21寄存器的结构
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第2章 80X86微处理器及其体系结构
2.1 8086/8088的内部结构 2.2 8086/8088的总线周期 2.3 8086/8088的管脚特性 2.4 8086/8088的两种组态模式 2.5 80X86高档微处理器
微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的， 包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微 处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执 行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能 自动协调地完成各种操作。
8086CPU结构图
20位
AH AL AX
通 BH BL BX 用 CH CL CX
寄 DH DL DX
存
SP
器
BP
பைடு நூலகம்
地址加 法器 CS
DS SS ES
16位 I/O
DI
16位
IP
控制
SI
ALU数 据总线
内部寄存 器
电路
外 部
总
暂存寄存器
执行部分
线 12 3 4 56
控制电路
8位 指令队列缓冲器
ALU
8位 指令队列缓冲器
ALU
标志寄存器
执行部件 EU
总线接口部件 BIU
8086/8088 的内部结构从功能上分成两个单元
1）执行部件EU 负责指令的译码、执行和数据的运算
2）总线接口部件BIU 管理8086/8088与系统总线的接口 负责CPU对存储器和外设进行访问
2.1.1 执行部件EU
功能：EU不与外部系统总线相连，只负责指令的译码和执行。
所以我们以8086/8088为例作重点介绍。
2.1 8086/8088的内部结构
8086： • Intel系列的16位微处理器； • 采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成
了2.9万只晶体管； • 使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装； • 时钟频率为5MHz~10MHz； • 16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达
AH
AL
BH
BL
CH
CL
DH
DL
SP BP SI DI
IP FLAGS
CS DS SS ES
累加器 基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器
堆栈指针寄存器 基址指针寄存器 源变址寄存器 目的变址寄存器
指令指针寄存器 标志寄存器
代码段寄存器 数据段寄存器 堆栈段寄存器 附加段寄存器
数据寄存器
地址指针和 变址寄存器 控制寄存器
标志寄存器
执行部件 EU
总线接口部件 BIU
8088CPU结构图
20位
AH AL AX
通 BH BL BX 用 CH CL CX
寄 DH DL DX
存
SP
器
BP
地址加 法器
CS
DS SS ES
8位 I/O
DI
16位
IP
控制
SI
ALU数 据总线
内部寄存 器
电路
外 部
总
暂存寄存器
执行部分
线
1234
控制电路
1MB； • 8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器
组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据 吞吐能力和数据处理能力。
8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，只 是外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。 它具有包括乘法和除法的16位运算指令，所以能处 理16位数据，还能处理8位数据。8088有20根地址 线，所以可寻址的地址空间达220即1M字节。
MPU 等待取指1 执行1 等待取指2 执行2 等待取指3 执行3
总线
忙
闲
忙
闲
忙
闲
传统微处理器的指令执行过程
BIU 取指1 取指2 取指3 取指4 取指5 取指6
EU
执行1 执行2 执行3 执行4 执行5 执行6
总线 忙
忙
忙
忙
忙
忙
8086CPU的指令执行过程
2.1.3 8088/8086的寄存器结构
（1）从指令队列中取出指令。
（2）对指令进行译码，执行指令所规定的全部功能。
（3）执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向 BIU发出命令，让BIU对存储器或I/O接口进行读/写操作。
执行部件的组成：EU由算术/逻辑运算器ALU，寄存器 阵列，EU控制器组成。
（1）算术逻辑单元ALU
完成8位或者16位二进制算术和逻辑运算，计算偏移量。
16位微处理器8086/8088的性能远远优于8位机，不 仅在运行速度、运算能力和寻址范围等纵向能力有很大 提高，还由于具有协处理器接口，横向能力也大为提高。 特别是80286、80386、80486等更高性能的微处理器都 保持了对它的兼容。 8086/8088既有广泛的应用，也有 很好的承上启下 作用。
DX称为数据寄存器（Data register）
常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址
（2）寄存器阵列
（3）执行部件的控制电路
从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码电 路分析，发出相应的控制命令，控制ALU数据流向。
2.1.2 总线接口部件BIU
功能：与外部总线相连，负责与存储器或者I/O端口 传送信息。根据执行部件EU的请求，管理预取指令 和存数、取数的实际过程。
组成：
（1）指令队列（8086六字节，8088四字节） 在执行指令的同时，将取下一条指令，并放入指令队 列中。CPU执行完一条指令后，可以接着执行下一条 指令（流水线技术）。提高CPU效率。 （2）地址加法器 （3）寄存器阵列 （4）总线控制逻辑（I/O控制电路）
BX： BH BL
CX： CH CL
DX： DH DL
（1）数据寄存器
AX称为累加器（Accumulator）
使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信 息等
BX称为基址寄存器（Base address Register）
常用做存放存储器地址
CX称为计数器（Counter）
作为循环和串操作等指令中的隐含计数器
段寄存器
8086CPU内部寄存器结构
通用寄存器
2.1.3.1 通用寄存器
8088有8个通用的16位寄存器
（1）数据寄存器: AX BX CX DX
（2）变址寄存器: SI DI
（3）指针寄存器: BP SP
4个数据寄存器还可以分成高8位和低8位两 个独立的寄存器，这样又形成8个通用的8 位寄存器
AX： AH AL
寄存器是微处理器（CPU）内部暂存数据的存储单 元。
8088/8086的寄存器组有
8个通用寄存器
图示
4个段寄存器
1个标志寄存器
1个指令指针寄存器
它们均为16位!
汇编语言程序员看到的处理器，就是寄存器 所以，一定要熟悉这些寄存器的名称和作用
这个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、 段寄存器、控制寄存器。
2.1 8086/8088的内部结构 2.2 8086/8088的总线周期 2.3 8086/8088的管脚特性 2.4 8086/8088的两种组态模式 2.5 80X86高档微处理器
微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的， 包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微 处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执 行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能 自动协调地完成各种操作。
8086CPU结构图
20位
AH AL AX
通 BH BL BX 用 CH CL CX
寄 DH DL DX
存
SP
器
BP
பைடு நூலகம்
地址加 法器 CS
DS SS ES
16位 I/O
DI
16位
IP
控制
SI
ALU数 据总线
内部寄存 器
电路
外 部
总
暂存寄存器
执行部分
线 12 3 4 56
控制电路
8位 指令队列缓冲器
ALU
8位 指令队列缓冲器
ALU
标志寄存器
执行部件 EU
总线接口部件 BIU
8086/8088 的内部结构从功能上分成两个单元
1）执行部件EU 负责指令的译码、执行和数据的运算
2）总线接口部件BIU 管理8086/8088与系统总线的接口 负责CPU对存储器和外设进行访问
2.1.1 执行部件EU
功能：EU不与外部系统总线相连，只负责指令的译码和执行。
所以我们以8086/8088为例作重点介绍。
2.1 8086/8088的内部结构
8086： • Intel系列的16位微处理器； • 采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成
了2.9万只晶体管； • 使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装； • 时钟频率为5MHz~10MHz； • 16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达
AH
AL
BH
BL
CH
CL
DH
DL
SP BP SI DI
IP FLAGS
CS DS SS ES
累加器 基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器
堆栈指针寄存器 基址指针寄存器 源变址寄存器 目的变址寄存器
指令指针寄存器 标志寄存器
代码段寄存器 数据段寄存器 堆栈段寄存器 附加段寄存器
数据寄存器
地址指针和 变址寄存器 控制寄存器
标志寄存器
执行部件 EU
总线接口部件 BIU
8088CPU结构图
20位
AH AL AX
通 BH BL BX 用 CH CL CX
寄 DH DL DX
存
SP
器
BP
地址加 法器
CS
DS SS ES
8位 I/O
DI
16位
IP
控制
SI
ALU数 据总线
内部寄存 器
电路
外 部
总
暂存寄存器
执行部分
线
1234
控制电路
1MB； • 8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器
组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据 吞吐能力和数据处理能力。
8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，只 是外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。 它具有包括乘法和除法的16位运算指令，所以能处 理16位数据，还能处理8位数据。8088有20根地址 线，所以可寻址的地址空间达220即1M字节。
MPU 等待取指1 执行1 等待取指2 执行2 等待取指3 执行3
总线
忙
闲
忙
闲
忙
闲
传统微处理器的指令执行过程
BIU 取指1 取指2 取指3 取指4 取指5 取指6
EU
执行1 执行2 执行3 执行4 执行5 执行6
总线 忙
忙
忙
忙
忙
忙
8086CPU的指令执行过程
2.1.3 8088/8086的寄存器结构
（1）从指令队列中取出指令。
（2）对指令进行译码，执行指令所规定的全部功能。
（3）执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向 BIU发出命令，让BIU对存储器或I/O接口进行读/写操作。
执行部件的组成：EU由算术/逻辑运算器ALU，寄存器 阵列，EU控制器组成。
（1）算术逻辑单元ALU
完成8位或者16位二进制算术和逻辑运算，计算偏移量。
16位微处理器8086/8088的性能远远优于8位机，不 仅在运行速度、运算能力和寻址范围等纵向能力有很大 提高，还由于具有协处理器接口，横向能力也大为提高。 特别是80286、80386、80486等更高性能的微处理器都 保持了对它的兼容。 8086/8088既有广泛的应用，也有 很好的承上启下 作用。
DX称为数据寄存器（Data register）
常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址
（2）寄存器阵列
（3）执行部件的控制电路
从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码电 路分析，发出相应的控制命令，控制ALU数据流向。
2.1.2 总线接口部件BIU
功能：与外部总线相连，负责与存储器或者I/O端口 传送信息。根据执行部件EU的请求，管理预取指令 和存数、取数的实际过程。
组成：
（1）指令队列（8086六字节，8088四字节） 在执行指令的同时，将取下一条指令，并放入指令队 列中。CPU执行完一条指令后，可以接着执行下一条 指令（流水线技术）。提高CPU效率。 （2）地址加法器 （3）寄存器阵列 （4）总线控制逻辑（I/O控制电路）
BX： BH BL
CX： CH CL
DX： DH DL
（1）数据寄存器
AX称为累加器（Accumulator）
使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信 息等
BX称为基址寄存器（Base address Register）
常用做存放存储器地址
CX称为计数器（Counter）
作为循环和串操作等指令中的隐含计数器
段寄存器
8086CPU内部寄存器结构
通用寄存器
2.1.3.1 通用寄存器
8088有8个通用的16位寄存器
（1）数据寄存器: AX BX CX DX
（2）变址寄存器: SI DI
（3）指针寄存器: BP SP
4个数据寄存器还可以分成高8位和低8位两 个独立的寄存器，这样又形成8个通用的8 位寄存器
AX： AH AL
寄存器是微处理器（CPU）内部暂存数据的存储单 元。
8088/8086的寄存器组有
8个通用寄存器
图示
4个段寄存器
1个标志寄存器
1个指令指针寄存器
它们均为16位!
汇编语言程序员看到的处理器，就是寄存器 所以，一定要熟悉这些寄存器的名称和作用
这个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、 段寄存器、控制寄存器。