微機(jī)-第二章-1-結(jié)構(gòu)

1、2.1 80868088 CPU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1 80868088 CPU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU 執(zhí)行部件與外部系統(tǒng)沒(méi)有直接相連，它是執(zhí)行部件與外部系統(tǒng)沒(méi)有直接相連，它是CPU，其主要任務(wù)是：，其主要任務(wù)是：完成指令譯碼和執(zhí)行指令操作完成指令譯碼和執(zhí)行指令操作。EU由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、運(yùn)算由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、運(yùn)算寄存器、寄存器組、標(biāo)志寄存器及寄存器、寄存器組、標(biāo)志寄存器及EU控制電路等組成?？刂齐娐返冉M成。 1）算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU） 8086的的ALU是一個(gè)是一個(gè)16位的運(yùn)算器，用于位的運(yùn)算器，用于8位或位或16位的二進(jìn)制算位的二進(jìn)制算

2、術(shù)及邏輯運(yùn)算。術(shù)及邏輯運(yùn)算。 2）運(yùn)算寄存器運(yùn)算寄存器 運(yùn)算寄存器用來(lái)協(xié)助運(yùn)算寄存器用來(lái)協(xié)助ALU完成運(yùn)算，暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)。完成運(yùn)算，暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)。 3）寄存器組寄存器組寄存器組包括通用數(shù)據(jù)寄存器、指針寄存器及變址寄存器。寄存器組包括通用數(shù)據(jù)寄存器、指針寄存器及變址寄存器。通用數(shù)據(jù)寄存器通用數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX及及DX 4個(gè)個(gè)16位的通用數(shù)據(jù)寄存器即可以作為位的通用數(shù)據(jù)寄存器即可以作為16位位寄存器使用，也可作為寄存器使用，也可作為8個(gè)個(gè)8位寄存器使用。一般用于存放參與運(yùn)位寄存器使用。一般用于存放參與運(yùn)算的操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。它們的高算的操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。它們的高8位稱為位稱

3、為AH、BH、CH、DH，低低8位稱為位稱為AL、BL、CL、DL，因此提高了編程的靈活性。，因此提高了編程的靈活性。 AX稱累加器，具有簡(jiǎn)單計(jì)算功能，許多指令是利用它完成的。稱累加器，具有簡(jiǎn)單計(jì)算功能，許多指令是利用它完成的。BX稱基址寄存器，在計(jì)算內(nèi)存地址時(shí)，常用來(lái)存放基本地址。稱基址寄存器，在計(jì)算內(nèi)存地址時(shí)，常用來(lái)存放基本地址。CX稱為計(jì)數(shù)寄存器，常用作循環(huán)計(jì)數(shù)器。稱為計(jì)數(shù)寄存器，常用作循環(huán)計(jì)數(shù)器。DX稱為數(shù)據(jù)寄存器，常用來(lái)存放擴(kuò)展數(shù)據(jù)。稱為數(shù)據(jù)寄存器，常用來(lái)存放擴(kuò)展數(shù)據(jù)。指針寄存器指針寄存器SP稱為堆棧指針寄存器，其稱為堆棧指針寄存器，其16位值是指向存儲(chǔ)器堆棧的棧頂單位值是指向存儲(chǔ)器

4、堆棧的棧頂單元的邏輯地址（有效地址）。當(dāng)進(jìn)行堆棧操作時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整元的邏輯地址（有效地址）。當(dāng)進(jìn)行堆棧操作時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整棧頂指針。棧頂指針。BP稱為基址指針寄存器，常用來(lái)存放內(nèi)存單元的稱為基址指針寄存器，常用來(lái)存放內(nèi)存單元的16位偏移地址位偏移地址（有效地址）。（有效地址）。變址寄存器變址寄存器SI 稱為源變址寄存器，常用來(lái)存放源操作數(shù)的稱為源變址寄存器，常用來(lái)存放源操作數(shù)的16位偏移地址。位偏移地址。DI 稱目的變址寄存器，用來(lái)存放目的操作數(shù)的稱目的變址寄存器，用來(lái)存放目的操作數(shù)的16位偏移地址。位偏移地址。4）標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器（標(biāo)志寄存器（FLAGS）也稱為程序狀態(tài)字（）也稱

5、為程序狀態(tài)字（PSW），用來(lái)存放），用來(lái)存放8086工作過(guò)程中的狀態(tài)。它是工作過(guò)程中的狀態(tài)。它是16位寄存器，但只用到其中的位寄存器，但只用到其中的9位，位，包括包括6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志和個(gè)狀態(tài)標(biāo)志和3個(gè)控制標(biāo)志，如下所示：個(gè)控制標(biāo)志，如下所示： 狀態(tài)標(biāo)志位實(shí)時(shí)記錄了算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果的一些特征，如：結(jié)果狀態(tài)標(biāo)志位實(shí)時(shí)記錄了算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果的一些特征，如：結(jié)果是否為是否為”0”，是否有進(jìn)位、借位，是否溢出等。不同指令對(duì)狀態(tài)，是否有進(jìn)位、借位，是否溢出等。不同指令對(duì)狀態(tài)標(biāo)志位的影響是不同的。標(biāo)志位的影響是不同的。進(jìn)位標(biāo)志位進(jìn)位標(biāo)志位CF當(dāng)進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時(shí)，若最高位發(fā)生進(jìn)當(dāng)進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時(shí)，若最高位

6、發(fā)生進(jìn)位或借位則位或借位則CF=1，否則，否則CF=0；零標(biāo)志位零標(biāo)志位ZF當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為零時(shí)當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為零時(shí)ZF1，否則，否則ZF0；半進(jìn)位位半進(jìn)位位AF在加法或減法運(yùn)算時(shí)，若低在加法或減法運(yùn)算時(shí)，若低4位向高位向高4位有進(jìn)位位有進(jìn)位或借位則或借位則AF1，否則，否則AF=0；奇奇/偶標(biāo)志位偶標(biāo)志位PF當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低8位中位中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)則的個(gè)數(shù)為偶數(shù)則PF=1，為奇數(shù)時(shí)，為奇數(shù)時(shí)PF=0。符號(hào)標(biāo)志位符號(hào)標(biāo)志位SF當(dāng)進(jìn)行有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果的最高當(dāng)進(jìn)行有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果的最高位為位為1則則SF1，否則，否則SF0，用來(lái)標(biāo)志運(yùn)算結(jié)果是正數(shù)還是負(fù)數(shù)；，用來(lái)標(biāo)志運(yùn)算

7、結(jié)果是正數(shù)還是負(fù)數(shù)；溢出標(biāo)志位溢出標(biāo)志位OF當(dāng)算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果超出了有符號(hào)數(shù)的表示當(dāng)算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果超出了有符號(hào)數(shù)的表示范圍，即發(fā)生了溢出，則范圍，即發(fā)生了溢出，則OF1，否則，否則OF0。8位及位及16位有符號(hào)位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是數(shù)的表示范圍是128127及及32768 32767；控制標(biāo)志位控制標(biāo)志位是用專用指令來(lái)設(shè)置和清除的。每個(gè)控制標(biāo)志位都是用專用指令來(lái)設(shè)置和清除的。每個(gè)控制標(biāo)志位都對(duì)對(duì)8086產(chǎn)生特定的控制作用。產(chǎn)生特定的控制作用。跟蹤標(biāo)志位跟蹤標(biāo)志位TF若若TF1則使則使8086處于單步執(zhí)行指令的工處于單步執(zhí)行指令的工作方式。這種方式便于進(jìn)行程序的調(diào)試。每執(zhí)行一條指令后，作方式。這種

8、方式便于進(jìn)行程序的調(diào)試。每執(zhí)行一條指令后，便自動(dòng)產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷，從而使用戶能逐條地檢查程序。便自動(dòng)產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷，從而使用戶能逐條地檢查程序。中斷允許中斷允許標(biāo)志位標(biāo)志位IF是控制可屏蔽中斷的標(biāo)志，若是控制可屏蔽中斷的標(biāo)志，若IF1使使8086允許響允許響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。若應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。若IF0使使8086禁止響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。禁止響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。IF對(duì)非屏蔽中斷及內(nèi)部中斷沒(méi)有影響。對(duì)非屏蔽中斷及內(nèi)部中斷沒(méi)有影響。方向標(biāo)志位方向標(biāo)志位DF是控制串操作指令的標(biāo)志，若是控制串操作指令的標(biāo)志，若DF1使串使串操作按減地址方向進(jìn)行。也就是說(shuō)，從高位地址開(kāi)始，每操作操作按減地址方向進(jìn)行。

9、也就是說(shuō)，從高位地址開(kāi)始，每操作一次，操作數(shù)地址減一次，操作數(shù)地址減1。若。若DF0使串操作按增地址方向進(jìn)行。使串操作按增地址方向進(jìn)行。 5）EU控制電路控制電路 EU控制電路負(fù)責(zé)從控制電路負(fù)責(zé)從BIU的指令隊(duì)列緩沖器中取指令，根據(jù)指令的指令隊(duì)列緩沖器中取指令，根據(jù)指令要求向要求向EU內(nèi)部各部件發(fā)出控制命令，以完成指令規(guī)定的操作。內(nèi)部各部件發(fā)出控制命令，以完成指令規(guī)定的操作。具體工作過(guò)程是：從具體工作過(guò)程是：從BIU指令隊(duì)列緩沖器中取出指令操作碼，通指令隊(duì)列緩沖器中取出指令操作碼，通過(guò)譯碼電路分析，發(fā)出相應(yīng)控制命令，控制過(guò)譯碼電路分析，發(fā)出相應(yīng)控制命令，控制“ALU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線”中中的數(shù)據(jù)

10、的流向。如果是運(yùn)算操作，操作數(shù)經(jīng)過(guò)運(yùn)算寄存器送入的數(shù)據(jù)的流向。如果是運(yùn)算操作，操作數(shù)經(jīng)過(guò)運(yùn)算寄存器送入ALU，運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)，運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)“ALU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線”送到相應(yīng)寄存器，同時(shí)根送到相應(yīng)寄存器，同時(shí)根據(jù)運(yùn)算結(jié)果的特征設(shè)置標(biāo)志寄存器的各個(gè)狀態(tài)位。當(dāng)指令要求訪據(jù)運(yùn)算結(jié)果的特征設(shè)置標(biāo)志寄存器的各個(gè)狀態(tài)位。當(dāng)指令要求訪問(wèn)存儲(chǔ)器或問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O端口時(shí)，則向端口時(shí)，則向BIU發(fā)出請(qǐng)求，由發(fā)出請(qǐng)求，由BIU通過(guò)通過(guò)8086系統(tǒng)系統(tǒng)總線訪問(wèn)存儲(chǔ)器或總線訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O端口。端口。2總線接口部件總線接口部件BIU總線接口部件是8086 CPU管理存儲(chǔ)器和I/O的接口部件，它提供了16位雙向數(shù)據(jù)總線、2

11、0位地址總線和若干條控制信號(hào)。其具體任務(wù)是：負(fù)責(zé)從內(nèi)存單元中預(yù)取指令，并將它們送到指令隊(duì)列緩沖器暫存；CPU執(zhí)行指令時(shí)，總線接口部件要配合執(zhí)行部件從指定的內(nèi)存單元或I/O端口取數(shù)據(jù)并傳送給執(zhí)行部件，或者把執(zhí)行部件的處理結(jié)果傳送到指定的內(nèi)存單元或I/O端口中?？偩€接口部件由指令隊(duì)列緩沖器、20位地址加法器、段寄存器、指令指針和總線控制電路等組成。 1）指令隊(duì)列緩沖器在EU執(zhí)行指令的同時(shí)，從內(nèi)存中取下面一條或幾條指令依次存放在指令隊(duì)列中，并按順序送到EU中執(zhí)行。其操作原則: 每當(dāng)指令隊(duì)列緩沖器中存滿一條指令后，EU就立即開(kāi)始執(zhí)行。 指令隊(duì)列緩沖器只要空出2個(gè)字節(jié)，則就要求BIU取新指令到指令隊(duì)列緩

12、沖器中。2）指令指針寄存器 16位的指令指針寄存器IP用來(lái)存放將要取出的指令的偏移地址。它只有和CS相結(jié)合，才能形成指向指令存放單元的物理地址。在程序運(yùn)行時(shí)，IP的內(nèi)容由BIU修改，使它總是存放下一條要取的指令的偏移地址。程序不能直接訪問(wèn)IP，但通過(guò)特殊指令可以修改其內(nèi)容。例如：轉(zhuǎn)移指令可將目標(biāo)地址送入IP，實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。 3）20位物理地址的形成位物理地址的形成8086 CPU有20條地址線，具有220=1MB的最大存儲(chǔ)器物理空間，地址為00000H0FFFFFH。但在8086內(nèi)部，所有寄存器均為16位。顯然用寄存器不能直接對(duì)1M的內(nèi)存空間尋址，如何利用16的寄存器實(shí)現(xiàn)20位地址的尋址呢？

13、為此引入了存儲(chǔ)器分段管理的概念。一個(gè)段最多64KB，一個(gè)程序可以有存放指令的代碼段、存放數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段、進(jìn)行堆棧操作的堆棧段及可能的附加段，各段的段基地址（首地址）分別由CS、SS、DS及ES 4個(gè)16位的段寄存器給出。也就是說(shuō)各段寄存器是指向相應(yīng)存儲(chǔ)器段的指針。 要形成存儲(chǔ)單元的20位物理地址，先將對(duì)應(yīng)的段寄存器16位值（段首地址）左移四位后（乘16），得到一個(gè)20位的值（低4位為0000），通過(guò)地址加法器與相應(yīng)的16位段內(nèi)偏移地址相加， 最終形成一個(gè)20位的物理地址，即： 物理地址=段寄存器的值X16+偏移地址 例如：要形成某指令碼的物理地址，假定代碼段寄存器CS=2000H，指令碼單元的偏

14、移地址IP=3050H，則此指令的物理地址為23050H。在8086中，對(duì)存儲(chǔ)器不同類型的訪問(wèn)所使用的段寄存器和與之相應(yīng)的偏移地址的來(lái)源做了基本約定。4）總線控制電路總線控制電路將8086的內(nèi)部總線與外部總線相連，產(chǎn)生相應(yīng)的總線控制信號(hào)，控制地址總線輸出物理地址及數(shù)據(jù)總線傳輸指令和數(shù)據(jù)。 由于采用了指令隊(duì)列緩沖器可使BIU和EU獨(dú)立的并行工作，在EU執(zhí)行指令的同時(shí)，BIU可預(yù)取下面一條或幾條指令。因此，在一般情況下，8086執(zhí)行完一條指令后，就可以立即執(zhí)行存放在指令隊(duì)列中的下一條指令。16位微處理器的這種并行重疊操作的結(jié)構(gòu)，提高了總線的信息傳輸效率和整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行速度。 2.2 8086808

15、8 CPU 的管腳信號(hào)的管腳信號(hào)CPU是一塊具有40個(gè)管腳信號(hào)的雙列直插式（DIP）集成電路 為適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)合，8086/8088 CPU被設(shè)計(jì)為具有兩種工作模式的芯片，即最小模式和最大模式。所謂最小模式，就是指以一個(gè)8086/8088 CPU為核心而構(gòu)成的小型單處理機(jī)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，所有的總線控制信號(hào)都直接由 CPU自身產(chǎn)生，只需要很少的外圍支持電路。最大模式是相對(duì)最小模式而言的。以一個(gè)CPU為主處理器，再配備一個(gè)或多個(gè)用來(lái)協(xié)助主處理器工作的協(xié)處理器，構(gòu)成一個(gè)功能更為強(qiáng)大的多處理器系統(tǒng)。CPU需由總線控制器的支持，代替它產(chǎn)生總線控制信號(hào)。1最小模式下的8086/8088 CPU當(dāng)模式選

16、擇管腳信號(hào)接高電平，即MN/MX=Vcc時(shí)，工作在最小模式下。各管腳信號(hào)定義如下： Vcc、GND芯片電源與接地。8086/8088采用單一+5V電源。 AD15AD0、A19/S6A16/S3、ALEAD15AD0是16位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用管腳。為了減少芯片的管腳數(shù)目，可安排不同時(shí)刻傳送的兩種信息共同分時(shí)復(fù)用一組外部管腳。輸出地址信息時(shí)，AD15AD0即為單向的A15A0 ，是20位地址總線的低16位；傳送數(shù)據(jù)信息時(shí)，AD15AD0即為雙向的D15D0，是16位的數(shù)據(jù)總線。A19/S6A16/S3是4位地址/狀態(tài)復(fù)用管腳。輸出地址信息時(shí)，A19/S6A16/S3即為單向的A19A16 ，是20位

17、地址總線的高4位；輸出狀態(tài)信息時(shí)，A19/S6A16/S3即為單向的S6S3。在輸出的狀態(tài)信息中，S6恒等于0；S5表明中 斷允許標(biāo)志位IF的當(dāng)前設(shè)置，即表明當(dāng)前CPU是否允許響應(yīng)可屏蔽中斷的請(qǐng)求；S4S3的組合表明當(dāng)前正在使用的段寄存器。ALE是地址鎖存輸出信號(hào)，高電平有效。當(dāng)ALE信號(hào)有效時(shí)，AD15AD0、A19/S6A16/S3兩組復(fù)用管腳輸出的是地址20位地址信息。因此，它被用作鎖存控制信號(hào)將A19A0鎖存于外部的地址鎖存器，實(shí)現(xiàn)外部地址總線與數(shù)據(jù)總線的分離。 RD、WR、M/IO、READY這是一組關(guān)于讀/寫(xiě)控制的管腳信號(hào)。RD是讀周期輸出信號(hào)，低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，表明CPU

18、正對(duì)內(nèi)存或I/O端口進(jìn)行讀操作。WR是寫(xiě)周期輸出信號(hào)，低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，表明CPU正對(duì)內(nèi)存或I/O端口進(jìn)行寫(xiě)操作。M/IO是用來(lái)區(qū)分當(dāng)前的讀/寫(xiě)操作是訪問(wèn)存儲(chǔ)器還是訪問(wèn)I/O端口的輸出信號(hào)。高電平時(shí)，表明對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)；當(dāng)為低電平時(shí)，表明對(duì)I/O端口的訪問(wèn)。READY是由被訪問(wèn)的存儲(chǔ)器或I/O端口輸入的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號(hào)，高電平有效。當(dāng)為高電平時(shí)，表明存儲(chǔ)器或I/O端口已準(zhǔn)備就緒，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)；當(dāng)為低電平時(shí)，表明存儲(chǔ)器或I/O端口沒(méi)有準(zhǔn)備就緒，CPU必須等待其就緒后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)； DEN、DT/R、BHE/S7這是一組關(guān)于數(shù)據(jù)總線控制的管腳信號(hào)。DEN是控制數(shù)據(jù)總線允許的輸出信號(hào)，低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，表明CPU正通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送或接收一個(gè)數(shù)據(jù)。