微机原理 第2章:05-8088(8086)工作原理

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联用,用于指明所取数据在内存中的位置; 联用,用于指明所取数据在内存中的位置;
源变址寄存器DI(Destination Index): 源变址寄存器DI(Destination Index):在串操作时与
DS联用,用于指明所存数据到内存中的位置; DS联用,用于指明所存数据到内存中的位置; 联用
控制寄存器
CPU 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






BIU和EU分开 BIU和EU分开,同 分开, 步运行,分工协作, 步运行,分工协作,执 行部分不用等待取指时 只管执行运算, 间,只管执行运算,而 内存取指和取数由BIU 内存取指和取数由BIU 去完成。 去完成。 优点: 优点: 1. 提高了CPU的利用率, 提高了CPU的利用率 的利用率, 提高了整体的运行速度; 提高了整体的运行速度; 2. 降低了CPU对存储器 降低了CPU对存储器 的速度要求。 的速度要求。 缺点: 缺点:
标志寄存器(Flags) 标志寄存器(Flags)
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 O D I T S Z A P C
状态标志:表示处理器当前运行的状态。 状态标志:表示处理器当前运行的状态。 – CF——进位标志,运算结果有进(借)位,CF=1 CF——进位标志 运算结果有进( 进位标志, – AF——辅助进位标志,低4位向前有进(借)位,AF=1 AF——辅助进位标志 辅助进位标志, 位向前有进( – ZF——零标志,结果为0, ZF=1 ZF——零标志 结果为0 零标志, – SF——符号标志,最高位的值 SF——符号标志, 符号标志 – OF——溢出标志,双高位判别法确定 OF——溢出标志 溢出标志, – PF——偶标志,运算结果低8位中1的个数为偶数个,PF=1 PF——偶标志 运算结果低8位中1的个数为偶数个, 偶标志, 逻辑上的真用1表示,假用0 逻辑上的真用1表示,假用0表示 控制标志:控制处理器的某一特定功能。 控制标志:控制处理器的某一特定功能。 – IF——可屏蔽中断允许标志,IF=1表示允许 IF——可屏蔽中断允许标志,IF=1表示允许 可屏蔽中断允许标志 – DF——方向标志,DF=0 地址增量变化;DF=1地址减量变化 DF——方向标志 方向标志, 地址增量变化;DF=1地址减量变化 – TF——陷阱标志(单步执行标志) TF——陷阱标志 单步执行标志) 陷阱标志(
总线接口部件 (Bus Interface Unit)
执行部件 用来存放计算的中间结果, 用来存放计算的中间结果, (Execution Unit) CPU从寄存器中存取数据比从 CPU从寄存器中存取数据比从
负责指令的译码、 负责指令的译码、 存储器中存取数据要快得多。 存储器中存取数据要快得多。 与微处理器外部总线连接, 与微处理器外部总线连接,负责 执行等。 BIU 执行等。 大量使用寄存器能提高计算机 与存储器、I/O接口进行数据交换 接口进行数据交换, 与存储器、I/O接口进行数据交换, 运行速度, 运行速度,但也提高了成本 存取指令、操作数等。 存取指令、操作数等。
预取指令缓冲队列(ISQ) 预取指令缓冲队列(
指令的执行过程 在8088/8086微处理器中采用了预取指令技术,提前把指令从 8088/8086微处理器中采用了预取指令技术 微处理器中采用了预取指令技术, Page 19 存储器中取到微处理器中, 存储器中取到微处理器中,执行指令时直接在微处理器内部 一条指令的执行可以分为: 一条指令的执行可以分为: 就可以获得指令,从而提高了微处理器的性能。 就可以获得指令,从而提高了微处理器的性能。 EU 取指令、 取指令、 Intel 8086(8088)中设置有6(4)个字节的ISQ,当指令队 8086(8088)中设置有6 个字节的ISQ, 列中出现2 个字节空时, 列中出现2(1)个字节空时,微处理器中总线接口部件自动 指令译码、 指令译码、 完成指令填充工作。当遇到分支、跳转、 完成指令填充工作。当遇到分支、跳转、子程序调用等情况 指令执行三步 三步。 指令执行三步。 ISQ自动清空 自动清空, ISQ。 时,ISQ自动清空,从新的程序位置取出指令重新填充 ISQ。 在指令执行时CPU还要根据需要 (在指令执行时CPU还要根据需要 在存储器中存取操作数。) 在存储器中存取操作数。)
8088/8086寄存器结构 8088/8086寄存器结构
15 AH BH CH DH 8 7 AX AL BX BL CX CL DX DL SP BP DI SI IP FLAGS CS DS ES SS 0 累加器 基址变址 计数 数据 堆栈指针 基址指针 目的变址 源变址 指令指针 标志 代码 数据 附加 堆栈
8088/8086 DIP40封装 DIP40封装
1. Intel 8088和8086内部数据总线均为16位,内部 8088和8086内部数据总线均为16位 内部数据总线均为16 指令一次运算既能处理16位数据,也能处理8位数据。 16位数据 指令一次运算既能处理16位数据,也能处理8位数据。 2. Intel 8088外部数据总线为8位,Intel8086外部 8088外部数据总线为 外部数据总线为8 Intel8086外部 数据总线为16 。(这也是8088和8086的唯一区别 16位 这也是8088 的唯一区别) 数据总线为16位。(这也是8088和8086的唯一区别) 内部有14 16位寄存器 其中通用寄存器8 14个 位寄存器( 3. 内部有14个16位寄存器(其中通用寄存器8个) 用于存放运算的中间结果和对内存寻址。 用于存放运算的中间结果和对内存寻址。 提供20位地址线,可寻址1MByte内存 20位地址线 内存( Byte) 4. 提供20位地址线,可寻址1MByte内存(220 Byte) 时钟频率为4.77MHz, 40引脚双列直插封装 4.77MHz 引脚双列直插封装, 5. 时钟频率为4.77MHz, 40引脚双列直插封装,单 一正5 供电。 一正5V供电。
基址指针BP(Base Pointer): 基址指针BP(Base Pointer):充当寻址堆栈区中变量数
据的一个指针(即某一变量在内存中所在单元的偏移地 据的一个指针( 址);
目的变址寄存器SI(Source Index):在串操作时与ES 目的变址寄存器SI(Source Index):在串操作时与ES
第二章 8088/8086工作原理 8088/8086工作原理
-理解以8088/8086为CPU的微机的基本工作原理 理解以8088/8086为CPU的微机的基本工作原理
8088/8086微机系统核心工作原理 8088/8086微机系统核心工作原理
8088/8086 Arithmetic Logic Unit Bus Interface Unit Address Bus(20bit) Memory Byte Byte Byte … Byte Byte
数据寄存器
指针寄存器
控制寄存器 段寄存器
数据寄存器
Register):16位主累加器, Register):16位主累加器,其中的低 ):16位主累加器 位又称为AL AL, 位又称为AH AH; AX等同于 等同于( 8位又称为AL,高8位又称为AH;即AX等同于(AH,AL); Register):16位存数单元和基址寄存器, Register):16位存数单元和基址寄存器,其中 ):16位存数单元和基址寄存器 的低8位又称为BL BL, 位又称为BH BH; BX等同于 等同于( 的低8位又称为BL,高8位又称为BH;即BX等同于(BH,BL); Register):16位存数单元和计数器, Register):16位存数单元和计数器,其中的 ):16位存数单元和计数器 低8位又称为CL,高8位又称为CH;即CX等同于(CH,CL); 位又称为CL CL, 位又称为CH CH; CX等同于 等同于( Register):16位存数单元和IO寻址寄存器, Register):16位存数单元和IO寻址寄存器,其 ):16位存数单元和IO寻址寄存器 中的低8位又称为DL DL, 位又称为DH DH; DX等同于 DH,DL)。 等同于( 中的低8位又称为DL,高8位又称为DH;即DX等同于(DH,DL)。
指令指针IP(Instruction Pointer): 指令指针IP(Instruction Pointer):计算机之所以
能自动地一条一条地取出并执行指令,是因为CPU中 能自动地一条一条地取出并执行指令,是因为CPU中 有一个跟踪指令地址的电路,其核心就是指令指针IP, 有一个跟踪指令地址的电路,其核心就是指令指针IP, 它用于指明当前应该调用内存中哪个地址位置的指令 CPU中来运行 中来运行, 到CPU中来运行,从而实现计算机自动运行程序员事 先安排好的软件。 先安排好的软件。
AX(Accumulator BX(Base
CX(Count DX(Data
指针寄存器
堆栈指针SP(Stack Pointer): 堆栈指针SP(Stack Pointer):用于实现内存中的堆栈
存储方式(FILO),指示栈顶的偏移地址; ),指示栈顶的偏移地址 存储方式(FILO),指示栈顶的偏移地址;
状态标志寄存器F(Status Flags): 状态标志寄存器F(Status Flags):计算机中所有
的功能都是靠电路运算来实现的, 的功能都是靠电路运算来实现的,反应各种运算的状 态是所有CPU必要的功能 一般CPU使用状态标志寄 必要的功能, 态是所有CPU必要的功能,一般CPU使用状态标志寄 存器来反应各种运算的状态与结果。 存器来反应各种运算的状态与结果。
Addressing Unit
Register Stack
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Control Unit
Data Bus (8/16Bit) Write Enable Read Enable
微机系统相关模块功能小结
算术逻辑单元ALU:用于实现二进制算术与逻辑运算的集成数字电路, 算术逻辑单元ALU:用于实现二进制算术与逻辑运算的集成数字电路,典 型的运算有加、 比较等。运算时一般为模运算, 型的运算有加、减、乘、除、与、或、非、比较等。运算时一般为模运算, 要求操作数为8 16位或 位 位或32 要求操作数为8位、16位或32位。 控制单元CU:由于计算机系统是由多个功能部件连接而成, 控制单元CU:由于计算机系统是由多个功能部件连接而成,就需要有一个 控制部件控制各功能模块协调工作,提供同步时钟, 控制部件控制各功能模块协调工作,提供同步时钟,可靠完成各个模块数 据的交换。 据的交换。 寄存器堆RS:CPU内部的数据存放空间 用于存放各种运算需要的参数, 内部的数据存放空间, 寄存器堆RS:CPU内部的数据存放空间,用于存放各种运算需要的参数, 及产生的结果。一般每个寄存器可放一个8 16位或 位二进制数 位或32位二进制数。 及产生的结果。一般每个寄存器可放一个8位、16位或32位二进制数。 总线BUS:简单的说就是用于传递多位数字信息的多根导线, 总线BUS:简单的说就是用于传递多位数字信息的多根导线,但之所以称 之为总线是因为总线往往一排总线要连接多个不同的终端, 之为总线是因为总线往往一排总线要连接多个不同的终端,实现多终端信 息通过单一总线传递,从而减少计算机系统中的连线, 息通过单一总线传递,从而减少计算机系统中的连线,但为了协调通信的 冲突而叫入了协议,使系统更复杂。总线根据功能一般分为三类: 冲突而叫入了协议,使系统更复杂。总线根据功能一般分为三类:数据总 地址总线、控制总线。 线、地址总线、控制总线。 总线接口单元BIU:实现CPU与其外部的内存与外设的数据交换 与其外部的内存与外设的数据交换, 总线接口单元BIU:实现CPU与其外部的内存与外设的数据交换,它是 CPU与外部进行信息交流的唯一通道 CPU与外部进行信息交流的唯一通道。 与外部进行信息交流的唯一通道。 内存Memory:是计算机系统中用于存放CPU运行所需软件与数据的存储单 内存Memory:是计算机系统中用于存放CPU运行所需软件与数据的存储单 内存单元一般由ROM和RAM半导体存储芯片构成 半导体存储芯片构成。 元,内存单元一般由ROM和RAM半导体存储芯片构成。
非流水线工作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 执行6
EU 总线 忙
执行1 忙
执行2 忙
执行3 忙
执行4 忙
执行5 忙
8088/8086CPU的指令执行过程 8088/8086CPU的指令执行过程
1. 难以准确计算程序运 行的时间。 行的时间。
8088/8086的相关参数 8088/8086的相关参数
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