第二章 cpu结构yan

？求各状 态标志位
（３） 状态标志寄存器 （4）控制寄存器－－ 状态标志寄存器
控制标志位 （1）DF:方向标志位


DF=1串操作指令以递减顺序处理数据串； DF=0以递增顺序处理数据串。 若IF=1，CPU允许接受外部可屏蔽中断请求， 即开中断；IF=0关中断 TF=1处理器处于单步工作方式，每执行完一条 指令产生一个软件中断；TF=0正常工作。
具有空闲状态和等待状态的总线周期
1~2个 若干个
T1
T2 T3 T4 Ti Ti
T1
T2 T3 Tw Tw Tw T4
Ti
Ti
总线周期
总线周期
基本总线周期由4个T状态组成：T1、T2、T3、T4 等待时钟周期Tw，在总线周期的T3和T4之间插入 空闲时钟周期Ti，在两个总线周期之间插入
2. 段寄存器的使用
存储器操作类型 隐含段 超越段 偏移量 取指令 CS 无 IP 堆栈 SS 无 SP 数据变量 DS CS,ES,SS 有效地址 源串变量 DS CS,ES,SS SI 目的串变量 ES 无 DI 基址BP指针 SS CS,ES,DS 有效地址
段寄存器的使用
例1.设(CS)=4232H ,(IP)=66H 下一条要执行
同步时序通过插入等待状态，来使速 度差别较大的两部分保持同步 在读写总线周期中，判断是否插入 Tw
1. 在T3的前沿检测READY引脚是否有效 2. 如果READY无效，在T3和T4之间插入一 个等效于T3的Tw ，转1 3. 如果READY有效，执行完该T状态，进 入T4状态

BIC的功能



凡是涉及与IO，存储器相关的操 作，均由BIU完成 是CPU与IO，存储器之间的接口 部件 功能： 预取指，放入指令对列 计算２０位物理地址
8086（88）CPU的特点

8086是标准的16位微处理器
内部和外部数据总线宽度都为16位。

8088是准16位微处理器
内部数据总线宽度为16位，外部8位。
数据寄存器 通用寄 存器
堆栈指针 指针寄存器 基数指针 源变址 变址寄存器 目的变址 指令指针 状态标志 代码段 数据段 堆栈段 附加段 控制寄存器
PSW CS DS SS ES
段寄存器
（1）数据寄存器

用来存放操作数及中间结果的通用寄存器。 16位寄存器：AX,BX,CX,DX（可以分成两个8位 的使用。 8位寄存器：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL 累加器：使用最频繁的寄存器。AX，AL 有些寄存器有特殊功能：如AX和AL作为累加器， 在乘法指令中专用； BX可以作为基址指针； CX 为计数寄存器，记录循环次数，或用于串操作； DX用于字乘法和除法、I/O间接寻址访问。
2. 段寄存器的使用



程序、数据分段存储 实际应用中，通常按存储器的信息类型分段。 如：程序代码段CS、数据段DS、被保护数据状态 段SS, ES 8088（86）CPU设置4个段寄存器CS、DS、SS、 ES，存储逻辑段的段基址。 8088（86）CPU可同时访问四个逻辑段 改变段寄存器的内容就可以方便访问其他段。 改变段寄存器的内容也可以实现超过64KB的程序 或数据访问。
时钟周期 总线周期 = 4个时钟周期 基本总线周期由4个T状态组成：T1、T2、 T3、T4 指令周期 = 多个总线周期
2.2 8086总线工作周期
一个总线周期要完成一次数据传输，
至少要有传输地址和传送数据两个过程 T1状态内要完成地址传送 T2、T3、T4内完成数据传送 T4之后进入下一个总线周期
（4）控制寄存器－－ 状态标志寄存器

EU内有一16位状态标志寄存器PSW。
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF
状态标志：有6个，反映程序运行状态，根 据运算器执行状况自动修改。 控制标志：有3个，可通过指令设置，改变 机器运行状况。
执行 执行 执行
BIU EU
取指 取指 取指 取指 取指 得到数据 取指 等待 执行
8088(86)的执行顺序
2.1.2 8086CPU寄存器结构


数据寄存器 段寄存器 地址指针与变址寄存器 控制寄存器
AH BH CH DH SP BP SI DI IP
AL BL CL DL
AX BX CX DX
如何表示20位 的起始地址？
逻辑地址与物理地址


物理地址：20位表示的存储器实际地址。 段基址(16位表示20位的段起始地址，方法是右移４位，故对于16 位实际上是20的高16位)
为了能用16位寄存器表示段起始地址，8088/8086 要求逻辑段起始地址的低4位必须为0，表示时，只 表示段起始地址的高16位——段基址。
＋）
0 0 2
2 2 3 6
2
物理地址
2.2 8086总线工作周期
1、时序基本概念

计算机是在时钟脉冲CLK统一控制下一个节拍一个节拍 的工作。 时钟脉冲的一个循环时间叫做一个时钟周期。每个时 钟周期T又称一个“状态”，它是CPU工作最小时间单 位，所有操作都以这个时钟周期为基准，是计算机系 统工作速度的重要标志。
段地址 42320H 则物理地址计算如下 66H
4 2 3 2 0 H ＋） 6 6 H
...
64K 42386H
64K 16 （2 ）
4 2 3 8 6 H
段终址 5231FH
...
段寄存器的使用
例2. 假设 (DS)＝2234H ，EA＝22H
15 2 2 3 4 15 2 2 3 4 0 2 0 0 2 2 0 偏移量 0 段基值 逻辑地址
2.1 8086微处理器内部基本结构


8088的内部结构从功能分成两个单元 总线接口单元BIU——管理8088与系统总线的接口， 负责CPU对存储器和外设进行访问 执行单元EU——负责指令的译码、执行和数据的运 算 两个单元相互独立，分别完成各自操作 两个单元可以并行执行，实现指令取指和执行的流水线 操作
（4）控制寄存器－－ 状态标志寄存器

状态标志位
（1）CF:进/借位标志，若运算结果最高位产生 进位（加法）或借位（减法），则CF置“1”，否则 置“0”。用于无符号运算，对有符号数运算，结果 没有直接意义。
（2）AF:辅助进/借位标志，若低字节的第4位上 产生一个进位或借位，则AF置“1”，否则置“0”。 在BCD码的运算中使用。 （3）ZF:零标志位，若运算结果为零，则ZF置 “1”，否则清零。
2. 段寄存器的使用

4个段寄存器通常用名字隐含逻辑段的信息 内容。
程序代码 数据 数据
被保护数据
2. 段寄存器的使用


为了方便编写程序，4个段寄存器是隐含使用的 不同类型的存储器操作，规定了偏移地址的来 源，——确定了默认的段寄存器。 例： 取指令代码：规定偏移地址来自于IP，默认CS 一般数据存取：偏移地址可为计算出的有效地 址，默认DS 堆栈操作：规定偏移地址来自于SP，默认SS 串操作取目的操作数：规定偏移地址来自于DI， 默认ES 允许段超越
（2）段寄存器

段寄存器CS、DS、SS、ES： 16位，用于存放逻辑段的段基址。
（3）地址指针和变址寄存器


一般用来存放主存地址的偏移量（相对于段起始地 址的距离），用于参与地址运算。 可以用来指示地址的寄存器有：


SP:堆栈指针，指示堆栈段（关于段SS）中的栈顶位置， 专门用于数据进栈和出栈的位置指示； BP:基址指针，指示堆栈段中一个数据区中的起始位置；
五、8088的工作时序 （一）指令周期、总线周期和时钟周期
2、总线周期（机器周期）

CPU从存储器或I/O口存取一个字或字节的时间称为总线
周期

8088的总线周期有：存储器读写周期、 输入/输出周期、 中断响应周期；
3、指令周期

执行一条指令所需要的时间称为指令周期。一般要1个以 上的总线周期。
2.2 8086总线工作周期
（4）控制寄存器－－ 状态标 志寄存器
（4）SF:符号标志位，若算术运算的 结果为负SF置“1”，否则清零。 （5）OF:溢出标志位，有符号数算术 运算结果产生溢出OF置“1”，否则清零。 对无符号数的运算，结果没有意义。 （6）PF:奇偶标志位，运算结果中低8 位所含1的个数为偶数则PF置“1”，否则 清零。
时钟周期T（T状态）

• 假设8086的主频为10MHz，一个时钟周期为 100ns。
2.2 8086总线工作周期
总线周期（机器周期）

CPU从存储器或I/O口存取一个字或字节的时间 称为总线周期

8088的总线周期有：存储器读写周期、 输入/ 输出周期、中断响应周期；
指令周期

执行一条指令所需要的时间称为指令周期。一般 要1个以上的总线周期。
执行单元EU
组成

16位算术逻辑单元ALU; 16位状态标志寄存器FLAG; 8个16位通用寄存器组(AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI) 16位数据暂存器； EU控制电路；
EU的功能：

取指，译码 算术逻辑运算 向BIC发控制命令
总线接口单元BIU
组成
4个16位段寄存器CS,DS,SS,ES; 16位指令偏移地址寄存器IP; 6个字节指令队列ISQ; 形成20位物理地址的加法器∑; 与EU通讯的内部寄存器； 总线控制逻辑；
状态标志寄存器——状态标志位举例
+
0101 0100 0011 1001 0100 0101 0110 1010 1001 1001 1010 0011