地址加法器用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換8088可同時(shí)訪問(wèn)4個(gè)段，4個(gè)段寄存器指示了每個(gè)段的基地址段基址段內(nèi)偏移物理地址+16位20位0000BIU中的地址加法器用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換段基址段16[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H，DS段有一操作數(shù)，其偏移地址=0204H， 1)畫(huà)出各段在內(nèi)存中的分布2)指出各段首地址3)該操作數(shù)的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS

CSDSES解：各段分布及段首址見(jiàn)右圖操作數(shù)的物理地址為：250AH×10H+0204H=252A4H[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF178086的內(nèi)部寄存器含14個(gè)16位寄存器，按功能可分為三類8個(gè)通用寄存器4個(gè)段寄存器2個(gè)控制寄存器8086的內(nèi)部寄存器含14個(gè)16位寄存器，按功能可18通用寄存器

數(shù)據(jù)寄存器（AX，BX，CX，DX）地址指針寄存器（SP，BP）變址寄存器（SI，DI）通用寄存器19數(shù)據(jù)寄存器8086含4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可分為8個(gè)8位寄存器，即：AXAH，ALBXBH，BLCXCH，CLDXDH，DL常用來(lái)存放參與運(yùn)算的操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)寄存器8086含4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可分為8個(gè)820數(shù)據(jù)寄存器特有的習(xí)慣用法AX：累加器。多用于存放中間運(yùn)算結(jié)果。所有I/O指令必須都通過(guò)AX與接口傳送信息；BX：基址寄存器。在間接尋址中用于存放基地址；CX：計(jì)數(shù)寄存器。用于在循環(huán)或串操作指令中存放循環(huán)次數(shù)或重復(fù)次數(shù)；DX：數(shù)據(jù)寄存器。在32位乘除法運(yùn)算時(shí)，存放高16位數(shù)；在間接尋址的I/O指令中存放I/O端口地址。數(shù)據(jù)寄存器特有的習(xí)慣用法AX：累加器。多用于存放中間運(yùn)算結(jié)果21地址指針寄存器SP：堆棧指針寄存器，其內(nèi)容為棧頂?shù)钠频刂?；BP：基址指針寄存器，常用于在訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)存放內(nèi)存單元的偏移地址。地址指針寄存器SP：堆棧指針寄存器，其內(nèi)容為棧頂?shù)钠频刂罚?2BX與BP在應(yīng)用上的區(qū)別作為通用寄存器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)；作為基址寄存器，BX通常用于尋址數(shù)據(jù)段；BP則通常用于尋址堆棧段。BX一般與DS或ES搭配使用BX與BP在應(yīng)用上的區(qū)別作為通用寄存器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)23變址寄存器SI：源變址寄存器DI：目標(biāo)變址寄存器變址寄存器常用于指令的間接尋址或變址尋址。特別是在串操作指令中，用SI存放源操作數(shù)的偏移地址，而用DI存放目標(biāo)操作數(shù)的偏移地址。變址寄存器SI：源變址寄存器24段寄存器用于存放邏輯段的段基地址(邏輯段的概念后面將要介紹)

CS：代碼段寄存器

代碼段用于存放指令代碼DS：數(shù)據(jù)段寄存器ES：附加段寄存器

數(shù)據(jù)段和附加段用來(lái)存放操作數(shù)SS：堆棧段寄存器

堆棧段用于存放返回地址，保存寄存器內(nèi)容，傳遞參數(shù)段寄存器用于存放邏輯段的段基地址(邏輯段的概念后面將要介紹)25控制寄存器IP：指令指針寄存器，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行的指令的偏移地址FLAGS：標(biāo)志寄存器狀態(tài)標(biāo)志：存放運(yùn)算結(jié)果的特征控制標(biāo)志：控制某些特殊操作

6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF)3個(gè)控制標(biāo)志位(IF，TF，DF)控制寄存器IP：指令指針寄存器，其內(nèi)容為下一條26

2.1.18086CPU結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)：有兩個(gè)獨(dú)立的工作部件，執(zhí)行部件EU和總線接口部件BIU。1.執(zhí)行部件（EU）任務(wù)：只負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。組成：算術(shù)邏輯單元ALU(運(yùn)算器)、通用寄存器、標(biāo)志寄存器和EU控制器。

2.1.18086CPU結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)8086278086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)28EU的特點(diǎn)：

(1)通用數(shù)據(jù)寄存器AX，BX，CX，DX，既可以作16位寄存器使用，也可以分成高、低8位分別作兩個(gè)8位寄存器使用。專用數(shù)據(jù)寄存器BP，SP，SI，DI都是16位寄存器，一般用來(lái)尋訪地址信息。(2)ALU的核心是16位二進(jìn)制加法器。其功能：一是進(jìn)行算數(shù)/邏輯運(yùn)算，二是按指令的尋址方式給出所需要操作對(duì)象的16位（偏移）地址，提供給BIU，讓BIU進(jìn)行對(duì)外部?jī)?nèi)存儲(chǔ)器或I/O空間的尋址，傳輸操作對(duì)象。(3)16位狀態(tài)標(biāo)志寄存器（7位未用）存放操作后的狀態(tài)特征和設(shè)置的控制標(biāo)志。(4)EU控制器是執(zhí)行指令的控制電路，實(shí)現(xiàn)從隊(duì)列中取指令、譯碼、產(chǎn)生控制信號(hào)等。

EU的特點(diǎn)：29

2.總線接口部件（BIU）

任務(wù)：負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器、I／O接口之間的信息傳送。組成：它由段寄存器、指令指針寄存器、指令隊(duì)列、地址加法器以及總線控制邏輯。特點(diǎn)：(1)指令隊(duì)列是由6個(gè)字節(jié)的寄存器組成（8088指令隊(duì)列由4字節(jié)組成）。采用“先進(jìn)先出”原則，暫時(shí)存放BIU從存儲(chǔ)器中預(yù)取的指令。2.總線接口部件（BIU）30(2)地址加法器是用來(lái)產(chǎn)生20位存儲(chǔ)器物理地址的。物理地址（20位）=段基址（16位）×16偏移地址（16位）

(3)8086分配20條引腳線分時(shí)傳送20位地址、16位數(shù)據(jù)和4位狀態(tài)信息?？偩€控制邏輯的功能，就是以邏輯控制方法實(shí)現(xiàn)分時(shí)把這些信息與外部傳輸。微機(jī)原理課件31

3.8086CPU指令的流水線

BIU和EU并行工作，8086指令的流水線體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：(1)每當(dāng)BIU“空閑”且指令隊(duì)列中有2個(gè)以上空字節(jié)（8088是1個(gè)以上空字節(jié)），BIU就會(huì)自動(dòng)把所跟蹤的指令從存儲(chǔ)器預(yù)取到指令隊(duì)列中。(2)每當(dāng)EU準(zhǔn)備執(zhí)行一條指令時(shí)，它會(huì)按“先進(jìn)先出”原則，從BIU的指令隊(duì)列中取出指令，進(jìn)行譯碼，然后去執(zhí)行。

3.8086CPU指令的流水線32

(3)當(dāng)指令隊(duì)列已滿，而且EU又無(wú)訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，BIU便進(jìn)入空閑狀態(tài)。(4)當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令或返回指令時(shí)，BIU接著按新的跟蹤取指令裝入指令隊(duì)列。

綜上所述，8086/8088中指令的取指和執(zhí)行是分別由BIU和EU完成的，總線控制邏輯和指令執(zhí)行邏輯之間既互相獨(dú)立又互相配合。

334.8086CPU的內(nèi)部寄存器

(1)段寄存器和存儲(chǔ)器分段8086有4個(gè)16位段寄存器：代碼段寄存器CS，數(shù)據(jù)段寄存器DS，堆棧段寄存器SS和附加數(shù)據(jù)寄存器EX。內(nèi)存中存放三類信息：代碼，即指令操作碼，指出CPU執(zhí)行什么操作；數(shù)據(jù)，即數(shù)值和字符等，程序加工對(duì)象；堆棧，即臨時(shí)保存的返回地址和中間結(jié)果。

4.8086CPU的內(nèi)部寄存器34

所謂存儲(chǔ)器分段技術(shù)就是把1MB空間分成若干邏輯段，每個(gè)邏輯段的容量≤64KB。段內(nèi)地址是連續(xù)的，段與段之間是相互獨(dú)立的。邏輯段可以在整個(gè)存儲(chǔ)空間浮動(dòng)，即段的排列可以連續(xù)、分開(kāi)、部分重疊或全重疊，非常靈活。這里所謂的重疊是指存儲(chǔ)單元可以分屬于不同的邏輯段。

35

8086要求各邏輯段首地址的最低4位是全0（即首地址是16的整倍），段首地址的高16位稱做段基址。段基址存放在段寄存器DS，ES，SS或CS中，并表明了相應(yīng)邏輯段的性質(zhì)。段內(nèi)存儲(chǔ)單元距離段首地址的偏移量（以字節(jié)數(shù)計(jì)算），叫做偏移地址（EA）。偏移地址可以存放在IP，SP，BP，SI，DI，BX中，或者是通過(guò)計(jì)算給出的一個(gè)16位偏移量。

<段基址>：<偏移地址>2000H：2000H就是22000H物理地址的邏輯地址描述

36存儲(chǔ)器邏輯分段和物理地址形成存儲(chǔ)器邏輯分段和物理地址形成37存儲(chǔ)器尋址物理地址8086：20根地址線，可尋址220(1MB)個(gè)存儲(chǔ)單元CPU送到AB上的20位的地址稱為物理地址存儲(chǔ)器尋址物理地址38物理地址物理地址..60000H60001H60002H60003H60004H...12HF0H1BH08H存儲(chǔ)器的操作完全基于物理地址。問(wèn)題：8088的內(nèi)部總線和內(nèi)部寄存器均為16位，如何生成20位地址？解決：存儲(chǔ)器分段物理地址物理地址.12HF0H1BH08H存儲(chǔ)器的操39存儲(chǔ)器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大64KB段i-1段i段i+1存儲(chǔ)器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大64KB段40邏輯地址段基地址和段內(nèi)偏移組成了邏輯地址

段地址偏移地址(偏移量)格式為：段地址:偏移地址物理地址=段基地址×16+偏移地址60002H00H12H60000H0000段基地址（16位）段首地址×××???×××邏輯地址段基地址和段內(nèi)偏移組成了邏輯地址60002H00H141BIU中的地址加法器用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換8088可同時(shí)訪問(wèn)4個(gè)段，4個(gè)段寄存器指示了每個(gè)段的基地址段基址段內(nèi)偏移物理地址+16位20位0000BIU中的地址加法器用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換段基址段42[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H，DS段有一操作數(shù)，其偏移地址=0204H， 1)畫(huà)出各段在內(nèi)存中的分布2)指出各段首地址3)該操作數(shù)的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS

CSDSES解：各段分布及段首址見(jiàn)右圖操作數(shù)的物理地址為：250AH×10H+0204H=252A4H[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF438086的內(nèi)部寄存器含14個(gè)16位寄存器，按功能可分為三類8個(gè)通用寄存器4個(gè)段寄存器2個(gè)控制寄存器8086的內(nèi)部寄存器含14個(gè)16位寄存器，按功能可44通用寄存器

數(shù)據(jù)寄存器（AX，BX，CX，DX）地址指針寄存器（SP，BP）變址寄存器（SI，DI）通用寄存器45數(shù)據(jù)寄存器8086含4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可分為8個(gè)8位寄存器，即：AXAH，ALBXBH，BLCXCH，CLDXDH，DL常用來(lái)存放參與運(yùn)算的操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)寄存器8086含4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可分為8個(gè)846數(shù)據(jù)寄存器特有的習(xí)慣用法AX：累加器。多用于存放中間運(yùn)算結(jié)果。所有I/O指令必須都通過(guò)AX與接口傳送信息；BX：基址寄存器。在間接尋址中用于存放基地址；CX：計(jì)數(shù)寄存器。用于在循環(huán)或串操作指令中存放循環(huán)次數(shù)或重復(fù)次數(shù)；D