微机原理与接口课件-第2章 80X86 CPU

2. 地址加法器和段寄存器
16位 CS
CS左移4位
20位 IP或偏移 IP 地址
+
地址加法器 物理地址
20位
二、执行单元EU 二、执行单元EU
执行单元不与系统直接相连， 执行单元不与系统直接相连，它的功能只是负责译码 和执行指令； 和执行指令；从BIU的指令队列缓冲器中取出相应指令的 的指令队列缓冲器中取出相应指令的 代码，然后进行译码，执行指令， 代码，然后进行译码，执行指令，发出各种各样的控制信 执行指令的结果或执行执行所需要的数据，是由EU 号。执行指令的结果或执行执行所需要的数据，是由 发出请求， 对存储器或外设进行存取。 向BIU发出请求，再由 发出请求 再由BIU对存储器或外设进行存取。 对存储器或外设进行存取 执行单元由下列各部分组成： 执行单元由下列各部分组成： (1) 16位算术逻辑单元（ALU） 位算术逻辑单元（ 位算术逻辑单元 ） • 进行所有的算术和逻辑运算 计算寻址单元的16位偏移地址 位偏移地址EA • 计算寻址单元的 位偏移地址 (2) 16位标志寄存器（FLAGS） 位标志寄存器（ 位标志寄存器 ） (3) 通用寄存器组 (4) 数据暂存寄存器 (5) EU控制电路 控制电路
总线接口单元由下列各部分组成： 总线接口单元由下列各部分组成： (1) 4个段地址寄存器，即： 个段地址寄存器， 个段地址寄存器 CS——16位的代码段寄存器， 位的代码段寄存器， 位的代码段寄存器 DS——16位的数据段寄存器， 位的数据段寄存器， 位的数据段寄存器 ES——16位的扩展段寄存器， 位的扩展段寄存器， 位的扩展段寄存器 SS——16位的堆栈段寄存器。 位的堆栈段寄存器。 位的堆栈段寄存器 (2) IP——16位的指令指针寄存器。 位的指令指针寄存器。 位的指令指针寄存器 (3) 20位物理地址加法器和总线控制电路。 位物理地址加法器和总线控制电路。 位物理地址加法器和总线控制电路 (4) 6个字节的指令队列缓冲器。 个字节的指令队列缓冲器。 个字节的指令队列缓冲器
三、指令指针寄存器和标志寄存器
IP（Instruction Pointer）是16位指令指针寄存器，其 （ 位指令指针寄存器， ） 位指令指针寄存器 功能用以存放代码段中预取指令的偏移地址，并和CS段 功能用以存放代码段中预取指令的偏移地址，并和 段 寄存器联用，以确定指令代码在内存的物理地址。 寄存器联用，以确定指令代码在内存的物理地址。CPU取 取 指令时总是以CS为段地址 为段地址， 为段内的偏移地址。 指令时总是以 为段地址，以IP为段内的偏移地址。每 为段内的偏移地址 从代码段中取出一个字节的指令代码后， 则自动 当CPU从代码段中取出一个字节的指令代码后，IP则自动 从代码段中取出一个字节的指令代码后 加1，使之指向要取指令的下一个字节机器码的地址。用 ，使之指向要取指令的下一个字节机器码的地址。 户程序不能直接访问IP，但可由BIU部件修改。 部件修改。 户程序不能直接访问 ，但可由 部件修改 IP (Instruction Pointer) 指令指针与 类似，但有区别： 指令指针与PC类似 但有区别： 类似， a. PC是指向下一条即将要执行的指令，而IP一般是指向 是指向下一条即将要执行的指令， 是指向下一条即将要执行的指令 一般是指向 下一次要取出的指令。 下一次要取出的指令。 b. 在8086中IP要与 代码段寄存器的内容一起，才能得 要与CS代码段寄存器的内容一起 中 要与 代码段寄存器的内容一起， 到指令的实际地址。 到指令的实际地址。
第2章 80x86 CPU
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8086/8088 CPU编程结构 8086/8088的引脚信号及工作模式 8086/8088存储器的组织和管理 8086/8088总线操作时序
2.1 8086/8088 CPU编程结构 CPU编程结构
2.1.1 8086/8088 CPU内部编程结构 CPU内部编程结构 • INTEL78年推出(79年推出8088) • 4万多个晶体管(8088为2.9万个晶体管) • 8086时钟频率有三种：8086为5MHz，8086-2为 8MHz，8086-1为10MHz • 数据线16位(8088的数据线8位) • 地址线20位，直接寻址空间为1MB • 40脚DIP封装
2. 控制标志位：由指令专门设置，用来控制CPU操作，由程 控制标志位：由指令专门设置，用来控制CPU操作 操作， 序设置或清除，每个控制标志都有一种特定的功能作用， 序设置或清除，每个控制标志都有一种特定的功能作用，决 定后续指令的执行情况。 定后续指令的执行情况。 跟踪标志TF(Trap Flag)： • 跟踪标志 ： TF=1：每执行一条指令后，自动产生一次内部中断， ：每执行一条指令后，自动产生一次内部中断， 处于单步执行指令工作方式， 使CPU处于单步执行指令工作方式，便于进行程序调试，用 处于单步执行指令工作方式 便于进行程序调试， 户能检查程序。 户能检查程序。 TF=0：程序正常工作。 ：程序正常工作。 方向标志DF(Direction Flag)：用于串处理指令，控制从前 • 方向标志 ：用于串处理指令， 往后、还是从后往前对字符串进行操作处理。 往后、还是从后往前对字符串进行操作处理。 DF=1：每次串处理操作后使变址寄存器 和DI的值 ：每次串处理操作后使变址寄存器SI和 的值 递减，使串处理从高地址向低地址方向处理。 递减，使串处理从高地址向低地址方向处理。 DF=0：每次串处理操作后使变址寄存器 和DI的值 ：每次串处理操作后使变址寄存器SI和 的值 递增，使串处理从低地址向高地址方向处理。 递增，使串处理从低地址向高地址方向处理。
2.1.2 8086/8088 内部寄存器
15 8 7 0 AX AH AL 累加器 BX BH BL 基址寄存器 CX CH CL 计数寄存器 DX DH DL 数据寄存器 SP 堆栈指针 BP 基址指针 SI 源变址指针 DI 目的变址指针 IP 指令指针 FLAG 标志寄存器 CS 代码段寄存器 DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器 ES 附加段寄存器
1. 指令队列缓冲器
8088为4字节，8086为6字节。 为 字节 字节， 字节。 为 字节 指令队列只要有空， 自动执行取指操作， 指令队列只要有空，BIU自动执行取指操作， 自动执行取指操作 取出的指令代码依次放在指令队列中， 取出的指令代码依次放在指令队列中，直到填满为 这样，一般情况下， 止。这样，一般情况下，CPU执行完一条指令就可 执行完一条指令就可 以立即执行下一条指令，提高了系统的执行速率。 以立即执行下一条指令，提高了系统的执行速率。
奇偶标志PF(Prity Flag)： • 奇偶标志 ： PF=1：结果的低 位中有偶数个 。 位中有偶数个1。 ：结果的低8位中有偶数个 PF=0：结果的低 位中有奇数个 。 位中有奇数个1。 ：结果的低8位中有奇数个 辅助进位标志AF(Auxiliary Flag)： • 辅助进位标志 ： AF=1：数据的第 位（半个字节）需要向前产生进 ：数据的第3位 半个字节） 借位。 位/借位。 借位 AF=0：数据的第 位（半个字节）不会向前产生进 ：数据的第3位 半个字节） 借位。 位/借位。 借位 零标志ZF(Zero Flag)： • 零标志 ： ZF=1：若算术逻辑运算结果为零。 ：若算术逻辑运算结果为零。 ZF=0：运算结果不为零。 ：运算结果不为零。
D15 D14 D13 D12 D11 D10 OF DF
D9 D8 D7 D6 D0 IF TF SF ZF
D5
D4 AF
D3 D2 PF
D1 CF
只定义了其中9位 另外 位未定义 不用）： 位未定义（ 只定义了其中 位，另外7位未定义（不用）： 6位状态标志：OF、SF、ZF、PF、CF、AF 位状态标志： 、 、 、 、 、 3位控制标志：DF、IF、TF 位控制标志： 、 、 1. 状态标志位：反映指令对数据作用之后，结果的状态（不 状态标志位：反映指令对数据作用之后，结果的状态（ 是结果本身）。这些状态将控制后续指令的执行。 ）。这些状态将控制后续指令的执行 是结果本身）。这些状态将控制后续指令的执行。 进位标志CF(Carry Flag)： • 进位标志 ： CF=1：最高位需要向前产生进位/借位。 ：最高位需要向前产生进位/借位。 CF=0：最高位不会向前产生进位/借位。 ：最高位不会向前产生进位/借位。
通用寄存器
AX BX CX DX AH BH CH DH SP BP DI SI AL 接 口 部 件 BIU
地址加法器
20位地 位地 址总线 16 位 数 据 总 线
总 8086 8086 线 控 制 逻 辑 总 线
CS DS SS ES
IP 暂存器
内部总线16位 内部总线 位 E 指令队列 U 控 8位队 1 2 3 4 5 6 位队 制 列总线 8088 8086 器
8086CPU的结构框图
暂存器
ALU
标志寄存器
8086从功能结构来讲，分为两大部分，即总 总 线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和 执行部件 线接口部件 EU(Execution Unit)。 。 一、总线接口单元BIU 一、总线接口单元BIU BIU负责完成 负责完成CPU与存储器或 端口之间的 与存储器或I/O端口之间的 负责完成 与存储器或 数据传送。 数据传送。 BIU要不断从内存中取指令并送到指令队列， 要不断从内存中取指令并送到指令队列， 要不断从内存中取指令并送到指令队列 CPU执行指令时，总线接口单元要配合执行部件 执行指令时， 执行指令时 从指定的内存单元或者外设端口中取数据， 从指定的内存单元或者外设端口中取数据，并将 数据传送给执行部件； 数据传送给执行部件；或把执行部件的操作结果 传送给指定的内存单元或I/O口 传送给指定的内存单元或 口。
数据寄存器 通用寄存器组 地址指针及 变址寄存器 控制寄存器组 段寄存器组
一、通用寄存器 16位 16位 8 8 AX BX CX DX AH AL 累加器 AX 累加器(Accumulator) BH BL 基址寄存器 BX 基址寄存器(Base) CH CL 计数寄存器 CX 计数寄存器(Count) DH DL 数据寄存器 DX 数据寄存器(Data) 堆栈指针(Stack Pointer) SP 堆栈指针 基址指针(Base Pointer) BP 基址指针 源变址指针(Source Index) 源变址指针 SI 目的变址指针(Destination Index) 目的变址指针 DI