微机原理课件

微 机 原 理 及 接 口 技 术 第 二 章
三、指令执行过程小结 1.取指令
(1) 程序计数器PC将指令地址经地址缓冲器送 到微处理外部地址总线，然后送到存储器 进行地址译码。 (2) 访问存储器某一单元，同时CPU向存储器 发 “ 存 储 器 读 ” 控 制 信 号 （ 且 PC←PC+1）。
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6、指令系统：99条基本指令系统，除能完成数 据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和 处理器控制功能外，内部还设有硬件乘法指 令及串处理指令电路，可以对位、字节、字 节串、字串、压缩和非压缩 BCD码等多种数 据类型进行处理。
7、时钟频率：8086标准主频为5MHZ，8086-2 主频为8 MHZ。 8、中断功能：可处理内部软件中断和外部硬件 中断，中断源多达256个。
SS ––– 16位堆栈段寄存器
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9、工作模式：支持单处理器、多处理器系统工作。 10、兼容性：与8080、8085在源程序一级兼容。
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2.2.2 8086 的功能结构
通用寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI ALU数据总线 暂存器 地址总线 （20位）
微处理器（ Microprocessor ）是一种采用大 规模（ LSI ）或超大规模集成电路（ VISI ）技术 的半导体芯片，集成了计算机的主要部件：控制 器、运算器和寄存器组。微处理器又被称为中央 处理器（Central Processing Unit），字长16位、 即 一 次 能 处 理 16 位 数 据 的 称 16 位 CPU ， 如 Intel8086CPU。 CPU是微型计算机的核心部件，其性能和特 点基本上决定了微型计算机的性能。因此，了解 CPU的组成结构、引脚功能、操作时序等是学习 微机原理与接口技术，进行微机应用系统开发设 计的基础。
(1) 第一条指令 (MOV AL, 07H) 的取指过程： PC的值(00H) AR
PC+1 PC (PC = 01H)
AR中的内容(00H) AB MEMORY， 译码选中00H存储单元。
CPU发出“ 存储器读”信号 (00H) = B0H DB DR IR ID
图2-1 微处理器的一般结构
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各部分的功能：
1. ALU (Arithmatic Logic Unit)
算术逻辑单元，是计算机中的运算部件，
执行算术运算，逻辑运算及移位操作等。
2. 累加器
运算中的专用寄存器，存放操作数和运
算结果。
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数据总线 CS DS SS ES IP 内部寄存器 （16位）
总线控 制电路 队列 总线 （8位） 指令队列 1 2 3 4 5 6 总线接口部件（BIU）
8086外部 总线（16位）
ALU 标志
EU 控制器
执行部件（EU）
图2-2 8086CPU的内部结构框图
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8086微处理器
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微处理器的基本结构
8086微处理器的主要特性和内部结构 8086CPU的工作模式和引脚信号 8086的存储器管理
8086的总线操作和时序
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6. 堆栈指针SP (Stack Pointer)
堆栈操作时，栈顶在内存中的具体位置。
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7. 变址寄存器
用于变址寻址时存放存储器的地
址，也可作通用寄存器使用。
8. 数据总线缓冲器DR
寄存从MEMORY中读出或要写
入的数据或指令。
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(3) 经过几百ns，在外部数据总线上出现指令的 第一字节，即操作码，它经由 CPU 内部数 据缓冲器→内部总线→指令寄存器。 (4) 对于多字节指令，控制部件还会发出再去存
储器取指令第二或第三字节的信号，每取
一个字节，PC←PC+1。
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各状态标志位的状态应是： CF＝1，PF＝1，AF＝0，ZF＝0，SF＝1，OF＝0
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例3：执行加法操作。
0110 0100 0000 0000 + 0110 0100 0000 0000 ——————————— 1100 1000 0000 0000
执行以上加法操作后，各状态标志位的状态应是： CF＝0，PF＝0，AF＝0，ZF＝0，SF＝1，OF＝1
微 AX又称累加器，指令系统中许多指令都是利 机 用AX来实现的。 原 理 FR共有16位，其中7位未用，各位的定义如下： 及 接 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 口 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 技 术 图3.3 标志寄存器 第 二 根据功能，有两类标志 章
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二、程序执行过程举例
以7+10=? 为例，说明程序执行过程。
1. 查指令系统，编写程序：
MOV AL，7 ； 7 AL HLT ；处理器暂停 B0H 07H F4H
ADD AL，10；10+AL AL 04 H 0AH
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从功能结构看，分两部分：
1. 执行部件EU (Execution Unit) 2. 总线接口部件BIU (Bus Interface Unit)
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一、执行部件EU
1. EU的功能：
负责指令的执令。译码指令并利用 内部寄存器和ALU来处理数据。
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2. 汇编源程序 3. 机器码放入存储器
地址 00H 01H 02H 03H 04H 05H
B0H 07H 04H 0AH F4H
MOV AL，07H ADD AL，10 HLT

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4. 机器的执行过程
取指令
执行指令
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3. 通用寄存器组
存放数据和地址。
4. 标志寄存器FR
反映指令执行时的状态标志信号，如 进位标志C、零标志Z、符号标志S、奇偶 标志P、溢出标志O等。
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5. 程序计数器PC (Program Counter)
又称指令指针寄存器IP(Instruction Pointer)， 指向下一条要执行的指令所在存 储单位的地址。取出指令后，PC自动加1。
微 机 (2) ID译码指令，确定操作(07H AL)，执行指令。 原 PC的值(01H) AR 理 及 PC+1 PC (PC = 02H) 接 口 AR中的内容(01H) AB MEMORY，译码 技 选中01H存储单元 术 第 二 章
CPU发出“ 存储器读”信号 (01H) = 07H DB DR AL
2.指令译码
3.取操作数 经指令译码，如果需要取操作数，则
CPU 将给出操作数地址，再次访问存储器。
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4.执行指令 5.存放运算结果 微处理器就是不断重复以上过程，逐条 执行指令。
§2.2 8086 微处理器的 微 机 主要特性和内部结构 原 理 2.2.1 8086 的主要特性 及 接 8086 微处理器是美国 Intel 公司 1978 年推出 口 的一种高性能的16位微处理器。 技 术 8086CPU采用高速运算性能的HMOS工艺 制造，内含29000多个晶体管，封装在标准的 第 40引脚双列直插式塑封管壳内，采用单个+5V 二 电源供电。 章
进位标志
辅助 进位标志 溢出标志 方向标志 中断标志
跟踪标志
TF
CPU按跟踪方式执行指令
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例1：执行以下两数的加法操作，判断各标志 位的状态。
0010 0011 0100 0101 + 0011 0010 0001 1001 ——————————— 0101 0101 0101 1110
2. 结构组成
四个通用寄存器AX，BX，CX，DX。 四个专用寄存器： 基数指针寄存器BP，堆栈指针寄存器SP， 源变址寄存器SI，目的变址寄存器DI。
标志寄存器FR。 算术逻辑单元ALU。
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3. 8086 CPU中EU的特点
四个通用寄存器AX，BX，CX，DX可以 作为 16位寄存器使用，也可以分别作为 两个8位寄存器使用。 AX BX CX DX AH BH CH DH AL BL CL DL
执行以上操作后，各状态标志位的状态应是： CF＝0，PF＝0，AF＝0，ZF＝0，SF＝0，OF＝0
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例2：执行加法操作。
1010 1011 0000 0000 + 1111 1111 1111 1111 ——————————— 1010 1010 1111 1111
9. 地址总线缓冲器AR
存放指令的地址或操作数地址。
10. 指令寄存器IR
存放从MEMORY中取出的将要被执行 的指令。
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11. 指令译码器ID
对IR中的指令译码，确定要执行的操作。
12. 时序和控制逻辑
产生多种微操作控制信号，由ID确定执 行何种操作，发出相应功能的控制信号。
§2.1 微处理器的基本结构
一、微处 理器的结 构框图
指 令 寄 存 器 指 令 译 码 器
时 逻 序 和 辑 控 制
PC程序计数器 SP堆栈指示器 变址寄存器
控制总线
通用 寄存器组
线 地 缓 址 冲 总 器 线 缓 数 冲 据 器 总
地址总线
内部数据总线
数据总线
暂存器
累加器
标志寄存器
ALU
主要特性有：
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1、数据线：16位 2、地址线：20位，其中低16位与数据总线复用。
3、内存空间：20位地址线可直接寻址1MB存储 空间。
4、端口地址：16位端口地址线可寻址64K个I/O 端口。 5、寻址方式：7种基本寻址方式提供了灵活的 操作数存取方法。
状态标志(6个)
控制标志(3个)
表2.1 8086 CPU 标志位情况
名称 符号
符号标志 零Biblioteka Baidu志 奇偶标志 SF ZF PF CF AF OF DF IF
功
能
与运算结果的最高位相同，当数据用补码表示时，负数的最高位 为1，所以符号标志表示运算执行后的结果是正还是负 当前的运算结果为零，当前的运算结果为非零 运算结果所含的1的个数为偶数 当执行一个加法运算使最高位产生进位时，或者执行一个减法运算 引起最高位产生借位时，此外，循环指令也影响这一标志 加法运算时，如果第3位往第4位有进位；减法运算时，如果第3位 往第4位有借位。辅助进位标志一般在BCD码运算中作为是否进行 十进制调整的判断依据 运算过程中产生溢出时，所谓溢出，是指当字节运算的结果超出了 范围 128~ +127，或者当字运算的结果超出了范围 32768~ +32767 时称为溢出 控制串操作指令用的标志。 DF=0, 串操作过程中的地址会不断增 值；DF=1, 串操作过程中的地址会不断减值 控制可屏蔽中断的标志。 IF=0, CPU不能对可屏蔽中断请求作出响 应； IF=1, CPU可以接受可屏蔽中断请求
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二、总线接口部件BIU
1. BIU的功能：
负责与存储器、I/O接口电路传送信息。
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2. BIU的组成
(1) 四个段地址寄存器
CS ––– 16位代码段寄存器 DS ––– 16位数据段寄存器 ES ––– 16位附加段寄存器