微處理器精品課件

1、關于微處理器第一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 8086/8088微處理器結構8086的內部結構從功能上分成兩個單元1. 總線接口單元BIU管理8088與系統(tǒng)總線的接口負責CPU對存儲器和外設進行訪問2. 執(zhí)行單元EU負責指令的譯碼、執(zhí)行和數據的運算兩個單元相互獨立，分別完成各自操作，還可以并行執(zhí)行，實現指令預?。ㄖ噶钭x取和執(zhí)行的流水線操作）BIU 和 EU 采用“流水線式”的非同步工作模式，使得總線控制邏輯和指令執(zhí)行邏輯之間既互相獨立又互相配合。 一、 8086/8088微處理器功能結構第二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月8088的內部結構1 2 3 4 內部暫存

2、器 IP ES SS DS CS輸入/輸出控制電路執(zhí)行部分控制電路ALU標志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器地址加法器指令隊列執(zhí)行部件 （EU)總線接口部件 （BIU)16位20位8位8位返回第三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月8088的指令執(zhí)行過程第四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）通用寄存器組 1、數據寄存器: AX BX CX DX 2、變址寄存器: SI DI 3、指針寄存器: BP SP4個數據寄存器還可以分成高8位和低8位兩個獨立的寄存器，這樣又形成8個通用的8位寄存器 AX： AH ALBX： BH

3、BL CX： CH CLDX： DH DL二、 8086/8088寄存器結構(資源）第五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1、數據寄存器AX稱為累加器（Accumulator）使用頻度最高。用于算術、邏輯運算以及與外設傳送信息等BX稱為基址寄存器（Base address Register）常用做存放存儲器地址CX稱為計數器（Counter）作為循環(huán)和串操作等指令中的隱含計數器DX稱為數據寄存器（Data register）常用來存放雙字長數據的高16位，或存放外設端口地址第六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2、變址寄存器16位變址寄存器SI和DI常用于存儲器變址尋址方式時提

4、供地址SI是源地址寄存器（Source Index）DI是目的地址寄存器（Destination Index）在串操作類指令中，SI、DI還有較特殊的用法 現在不必完全理解，以后會詳細展開第七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3、指針寄存器指針寄存器用于尋址內存堆棧內的數據SP為堆棧指針寄存器（Stack Pointer）,指示堆棧段棧頂的位置（偏移地址）BP為基址指針寄存器（Base Pointer），表示數據在堆棧段中的基地址SP和BP寄存器與SS段寄存器聯合使用以確定堆棧段中的存儲單元地址堆棧（Stack）是主存中一個特殊的區(qū)域，采用“先進后出”或“后進先出”存取操作方式、而不是

5、隨機存取方式。用8088/8086形成的微機系統(tǒng)中，堆棧區(qū)域被稱為堆棧段第八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）段寄存器組 8086/8088 CPU具有尋址1MB存儲空間的能力，但指針寄存器和變址寄存器只有16位（可尋址64KB），于是8086/8088將1MB存儲空間分段，每段最長64KB，這些段可被設置在整個存儲空間，其起始地址由段寄存器提供。8086/8088CPU 的BIU中有4個16位的段寄存器： 代碼段寄存器CS，堆棧段寄存器SS 數據段寄存器DS，附加段寄存器ES （具體情況后敘）二、 8086/8088寄存器結構(資源）第九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6

6、月（三）控制寄存器組 用于程序控制的寄存器，包括指令指針寄存器IP和標志寄存器F。1、指令指針寄存器IP（Instruction Pointer）為指令指針寄存器，指示主存儲器指令的位置隨著指令的執(zhí)行，IP將自動修改以指示下一條指令所在的存儲器位置IP寄存器是一個專用寄存器IP寄存器與CS段寄存器聯合使用以確定下一條指令的存儲單元地址二、 8086/8088寄存器結構(資源）第十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2、 標志寄存器標志（Flag）用于反映指令執(zhí)行結果的狀態(tài)或控制指令執(zhí)行的形式，用以決定程序走向8088處理器的各種標志形成了一個16位的標志寄存器FLAGS（程序狀態(tài)字PSW

7、寄存器） 程序設計需要利用標志的狀態(tài)第十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月標志寄存器-分類：狀態(tài)標志用來記錄程序運行結果的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應地設置它CF ZF SF PF OF AF控制標志可由程序根據需要用指令設置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方式DF IF TF CF PF AF ZF SF TFIFDFOF0123456789101112131415較驗進位 輔助進位零標志符號標志跟蹤標志中斷標志方向標志溢出標志第十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 進位標志CF（Carry Flag）當運算結果的最高有效位有進位（加法）或借位（減法）時，進位標志置1，即C

8、F1； 否則CF0。一般用于多字節(jié)運算或循環(huán)操作。3AH + 7CHB6H，沒有進位：CF = 0AAH + 7CH（1）26H，有進位：CF = 1第十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 零標志ZF（Zero Flag）若運算結果為0，則ZF1；否則ZF03AH7CHB6H，結果不是零：ZF084H7CH（1）00H，結果是零：ZF1 注意：ZF為1表示的結果是0第十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 符號標志SF（Sign Flag）運算結果最高位為1，則SF1； 否則SF03AH7CHB6H，最高位D71：SF184H7CH（1）00H，最高位D70：SF0 有符號數

9、據用最高有效位表示數據的符號，所以最高有效位就是符號標志的狀態(tài)第十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 奇偶標志PF（Parity Flag）當運算結果最低字節(jié)中“1”的個數為零或偶數時，PF1；否則PF03AH7CHB6H10110110B結果中有5個“1”，是奇數：PF0 PF標志僅反映最低8位中“1”的個數是偶或奇，即使是進行16位字操作第十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 溢出標志OF（Overflow Flag）若算術運算的結果有溢出，則OF1； 否則 OF03AH + 7CHB6H，產生溢出：OF1AAH + 7CH（1）26H，沒有溢出：OF0？第十七張，PP

10、T共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月什么是溢出？處理器內部以補碼表示有符號數8位表達的整數范圍是：127 12816位表達的范圍是：32767 32768如果運算結果超出這個范圍，就產生了溢出有溢出，說明有符號數的運算結果不正確3AH7CHB6H，就是58124182，已經超出128127范圍，產生溢出，故OF1；補碼B6H表達真值是74，顯然運算結果也不正確 B6H10110110B，最高位為1，作為有符號數是負數 對B6H求反加1等于：01001001B101001010B4AH74 所以，B6H表達有符號數的真值為74第十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月溢出和進位的區(qū)別：溢出標

11、志OF和進位標志CF是兩個意義不同的標志進位標志表示無符號數運算結果是否超出范圍，運算結果仍然正確溢出標志表示有符號數運算結果是否超出范圍，運算結果已經不正確？第十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月溢出和進位的對比：例1：3AH7CHB6H無符號數運算：58124182范圍內，無進位有符號數運算： 58124182范圍外，有溢出例2：AAH7CH（1）26H無符號數運算：170124294范圍外，有進位有符號數運算：8612428范圍內，無溢出第二十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月溢出和進位的應用場合：處理器對兩個操作數進行運算時，按照無符號數求得結果，并相應設置進位標志C

12、F；同時，根據是否超出有符號數的范圍設置溢出標志OF應該利用哪個標志，則由程序員來決定。也就是說，如果將參加運算的操作數認為是無符號數，就應該關心進位；認為是有符號數，則要注意是否溢出第二十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月溢出的判斷：判斷運算結果是否溢出有一個簡單的規(guī)則：只有當兩個相同符號數相加（包括不同符號數相減），而運算結果的符號與原數據符號相反時，產生溢出；因為，此時的運算結果顯然不正確其他情況下，則不會產生溢出例1：3AH7CHB6H溢出例2：AAH7CH無溢出例3：3AH7CH無溢出例4：AAH7CH2DH溢出第二十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 輔助進位標

13、志AF（Auxiliary Carry Flag）3AH7CHB6H，D3有進位：AF1運算時D3位（低半字節(jié)）有進位或借位時，AF1；否則AF0這個標志主要由處理器內部使用，用于十進制算術運算調整指令中，用戶一般不必關心第二十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 方向標志DF（Direction Flag）用于串操作指令中，控制地址的變化方向：設置DF0，存儲器地址自動增加；設置DF1，存儲器地址自動減少CLD指令復位方向標志：DF0STD指令置位方向標志：DF1第二十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 中斷允許標志IF（Interrupt-enable Flag）控制可屏

14、蔽中斷是否可以被處理器響應：設置IF1，則允許中斷；設置IF0，則禁止中斷CLI指令復位中斷標志：IF0STI指令置位中斷標志：IF1第二十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 陷阱標志TF（Trap Flag）用于控制處理器進入單步操作方式：設置TF0，處理器正常工作；設置TF1，處理器單步執(zhí)行指令單步執(zhí)行指令處理器在每條指令執(zhí)行結束時，便產生一個編號為1的內部中斷這種內部中斷稱為單步中斷所以TF也稱為單步標志利用單步中斷可對程序進行逐條指令的調試這種逐條指令調試程序的方法就是單步調試第二十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月三、8088/8086的存儲器結構存儲器是計算機存

15、儲信息的地方。掌握數據存儲格式，以及存儲器的分段管理對以后的匯編程序設計非常重要你能區(qū)別寄存器、存儲器(主存)、外存(包括硬盤、光盤、磁帶等存儲介質)嗎？第二十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月寄存器、存儲器和外存的區(qū)別：寄存器是微處理器（CPU）內部暫存數據的存儲單元，以名稱表示，例如：AX，BX.等存儲器也就是平時所說的主存，也叫內存，可直接與CPU進行數據交換。主存利用地址區(qū)別外存主要指用來長久保存數據的外部存儲介質，常見的有硬盤、光盤、磁帶、U盤等。外存的數據只能通過主存間接地與CPU交換數據程序及其數據可以長久存放在外存，在運行需要時才進入主存第二十八張，PPT共五十三頁，

16、創(chuàng)作于2022年6月1、數據的存儲格式計算機中信息的單位二進制位Bit：存儲一位二進制數：0或1字節(jié)Byte：8個二進制位，D7D0字Word：16位，2個字節(jié)，D15D0雙字DWord：32位，4個字節(jié)，D31D0最低有效位LSB：數據的最低位，D0位最高有效位MSB：數據的最高位，對應字節(jié)、字、雙字分別指D7、D15、D31位第二十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月存儲單元及其存儲內容：每個存儲單元都有一個編號；被稱為存儲器地址每個存儲單元存放一個字節(jié)的內容0002H單元存放有一個數據34H表達為0002H34H第三十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月D7D0字節(jié)D15D

17、0字D31D0雙字D7 D000006H78H00005H56H00004H12H00003H34H00002H00001H00000H低地址第三十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月多字節(jié)數據存放方式：多字節(jié)數據在存儲器中占連續(xù)的多個存儲單元：存放時，低字節(jié)存入低地址，高字節(jié)存入高地址；表達時，用它的低地址表示多字節(jié)數據占據的地址空間。圖中0002H“字”單元的內容為：0002H = 1234H0002H號“雙字”單元的內容為：0002H = 78561234H 80 x86處理器采用“低對低、高對高”的存儲形式，被稱為“小端方式Little Endian”。 相對應還存在“大端方式

18、Big Endian”。第三十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月數據的地址對齊：同一個存儲器地址可以是字節(jié)單元地址、字單元地址、雙字單元地址等等（視具體情況來確定）字單元安排在偶地址（xxx0B）、雙字單元安排在模4地址（xx00B）等，被稱為“地址對齊（Align）”對于不對齊地址的數據，處理器訪問時，需要額外的訪問存儲器時間應該將數據的地址對齊，以取得較高的存取速度第三十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2、 存儲器的分段管理8088CPU有20條地址線最大可尋址空間為2201MB物理地址范圍從00000HFFFFFH8088CPU將1MB空間分成許多邏輯段（Segme

19、nt）每個段最大限制為64KB段地址的低4位為0000B這樣，一個存儲單元除具有一個唯一的物理地址外，還具有多個邏輯地址第三十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月物理地址和邏輯地址：8088CPU存儲系統(tǒng)中，對應每個物理存儲單元都有一個唯一的20位編號，就是物理地址，從00000H FFFFFH分段后在用戶編程時，采用邏輯地址，形式為段基地址 : 段內偏移地址分隔符物理地址 14700H邏輯地址 1460H:100H第三十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月段地址說明邏輯段在主存中的起始位置8088規(guī)定段地址必須是模16地址：xxxx0H省略低4位0000B，段地址就可以用16

20、位數據表示，就能用16位段寄存器表達段地址偏移地址說明主存單元距離段起始位置的偏移量每段不超過64KB，偏移地址也可用16位數據表示物理地址和邏輯地址：第三十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月物理地址和邏輯地址的轉換：將邏輯地址中的段地址左移4位，加上偏移地址就得到20位物理地址一個物理地址可以有多個邏輯地址邏輯地址1460:100、1380:F00物理地址14700H 14700H14600H 100H14700H13800H F00H14700H段地址左移4位加上偏移地址得到物理地址第三十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月段寄存器8088有4個16位段寄存器CS（代碼段

21、）指明代碼段的起始地址SS（堆棧段）指明堆棧段的起始地址DS（數據段）指明數據段的起始地址ES（附加段）指明附加段的起始地址每個段寄存器用來確定一個邏輯段的起始地址，每種邏輯段均有各自的用途第三十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 代碼段寄存器CS（Code Segment）代碼段用來存放程序的指令序列代碼段寄存器CS存放代碼段的段地址指令指針寄存器IP指示下條指令的偏移地址處理器利用CS:IP取得下一條要執(zhí)行的指令第三十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 堆棧段寄存器SS（Stack Segment）堆棧段確定堆棧所在的主存區(qū)域堆棧段寄存器SS存放堆棧段的段地址堆棧指針寄

22、存器SP指示堆棧棧頂的偏移地址處理器利用SS:SP操作堆棧頂的數據第四十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 數據段寄存器DS（Data Segment）數據段存放運行程序所用的數據數據段寄存器DS存放數據段的段地址各種主存尋址方式（有效地址EA）得到存儲器中操作數的偏移地址處理器利用DS:EA存取數據段中的數據第四十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 附加段寄存器ES（Extra Segment）附加段是附加的數據段，也保存數據：附加段寄存器ES存放附加段的段地址各種主存尋址方式（有效地址EA）得到存儲器中操作數的偏移地址處理器利用ES:EA存取附加段中的數據串操作指令將附加

23、段作為其目的操作數的存放區(qū)域第四十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月如何分配各個邏輯段？程序的指令序列必須安排在代碼段程序使用的堆棧一定在堆棧段程序中的數據默認是安排在數據段，也經常安排在附加段，尤其是串操作的目的區(qū)必須是附加段數據的存放比較靈活，實際上可以存放在任何一種邏輯段中第四十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月邏輯段的分配及寄存器對應關系示意第四十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月段超越的使用（前綴指令）：沒有指明時，一般的數據訪問在DS段；使用BP訪問主存，則在SS段默認的情況允許改變，需要使用段超越前綴指令；8088指令系統(tǒng)中有4個：CS:；代碼段超越，使用代碼段的數據SS: ；堆棧段超越，使用堆棧段的數據DS: ；數據段超越，使用數據段的數據E