X86寄存器组织结构

3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
程序计数器（PC）
用于保存下一条要执行的指令的地址，即由 它提供一个存储器地址，按此地址从对应存储器 单元取出的内容，就是要执行的指令。一般指令 是顺序存放在存储器内的，所以程序计数器也叫 指令地址计数器。由此可见，在程序执行过程中 要实现程序的转移，就要改变程序计数器 PC 的 内容。
3.2 8086/8088微处理器的功能结构 3.2 8086/8088微处理器的功能结构
8086/8088均采用全新结构，片内均由两个独 总线接口单元(BIU) 立的逻辑单元组成： 执行单元(EU) 8086/8088CPU内部结构如图3.2.1所示
通 用 寄 存 器
AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI
二.微处理器的外部结构
表面上看来，微处理器的外部就是数量 有限的输入输出引脚。但是，正是依靠这些 引脚与其它逻辑部件相连接，才能组成多种 型号的微型计算机系统。这些引脚就是微处 理器级总线。微处理器通过微处理器级总线 沟通与外部部件和设备之间的联系。这些总 线及其信号必须完成以下功能：
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处理器状态字（PSW）
暂存处理器当前的状态。PSW中的各位用来指 示诸如算术运算结果的正/负，是否为零，是否有 进位或借位，是否溢出等标志。条件转移指令将 根据 PSW 中的某一位的状态决定程序是否转移。
堆栈指示器（SP）
是在对按后进先出原则组织的称为堆栈的专 用存储区进行操作时提供地址的。堆栈用于子程 序调用时保存返回地址和工作寄存器的内容。
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④ I/O控制逻辑 包括 CPU 中与输入/输出操作有关的逻辑。其 作用是处理输入/输出操作。
2.CPU的基本执行程序的过程
第一章曾说明计算机的工作过程是不停地取指 令和执行指令的过程，实际上，这个过程是由CPU 完成的。机器语言程序的指令（二进制代码）是按 顺序存放在存储器中的。除非遇到转移指令，否则 顺序执行。图3.1.2是CPU执行程序过程的流程图。
AX BX CX DX
物理 地址 形成 逻辑
地址总线 Σ
（20位）
数据总线
CS DS SS ES IP （16位） 16位
ALU数据总线
暂存器 （16位）
内部寄存器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8 0 8 6 总 总线 线
控制 电路
ALU 标 志
EU 控制器
（8 位）
1 2 3 4 5 6
执行单元（EU）
总线接口单元（BIU）
3.2 8086/8088微处理器的功能结构 3.2 8086/8088微处理器的功能结构
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
一般8位机： CPU 取指令1 执行1 取指令2 执行2 …… 总线 忙 忙 忙 t t
图3.1.3 为了提高CPU的执行速度以及对总线的利用 率，INTEL公司生产了8088/8086CPU，这是我们下 一节要讲的内容。
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
（1）和存储器之间交换信息； （2）和I/O设备之间交换信息； （3）为了系统工作而接收和输出必要的信号， 如输入时钟脉冲、复位信号、电源和接地等。 按功能分，这些总线可以分为三种： （1）传送信息（指令或数据）的数据总线 （Data Bus） （2）指示欲传信息的来源或目的地址的地址总线 （Address Bus） （3）管理总线上活动的控制总线（Control Bus）
3.2 8086/8088微处理器的功能结构 3.2 8086/8088微处理器的功能结构
8086/8088是Intel公司生产的第三代微处理 器芯片。其特点如下： 具有20条地址线，直接寻址能力达1MB。 8086有16条数据线，为16位微处理器。 8088有8条数据线，为准16位微处理器。 片内总线和ALU均为16位，可进行8位和16位 操作。
本章重点难点 本章介绍微型计算机系统中的核心部 件微处理器（CPU），通过了解CPU的内部 和外部结构，理解微处理器级总线（地址 总线、数据总线和控制总线）的概念；通 过学习CPU的功能结构，掌握CPU中的两个 独立单元（执行单元EU和总线接口单元BIU 的并行执行过程；通过介绍8086寄存器结 构，学习汇编语言程序设计所需的14个寄
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
从程序设计的角度考虑，CPU 必须便于处理： （1）赋值和算术表达式； （2）无条件转移； （3）条件转移以及关系和逻辑表达式； （4）循环； （5）数组和其它数据结构； （6）子程序； （7）输入/输出。
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
（1） 进行算术和逻辑运算； （2）具有接收存储器和I/O接口来的数据和 发送数据给存储器和I/O接口的能力； （3）可以暂存少量数据； （4）能对指令进行寄存、译码并执行指令 所规定的操作； （5）能提供整个系统所需的定时和控制信 号； （6）可响应I/O设备发出的中断请求。
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
如8086 CPU的数据总线是16条，我们就说8086 CPU是16位微处理器。8080 CPU和Z80 CPU的数据 总线是8条，所以8080 CPU和Z80CPU是8位微处理 器。
.控制总线：
管理总线上的活动，用来传送自CPU发出的 控制信息或外设送到CPU的状态信息，是单向的。
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
讨论微处理器的目的，一方面是为了理解微 型计算机的工作原理，更重要的一方面是为了应 用它。所以没有必要也不可能讨论它的每个逻辑 细节。从上述目的出发，我们将从微处理器的内 部和外部两个方面讨论微处理器的结构。
一.微处理器的内部结构
微处理器是组成计算机系统的核心部件，它具 有运算和控制的功能。具体地讲，CPU 应具有下 述基本功能：
开 始
CPU将PC中的地址发送给存储器 从存储器取出被寻址 的单元中的机器指令并送回CPU CPU将机器指令放入IR并译码 是 条件转移 否 是 检查PSW 满足 转移条件 是 PC置成转移地址 否 将PC置成顺序的 下一条指令的地址 转移指令 否 执行指令
图 3.1.2 ） 程 序 的 执 行 过 程
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
由上述CPU执行程序的基本原理我们可以看出， CPU从外部存储器取指令和执行指令是串行进行 的，因此，CPU的工作效率较低。因为CPU取指令 时要使用外部总线，而执行指令是，大多数情况 下是不使用外部总线的，所以总线的利用率也很 低。如图3.1.3所示。
本章重点难点 存器，掌握这些寄存器的正确使用；通过介 绍8086/8088的存储器组织与分段、I/O端口 地址空间等基本知识，了解8086CPU与外围 电路的关系；重点掌握8086CPU关于数据的 八种寻址方式和转移地址的四种寻址方式。
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
在第一章介绍微型计算机系统的硬件组成时 已经明确，组成微型计算机系统的核心硬件是微 处理器。微处理器的输入输出引脚有特定的功能 和信号形式，这就是微处理器级总线。微处理器 通过微处理器级总线与某些其他逻辑电路连接组 成主机板系统，形成系统级总线。许多外设经过 接口逻辑与系统级总线连接，使主机板与外设共 同组成完整的微机硬件系统。
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
地址空间的容量，而地址总线中用于I/O端口编址 的条数决定I/O地址空间的容量。通常8位微处理 器（如8080 CPU和Z80 CPU）的地址总线为16条， 这就意味着存储器最大容量为 216 （65536）字节， 地址总线的低8位用来对I/O端口编址，所以I/O地 址空间容量为 28 （256）字节。16位微处理器，如 8086 CPU地址总线20条，存储器的最大容量为：
3.2 8086/8088微处理器的功能结构 3.2 8086/8088微处理器的功能结构
二.执行单元（EU）
由 通用寄存器（8个） 标志寄存器（FLAG）(即PSW) 算术/逻辑运算单元（ALU） EU控制器 组成。
EU主要负责从指令队列寄存器中获取指令， 并对指令加以执行，完成指令所规定的操作。同 时也负责算术/逻辑运算以及进行内存有效地址的 计算等。
1.CPU内部结构及各部分功能简介 CPU 的内部结构是实现上述功能的执行 部件。内部结构中和程序有关的部分组成编 程模型，这是我们理解和掌握的重点。尽管 各种微处理器的内部结构不尽相同，但是为 了实现上述基本功能要求，典型的 CPU 内 部结构如图3.1.1所示。
CPU 控制器
程序计数器（PC） 指令寄存器（IR） 指令译码器（ID） 控 制逻辑部件 堆栈指示器（SP） 状态寄存器（PSW）
3.1 微处理器的一般结构 3.1 微处理器的一般结构
.地址总线：
CPU通过地址总线输出地址码用来选择某一 存储单元或某一称为I/O端口的寄存器，是单向 的。 地址码的位数决定了地址空间的大小。若地 n n 址码共n位，则可有 2 个地址（0∽2 -1）。对于 单地址空间的微处理器，若地址总线的数目为n， 则存储单元和I/O端口合在一起的地址空间的容 量为 2 n 个字节。对于存储器和I/O地址空间独立 的微处理器来说，地址总线的条数决定了存储器
2
20
= ( 2 ) ≈ (10 ) = 1MB
10 2 3 2
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8086的地址总线的低16位用来对I/O端口编址， 所以I/O地址空间容量为 216（65536）字节。即可 对65536个I/O端口寻址。