微机原理218088CPU内部结构寄存器组存储器组织
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单步执行和单步调试
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。
22
15 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
控制 反映结果状态 反应运算过程
23
3、段寄存器（CS、DS、SS、ES） 在8088可寻址的1MB内存空间中，可以存
。
19
方向标志DF（Direction Flag）
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
86H + 7CH＝00H
最高位D7＝0：SF=0
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。
17
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 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。
18
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
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？
P30找答案
12
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
若运算结果为全0，则ZF=1，否则ZF=0。 例如：
3AH + 7CH＝B6H 结果不是零：ZF=0
86H + 7CH＝00H 结果是全零：ZF=1
16
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
最高位D7＝1：SF=1
（1）
偏移地址（字节距离）16位
段 基 址 16 位 0 0 0 0
偏 移 地 址 16 位
+
物 理 地 址 20 位
28
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
某寻址单元
段
地址偏移量（xxxxH）
段首（xxxx0H）
低址
29
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。
默认的情况允许改变，需要使用段跨越前缀 指令，8088指令系统中共有4个：
CS： SS： DS： ES：
——代码段超越，使用代码段的数据 ——堆栈段超越，使用堆栈段的数据 ——数据段超越，使用数据段的数据 ——附加段超越，使用附加段的数据
33
段超越的例子
没有段超越的指令实例：
MOV AX, [2000H]
AX BX CX DX
16 位
暂存寄存 器
地址加法器
20 位
CS
DS
SS
ES
指令指针
IP
内部通信寄存器
16 位
总线
外部总线
控制
逻辑
ALU 标志寄存器
执行 控制
电路
指令队列
12 34
执行单元 （EU）
总线接口单元（BIU）
5
8088的编程结构从功能分成两个单元
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
分隔符
26
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。
27
逻辑地址
• 物理地址： 20 位 • 逻辑地址： 段基址 （段寄存器的内容）16位
20
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
21
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。
进先出LIFO（Last In First Out）的原则进行存 取操作，而不是随机存取操作方式。 堆栈指针——它指示栈顶位置，在8086/8086中 ，栈顶由SS和SP共同指示，即SS:SP。 堆栈操作 处理器自动维持（子程序调用时的断点处理） 用户操作（PUSH/POP指令）
38
三、 8088/8086的存储器结构
➢ 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”。
7
二、 8088寄存器结构
8088共有8个的通用寄存器，1个标志寄存器 ，4个段寄存器和1个指令指针寄存器。
1、通用寄存器
35
总结一下：
通用寄存器
8
指令指针寄存器 1
标志寄存器
1
段寄存器
4
AX/BX/CX/DX BP/SP DI/SI IP PSW CS/SS/DS/ES
掌握通用寄存器的作用
熟悉PSW中各个标志的含义 切实理解存储器组织和存储空间分段的概念
36
8088的寄存器组
37
堆栈的概念
堆栈（Stack）是主存中一个特殊的区域。 它采用先进后出FILO（First In Last Out）或后
；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
34
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。
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。
30
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
31
如何分配各个逻辑段
存储器是计算机存储信息的地方。掌握数 据存储格式，以及存储器的分段管理对以 后的汇编程序设计非常重要
你能区别寄存器、存储器(主存)、外存(包 括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗？
39
寄存器、内存储器和外存储器的区别
寄存器是微处理器（CPU）内部暂存数据的存储 单元，以名称表示，例如：AX，BX..….等
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
6
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” 。
10
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。
例如（以8位运算为例，8088中为16位） ：
3AH + 7CH＝B6H
没有进位：CF=0
AAH + 7CH＝（1）26H
有进位：CF=1
11
溢出标志OF（Overflow Flag）
在四种分工不同的逻辑段：代码段、数据段、堆 栈段和附加段。
段寄存器即是存放各个逻辑段段首地址的寄 存器。
?为什么要分段
24
存储器的分段管理
8088有20条地址线， 最大可寻址空间为 220＝1MB， 可寻址的地址范围为 00000H～FFFFFH 该地址称物理地址
硬件用20位的物理地址来对存储单元进行寻 址
13
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
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
14
数据总线
控制
暂存器
累加器
标志寄存器
ALU
3
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。
段寄存器 通 用 寄存 器
4
AH AL BH BL CH CL DH DL
SP BP DI SI 数据总线
25
存储器的分段管理
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。
逻辑地址由物逻两理辑个地 地1址 址6位11数4476构00成0HH:，10其0H形式为： 段的起始地址 ： 段内的偏移地址
（16位段地址） ：（ 16位gister） 是一个十六位的寄存器，但只利用了其中 的9位：六个条件标志和三个控制标志。
FR的格式
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
OF DF IF TF SF ZF AF PF
CF
进位
校验
辅助进位
零标志 符号标志 陷阱标志 中断标志 方向标志 溢出标志
微机原理218088CPU内部结 构寄存器组存储器组织
2
一、 8086/8088CPU的内部结构
8位微处理器的内部结构
指
指
时序
令
令
和
寄
译
控制
控制总线
存
码
逻辑
1. 算术逻辑单元（运算器）
寄存器组 2.
通用 寄存器组
地址 寄存器组
地址 总线 控制
地址总线
3. 指令内处部数理据总单线 元（控数制据器）
总线
➢ 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。
15
全零标志ZF（Zero Flag）
8
②指针和变址寄存器 共BP、SP、SI、DI四个
BP：基址指针寄存器Base Pointer ，默认表示 堆栈段基地址；
SP：堆栈指针寄存器Stack Pointer，指示栈顶 SI：源变址寄存器Source Index
DI：目的变址寄存器Destination Index
9
2、标志寄存器
（PSW：program state word）
① 数据寄存器 共AX、BX、CX、DX四个，每个寄存器即可作 为16位寄存器，又可拆分为两个8位寄存器，此时记 为AH、AL、BH、BL等。
AX(AH、AL)：累加器accumulator BX(BH、BL)：基址寄存器base CX(CH、CL)：计数寄存器counter DX(DH、DL)：数据寄存器data
存储器也就是平时所说的主存，也叫内存，可直 接与CPU进行数据交换。主存利用地址区别
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。
程序中如何指明数据所在的逻辑段呢？
32
段跨越前缀指令
没有指明时，一般的数据访问在DS段； 若使用BP访问存储器，则在SS段。
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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15 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
控制 反映结果状态 反应运算过程
23
3、段寄存器（CS、DS、SS、ES） 在8088可寻址的1MB内存空间中，可以存
。
19
方向标志DF（Direction Flag）
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
86H + 7CH＝00H
最高位D7＝0：SF=0
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。
17
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 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。
18
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
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？
P30找答案
12
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
若运算结果为全0，则ZF=1，否则ZF=0。 例如：
3AH + 7CH＝B6H 结果不是零：ZF=0
86H + 7CH＝00H 结果是全零：ZF=1
16
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
最高位D7＝1：SF=1
（1）
偏移地址（字节距离）16位
段 基 址 16 位 0 0 0 0
偏 移 地 址 16 位
+
物 理 地 址 20 位
28
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
某寻址单元
段
地址偏移量（xxxxH）
段首（xxxx0H）
低址
29
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。
默认的情况允许改变，需要使用段跨越前缀 指令，8088指令系统中共有4个：
CS： SS： DS： ES：
——代码段超越，使用代码段的数据 ——堆栈段超越，使用堆栈段的数据 ——数据段超越，使用数据段的数据 ——附加段超越，使用附加段的数据
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段超越的例子
没有段超越的指令实例：
MOV AX, [2000H]
AX BX CX DX
16 位
暂存寄存 器
地址加法器
20 位
CS
DS
SS
ES
指令指针
IP
内部通信寄存器
16 位
总线
外部总线
控制
逻辑
ALU 标志寄存器
执行 控制
电路
指令队列
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执行单元 （EU）
总线接口单元（BIU）
5
8088的编程结构从功能分成两个单元
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
分隔符
26
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： 20 位 • 逻辑地址： 段基址 （段寄存器的内容）16位
20
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
21
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。
进先出LIFO（Last In First Out）的原则进行存 取操作，而不是随机存取操作方式。 堆栈指针——它指示栈顶位置，在8086/8086中 ，栈顶由SS和SP共同指示，即SS:SP。 堆栈操作 处理器自动维持（子程序调用时的断点处理） 用户操作（PUSH/POP指令）
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三、 8088/8086的存储器结构
➢ 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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二、 8088寄存器结构
8088共有8个的通用寄存器，1个标志寄存器 ，4个段寄存器和1个指令指针寄存器。
1、通用寄存器
35
总结一下：
通用寄存器
8
指令指针寄存器 1
标志寄存器
1
段寄存器
4
AX/BX/CX/DX BP/SP DI/SI IP PSW CS/SS/DS/ES
掌握通用寄存器的作用
熟悉PSW中各个标志的含义 切实理解存储器组织和存储空间分段的概念
36
8088的寄存器组
37
堆栈的概念
堆栈（Stack）是主存中一个特殊的区域。 它采用先进后出FILO（First In Last Out）或后
；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
34
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。
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。
30
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
31
如何分配各个逻辑段
存储器是计算机存储信息的地方。掌握数 据存储格式，以及存储器的分段管理对以 后的汇编程序设计非常重要
你能区别寄存器、存储器(主存)、外存(包 括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗？
39
寄存器、内存储器和外存储器的区别
寄存器是微处理器（CPU）内部暂存数据的存储 单元，以名称表示，例如：AX，BX..….等
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
6
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” 。
10
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。
例如（以8位运算为例，8088中为16位） ：
3AH + 7CH＝B6H
没有进位：CF=0
AAH + 7CH＝（1）26H
有进位：CF=1
11
溢出标志OF（Overflow Flag）
在四种分工不同的逻辑段：代码段、数据段、堆 栈段和附加段。
段寄存器即是存放各个逻辑段段首地址的寄 存器。
?为什么要分段
24
存储器的分段管理
8088有20条地址线， 最大可寻址空间为 220＝1MB， 可寻址的地址范围为 00000H～FFFFFH 该地址称物理地址
硬件用20位的物理地址来对存储单元进行寻 址
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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
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
14
数据总线
控制
暂存器
累加器
标志寄存器
ALU
3
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。
段寄存器 通 用 寄存 器
4
AH AL BH BL CH CL DH DL
SP BP DI SI 数据总线
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存储器的分段管理
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。
逻辑地址由物逻两理辑个地 地1址 址6位11数4476构00成0HH:，10其0H形式为： 段的起始地址 ： 段内的偏移地址
（16位段地址） ：（ 16位gister） 是一个十六位的寄存器，但只利用了其中 的9位：六个条件标志和三个控制标志。
FR的格式
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
OF DF IF TF SF ZF AF PF
CF
进位
校验
辅助进位
零标志 符号标志 陷阱标志 中断标志 方向标志 溢出标志
微机原理218088CPU内部结 构寄存器组存储器组织
2
一、 8086/8088CPU的内部结构
8位微处理器的内部结构
指
指
时序
令
令
和
寄
译
控制
控制总线
存
码
逻辑
1. 算术逻辑单元（运算器）
寄存器组 2.
通用 寄存器组
地址 寄存器组
地址 总线 控制
地址总线
3. 指令内处部数理据总单线 元（控数制据器）
总线
➢ 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。
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全零标志ZF（Zero Flag）
8
②指针和变址寄存器 共BP、SP、SI、DI四个
BP：基址指针寄存器Base Pointer ，默认表示 堆栈段基地址；
SP：堆栈指针寄存器Stack Pointer，指示栈顶 SI：源变址寄存器Source Index
DI：目的变址寄存器Destination Index
9
2、标志寄存器
（PSW：program state word）
① 数据寄存器 共AX、BX、CX、DX四个，每个寄存器即可作 为16位寄存器，又可拆分为两个8位寄存器，此时记 为AH、AL、BH、BL等。
AX(AH、AL)：累加器accumulator BX(BH、BL)：基址寄存器base CX(CH、CL)：计数寄存器counter DX(DH、DL)：数据寄存器data
存储器也就是平时所说的主存，也叫内存，可直 接与CPU进行数据交换。主存利用地址区别
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。
程序中如何指明数据所在的逻辑段呢？
32
段跨越前缀指令
没有指明时，一般的数据访问在DS段； 若使用BP访问存储器，则在SS段。