微机原理2-1：8088CPU内部结构、寄存器组、存储器组织

逻辑地址
地址加法器
将16位的逻辑地址转换为20位的物 理地址，具体操作过程为：先将段寄存 器提供的16位段地址左移四位，低位补0，
恢复为20位地址，然后与由各种寻址方
式提供的16位偏移地址相加，即得到20 位的物理地址。
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逻辑地址
• 物理地址： • 逻辑地址： 20 位 段基址 （段寄存器的内容）16位 偏移地址（字节距离）16位
控制 累加器 标志寄存器
暂存器
ALU
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8088/8086的功能结构


16位微处理器也具有以上结构中的基本单元， 但更为复杂。 以8088为例讲解16位微处理器的功能结构。 8088是8086的简化版本。
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地址加法器
AH AL BL CL DL SP B P DI SI 数据总线 暂存寄存 器

用于串操作指令中，控制地址的变化方向：

设置DF＝0，串操作后存储器地址自动增量（增址） ； 设置DF＝1，串操作后存储器地址自动减量（减址） 。 串：存储器中一序列字或字节单元
串操作——对序列字或字节单元中的内容进行某种操作 ， 比如：将一个字符串从源区传送到目的区 。
MOVS——串传送指令 CMPS——串比较指令 SCAS— —串扫描指令 LODS——装入串指令 STOS——存储 串指令


外存主要指用来长久保存数据的外部存储介质， 常见的有硬盘、光盘、磁带、U盘等。外存的数据 只能通过主存间接地与CPU交换数据
3AH + 7CH＝B6H AAH + 7CH＝（1）26H 没有进位：CF=0 有进位：CF=1
例如（以8位运算为例，8088中为16位）：
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溢出标志OF（Overflow Flag）

若算术运算的结果有溢出，则OF=1；否则 OF＝0。例如：
问题：
什么是溢出？ 溢出和进位有什么区别？ 处理器怎么处理，程序员如何运用？ 如何判断是否溢出？

总线接口单元BIU (Bus Interface Unit)——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 (Execution Unit)——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
段 基 址 16 位
00 0 0
偏 移 地 址 16 位
+
物 理 地 址 20 位
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存储器的分段管理
逻辑地址的表示——段地址：偏移地址
段尾
某 逻 辑 段 某寻址单元 地址偏移量（xxxxH） 段首（xxxx0H）
低址
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存储器的分段管理

段地址说明逻辑段在存储器中的起始位置， 为模16地址：xxxx0H，省略低4位后，可 用1个16位数来表示，该地址可被存放在不 同的段寄存器CS/SS/DS/ES中。 偏移地址说明寻址单元距离段首的偏移量， 因每段长度不超过64KB，所以偏移地址也 可用1个16位数来表示。
例2：AAH＋7CH＝（1）26H
无符号数运算： 170＋124＝294 范围外，有进位 有符号数运算： －86＋124＝28 范围内，无溢出
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处理器对两个操作数进行运算时，按照无符 号数求得结果，并相应设置进位标志CF；同 时，根据是否超出有符号数的范围设置溢出 标志OF

应该利用哪个标志，则由程序员来决定。也 就是说，如果将参加运算的操作数认为是无 符号数，就应该关心进位；认为是有符号数， 则要注意是否溢出。
一、 8086/8088CPU的内部结构
8 位 微 处 理 器 的 内 部 结 构
指 令 寄 存 指 令 译 码 时序 和 控制 逻辑 控制总线
1.
2.
3.
算术逻辑单元（运算器） 地址 通用 地址 地址总线 总线 寄存器组寄存器组 寄存器组 控制 数据 指令处理单元（控制器）数据总线 内部数据总线 总线
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中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）

用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器 响应：

设置IF＝1，则允许中断； 设置IF＝0，则禁止中断。


CLI 指令复位中断标志：IF＝0
STI 指令置位中断标志：IF＝1
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陷阱标志TF（Trap Flag）


用于控制处理器是否进入单步执行方式： 设置TF＝0，处理器正常工作； 设置 TF＝1，处理器每执行一条指令就中断一次， 中断编号为 1 （称单步中断）， TF 也被称为单 步标志。 单步执行和单步调试
FR的格式
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11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
OF DF IF TF SF ZF 溢 出 标 志 9
AF 辅 助 进 位
PF 校 验
CF
方 向 标 志
中 断 标 志
陷 阱 标 志
符 零 号 标 标 志 志
进 位
进位标志CF（Carry Flag）

当运算结果的最高有效位有进位（加法）或 借位（减法）时，进位标志置1，即CF = 1； 否则 CF=0。
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段超越的例子

没有段超越的指令实例：
MOV AX, [2000H] ；AX←DS:[2000H]， ；从默认的DS数据段取出数据

采用段超越前缀的指令实例：
MOV AX, ES:[2000H] ；AX←ES:[2000H]， ；从指定的ES附加段取出数据
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4、指令指针寄存器（IP ）
IP（Instruction Pointer）中 存放即将要执行的指令的有效地址， IP具有自增量功能。在每取出一条 指令后，IP自增一，指令指针指向 下一条指令。
注意： PF标志仅反映最低8位中“1”的个数
是偶或奇，即使是进行16位字操作。
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辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）

运算时D3 位（低半字节）有进位或借位时， AF=1；否则AF=0。
这个标志主要由处理器内部使用，用于 十进制算术运算的调整，用户一般不必关心 。
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方向标志DF（Direction Flag）
（1）
有符号数利用最高有效位（MSB）来表示它 的符号。所以，运算结果的MSB与符号标志SF相 一致。
16
奇偶标志PF（Parity Flag）

当运算结果最低字节中“1”的个数为零或 偶数时，PF=1；否则PF=0（奇校验）。
例如：
3AH + 7CH＝B6H＝10110110B，
结果中有5个1，是奇数，则 PF=0


利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试。
这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试。
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12
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10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CFLeabharlann 控制反映结果状态反应运算过程
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3、段寄存器（CS、DS、SS、ES） 在8088可寻址的1MB内存空间中，可以存 在四种分工不同的逻辑段：代码段、数据段、堆
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并行操作的意义

EU执行指令的同时，BIU可以继续读取后续指令， 并存入指令队列 （first in first out) 。这叫做“指令预 取”。 8位的CPU没有指令预取功能，执行指令前必须等 待“取指”操作完成。 取指操作是CPU最频繁的操作。 这种操作方式节省了CPU大量的取指等待时间。 “指令流水线”。

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存储器的分段管理

一个存储单元可以拥有多个逻辑地址，但只 可能拥有一个唯一的物理地址。
逻辑地址 1460:100、1380:F00 物理地址 14700H 14700H
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如何分配各个逻辑段




程序的指令序列必须安排在代码段； 程序使用的堆栈一定在堆栈段； 程序中的数据默认是安排在数据段，也经常 安排在附加段，尤其是串操作的目的区必须 是附加段。 数据的存放比较灵活，实际上可以存放在任 何一种逻辑段中。


由于8088中的地址寄存器都是16位的，用 户不能直接使用20位的物理地址，编程时需 要使用逻辑地址来寻址存储单元。 物理地址 14700H 逻辑地址由两个16位数构成，其形式为： 逻辑地址 1460H:100H 段的起始地址 ： 段内的偏移地址 （16位段地址） ：（ 16位偏移量）
分隔符
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全零标志ZF（Zero Flag）

若运算结果为全0，则ZF=1，否则ZF=0。 例如：
3AH + 7CH＝B6H 86H + 7CH＝00H 结果不是零：ZF=0
结果是全零：ZF=1
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符号标志SF（Sign Flag）

运算结果最高位为1，则SF=1；否则SF=0。
例如：
3AH + 7CH＝B6H 86H + 7CH＝00H 最高位D7＝1：SF=1 最高位D7＝0：SF=0
P30找答案
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什么是溢出


处理器内部以补码表示有符号数
8位表达的整数范围是：＋127 ~ －128 16位表达的范围是：＋32767 ~ －32768 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 有溢出，说明有符号数的运算结果不正确
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溢出和进位的对比
例1：3AH＋7CH＝B6H
无符号数运算： 58＋124＝182 范围内，无进位 有符号数运算： 58＋124＝182 范围外，有溢出