微機(jī)系統(tǒng)組成課件

第二章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成8086存儲(chǔ)器組織8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)80X86微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)(80X86微處理器引腳功能)系統(tǒng)總線(輸入/輸出接口)12/19/20221第二章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成8086存儲(chǔ)器組織12/17/21.馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本組成“存儲(chǔ)程序”+“程序控制”1945年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家JohnVonNeumann提出,馮諾依曼型計(jì)算機(jī)

CPU輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備

存儲(chǔ)器運(yùn)算器ALU基本工作原理第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.0微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成12/19/202221.馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本組成“存儲(chǔ)程序”+“程序存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；

(輸入/輸出接口簡(jiǎn)稱I/O接口)各部件通過總線連接。構(gòu)成部件微處理器第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成2.微機(jī)系統(tǒng)組成(系統(tǒng)總線)12/19/20223存I/O輸I/O數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸?shù)诙?0X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成一.8086系統(tǒng)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)關(guān)于8086:8086有20根地址信號(hào)線，可以尋址的地址空間為220字節(jié)，即1M字節(jié)。8086是16位的CPU，有16根數(shù)據(jù)總線。8086的存儲(chǔ)器以字節(jié)為單位進(jìn)行編址。字節(jié)00000H00001H00002HFFFFEHFFFFFH24H12H第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.18086存儲(chǔ)器組織12/19/20224第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成一.8086系統(tǒng)存儲(chǔ)器§2.18086存儲(chǔ)器組織一.數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成2.對(duì)準(zhǔn)存放方式與非對(duì)準(zhǔn)存放方式對(duì)準(zhǔn)存放方式:存放字（或雙字）數(shù)據(jù)時(shí)，從偶地址開始存放。非對(duì)準(zhǔn)存放方式:存放字（或雙字）數(shù)據(jù)時(shí)，從奇地址開始存放。對(duì)準(zhǔn)存放方式比非對(duì)準(zhǔn)存放方式在訪問時(shí)速度更快1.存放原則：字節(jié)數(shù)據(jù)順序存放;多字節(jié)數(shù)據(jù)存放在連續(xù)的單元中,且高地址存數(shù)據(jù)高字節(jié)12/19/20225§2.18086存儲(chǔ)器組織一.數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放第§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成二.

存儲(chǔ)器的分段3.分段原則：1.問題的提出2.解決辦法各段起始單元的20位地址能被16整除。低四位為0每段長度≤64K（216）字節(jié)段與段之間相對(duì)位置可任意。12/19/20226§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成三.

存儲(chǔ)器的分段4.段的類型：代碼段：數(shù)據(jù)段：堆棧段：附加段：放程序代碼放程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)特殊的數(shù)據(jù)區(qū)，存取數(shù)據(jù)按先進(jìn)后出的順序輔助的數(shù)據(jù)區(qū)當(dāng)前正在使用的段稱為當(dāng)前段當(dāng)前段:段寄存器:存放當(dāng)前段起始地址的高十六位（稱為段基址）。CS、DS、SS、ES12/19/20227§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成三.

存儲(chǔ)器的分段5.物理地址與邏輯地址的關(guān)系：物理地址：邏輯地址：段基址：存儲(chǔ)單元的真實(shí)地址，20位。程序中涉及的地址，16位。包括段基址和偏移地址該單元相對(duì)于該段起始單元的偏移量偏移地址:該單元所在段的起始物理地址的高十六位。物理地址=段基址24＋偏移地址20位16位16位12/19/20228§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成高速緩存器Cache1.程序訪問的局部性2.Cache及原理介于主存和CPU之間設(shè)置的一個(gè)高速小容量的存儲(chǔ)器CPU主存CacheCache控制器SRAMDRAM12/19/20229§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80高速緩存器Cache3.高性能微機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部寄存器片內(nèi)高速緩存片外高速緩存主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)外部存儲(chǔ)器快慢速度小大容量80386系統(tǒng)的Cache在片外，從486開始增加了片內(nèi)Cache從Pentium開始，片內(nèi)Cache被分離為代碼Cache和數(shù)據(jù)Cache(雙路Cache結(jié)構(gòu)），可以同時(shí)存取。數(shù)據(jù)Cache與兩條獨(dú)立工作的流水線相連，能同時(shí)接受兩條流水線的訪問。§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/202210高速緩存器Cache3.高性能微機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory1.物理存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器物理存儲(chǔ)器:微機(jī)中實(shí)際配置的內(nèi)存。虛擬存儲(chǔ)器:程序員編程可用的地址空間。虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換由MMU完成。通過存儲(chǔ)管理機(jī)制將速度較快容量較小的內(nèi)存與速度較慢但容量很大的外存有機(jī)靈活地結(jié)合在一起。以滿足運(yùn)行大容量存儲(chǔ)器要求的程序。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/202211虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory1.2.從80286開始,實(shí)現(xiàn)了虛擬存儲(chǔ)管理，CPU支持對(duì)虛擬存儲(chǔ)器的訪問。虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory80286CPU支持兩種工作模式：實(shí)地址模式保護(hù)模式（保護(hù)虛擬地址模式）同8086，尋址能力1M字節(jié)（220）尋址能力物理空間：16M字節(jié)虛擬空間：1G字節(jié)（224）（230）§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022122.從80286開始,實(shí)現(xiàn)了虛擬存儲(chǔ)管理，CPU支持對(duì)虛擬存3.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory(1)實(shí)地址模式尋址能力及物理地址的計(jì)算同8086，相當(dāng)于一個(gè)可進(jìn)行32位操作的8086。§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022133.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器3.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory(2)保護(hù)模式32根地址線有效,可尋址4G字節(jié)的物理地址空間，64TB字節(jié)的虛擬地址空間采用分段管理和分頁管理機(jī)制為程序的共享和保護(hù)以及虛擬存儲(chǔ)器提供了硬件支持“保護(hù)”主要是指在多任務(wù)系統(tǒng)中對(duì)存儲(chǔ)空間的保護(hù)，通過多種措施形成各任務(wù)之間以及用戶程序與操作系統(tǒng)之間的隔離和保護(hù)?！?.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022143.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器3.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory(3)虛擬8086模式（V86模式）保護(hù)模式下，一個(gè)或若干個(gè)8086任務(wù)在非8086處理器上按8086的方式運(yùn)行，這種操作方式稱為V86?！?.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022153.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器4.分段和分頁虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory段是一個(gè)被保護(hù)的獨(dú)立的存貯地址空間。段是利用程序的模塊化性質(zhì)按程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分的，它的長度是可變的。分頁管理是將物理存貯器按每4KB為一頁的長度進(jìn)行劃分。頁在邏輯上不獨(dú)立?！?.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022164.分段和分頁虛擬存儲(chǔ)器Vitural5.存儲(chǔ)器管理部件（MMU）虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory存儲(chǔ)器管理部件（MMU）包括：分段部件（SU）分頁部件（PU）完成保護(hù)模式下邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。邏輯地址(虛擬地址）物理地址線性地址分段部件分頁部件(可選擇）§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022175.存儲(chǔ)器管理部件（MMU）虛擬存儲(chǔ)器VitDSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊(duì)列總線接口控制電路運(yùn)算器地址加法器BIUEU第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)一.8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)BIU+EU總線接口單元執(zhí)行單元12/19/202218DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標(biāo)志執(zhí)行部件控制電路AX第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)一.8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.總線接口部件BIU組成段寄存器(CS，DS，ES，SS)指令指針寄存器IP地址加法器指令隊(duì)列總線控制電路功能負(fù)責(zé)所有的總線操作12/19/202219第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)一.8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.執(zhí)行單元EU組成通用寄存器組EU控制電路標(biāo)志寄存器FLAGS算術(shù)邏輯單元ALU功能執(zhí)行指令12/19/202220第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU§2.380X86微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊(duì)列總線接口控制電路運(yùn)算器地址加法器BIUEU1.分類:14個(gè)16位寄存器,其中：分為通用寄存器、段寄存器、專用寄存器AX、BX、CX、DX

又可各分成兩個(gè)8位寄存器。其它10個(gè)只能作為16位寄存器第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202221§2.380X86微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)第二章80X（1）通用寄存器：通用數(shù)據(jù)寄存器：AX、BX、CX、DX指針寄存器：BP、SP變址寄存器：SI、DI第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202222（1）通用寄存器：通用數(shù)據(jù)寄存器：AX、BX、CX、DX指針（2）段寄存器：CS、DS、SS、ES一個(gè)程序可以各有多個(gè)代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段、和附加段，但當(dāng)前段各只有一個(gè)，即CS、DS、SS、ES指向的段。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202223（2）段寄存器：CS、DS、SS、ES一個(gè)程序可以各有多個(gè)代（3）專用寄存器：指令指針寄存器IP存放8086要執(zhí)行的下一條指令的有效地址。程序員不能修改它的值，只能由8086CPU中的BIU自動(dòng)修改。標(biāo)志寄存器FLAGS第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202224（3）專用寄存器：指令指針寄存器IP存放8086要執(zhí)行的下一2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)用來指示微處理器的狀態(tài),并控制其操作【格式】說明：在8086中，有意義的有9位，其余7位無意義其中CF、PF、AF、ZF、SF、OF六位為狀態(tài)標(biāo)志位，用來表示運(yùn)算結(jié)果的特征。常作為后續(xù)轉(zhuǎn)移指令的控制條件。TF、IF、DF三位為控制標(biāo)志位，用來控制CPU的操作。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022252.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算過程中，最高位是否產(chǎn)生進(jìn)位/借位。CF：進(jìn)位標(biāo)志(CarryFlag)當(dāng)本次運(yùn)算最高位有進(jìn)位（加法運(yùn)算）或有借位（減法運(yùn)算）時(shí)CF＝1，否則CF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022262.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算結(jié)果中，1的個(gè)數(shù)的奇偶情況。PF：奇偶標(biāo)志(ParityFlag)運(yùn)算結(jié)果低八位中含偶數(shù)個(gè)1時(shí)，PF＝1；否則PF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022272.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算中，D3位向D4位是否有進(jìn)位或借位。AF：輔助進(jìn)位標(biāo)志(AuxiliaryCarryFlag)當(dāng)本次運(yùn)算D3位向D4位有進(jìn)位（加法運(yùn)算）或有借位（減法運(yùn)算）時(shí)，AF＝1；否則AF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022282.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映當(dāng)前的運(yùn)算結(jié)果是否為0。ZF：零標(biāo)志(ZeroFlag)當(dāng)本次運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，ZF＝1；否則ZF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022292.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算結(jié)果中最高位的狀態(tài)。SF：符號(hào)標(biāo)志(SignFlag)當(dāng)本次運(yùn)算結(jié)果最高位為1時(shí)，SF＝1；否則SF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022302.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出機(jī)器所能表示的數(shù)值范圍。OF：溢出標(biāo)志(OverflowFlag)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算過程中當(dāng)字節(jié)運(yùn)算的結(jié)果超出了范圍-128~127，或當(dāng)字運(yùn)算的結(jié)果超出了范圍-32768~32767。溢出:當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生溢出，OF＝1；否則OF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022312.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存執(zhí)行下面兩個(gè)數(shù)的加法，給出各狀態(tài)標(biāo)志位的值?！纠?1010100001110010100100110101010+1001110111100011執(zhí)行后，CF=0第二章80X86系列微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)D15位未產(chǎn)生進(jìn)位D3位產(chǎn)生進(jìn)位AF=1低八位奇數(shù)個(gè)1PF=0運(yùn)算結(jié)果非0ZF=0D15位為1SF=1正與正相加，結(jié)果為負(fù)OF=1010011第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202232執(zhí)行下面兩個(gè)數(shù)的加法，給出各狀態(tài)標(biāo)志位的值?！纠?1012.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】在字符串操作指令中由DF控制地址變化的方向（遞增或遞減）。DF：方向標(biāo)志(DirectionFlag)DF=1，則地址按遞減自動(dòng)修改；DF=0，則地址按遞增自動(dòng)修改。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022332.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】IF：中斷允許標(biāo)志(InterruptEnableFlag)IF=1，允許CPU響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求；IF=0，禁止CPU響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022342.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】TF：?jiǎn)尾綐?biāo)志(TrapFlag)也叫跟蹤標(biāo)志TF=1時(shí)，CPU按單步方式執(zhí)行指令。為調(diào)試程序設(shè)置的一個(gè)控制標(biāo)志。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022352.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存第二章80X86系列微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)3.SS及SP一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)堆棧：存儲(chǔ)器中的一塊特殊存儲(chǔ)區(qū)或段，內(nèi)中數(shù)據(jù)按“先進(jìn)后出”原則組織。堆棧的段基址存放于SS中，堆棧指針寄存器SP指向堆棧棧頂。堆棧的其它特點(diǎn)以字為單位操作，且對(duì)準(zhǔn)存放；入棧時(shí)，先是（SP-2）（SP），然后數(shù)據(jù)入棧。出棧時(shí)，先是數(shù)據(jù)出棧，然后（SP+2）（SP）。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202236第二章80X86系列微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)3.SS及SP一.8012400H10000H（SS）=1000H（SP）=2400HSP12400H10000HSP將AX寄存器中1234H入棧后123FEH12H34H（SP）=23FEH隨著數(shù)據(jù)入棧，SP值越來越小，稱8086堆棧向下生長。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/20223712400H10000H（SS）=1000H（SP）=240第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.48086CPU的引腳(略)§2.5輸入/輸出接口(略)§2.680X86系列微處理器簡(jiǎn)介(略)12/19/202238第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.48086C習(xí)題2.3;2.4;(P30)12/19/202239習(xí)題2.3;2.4;12/17/202239第二章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成8086存儲(chǔ)器組織8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)80X86微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)(80X86微處理器引腳功能)系統(tǒng)總線(輸入/輸出接口)12/19/202240第二章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成8086存儲(chǔ)器組織12/17/21.馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本組成“存儲(chǔ)程序”+“程序控制”1945年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家JohnVonNeumann提出,馮諾依曼型計(jì)算機(jī)

CPU輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備

存儲(chǔ)器運(yùn)算器ALU基本工作原理第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.0微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成12/19/2022411.馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本組成“存儲(chǔ)程序”+“程序存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；

(輸入/輸出接口簡(jiǎn)稱I/O接口)各部件通過總線連接。構(gòu)成部件微處理器第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成2.微機(jī)系統(tǒng)組成(系統(tǒng)總線)12/19/202242存I/O輸I/O數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸?shù)诙?0X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成一.8086系統(tǒng)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)關(guān)于8086:8086有20根地址信號(hào)線，可以尋址的地址空間為220字節(jié)，即1M字節(jié)。8086是16位的CPU，有16根數(shù)據(jù)總線。8086的存儲(chǔ)器以字節(jié)為單位進(jìn)行編址。字節(jié)00000H00001H00002HFFFFEHFFFFFH24H12H第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.18086存儲(chǔ)器組織12/19/202243第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成一.8086系統(tǒng)存儲(chǔ)器§2.18086存儲(chǔ)器組織一.數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成2.對(duì)準(zhǔn)存放方式與非對(duì)準(zhǔn)存放方式對(duì)準(zhǔn)存放方式:存放字（或雙字）數(shù)據(jù)時(shí)，從偶地址開始存放。非對(duì)準(zhǔn)存放方式:存放字（或雙字）數(shù)據(jù)時(shí)，從奇地址開始存放。對(duì)準(zhǔn)存放方式比非對(duì)準(zhǔn)存放方式在訪問時(shí)速度更快1.存放原則：字節(jié)數(shù)據(jù)順序存放;多字節(jié)數(shù)據(jù)存放在連續(xù)的單元中,且高地址存數(shù)據(jù)高字節(jié)12/19/202244§2.18086存儲(chǔ)器組織一.數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放第§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成二.

存儲(chǔ)器的分段3.分段原則：1.問題的提出2.解決辦法各段起始單元的20位地址能被16整除。低四位為0每段長度≤64K（216）字節(jié)段與段之間相對(duì)位置可任意。12/19/202245§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成三.

存儲(chǔ)器的分段4.段的類型：代碼段：數(shù)據(jù)段：堆棧段：附加段：放程序代碼放程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)特殊的數(shù)據(jù)區(qū)，存取數(shù)據(jù)按先進(jìn)后出的順序輔助的數(shù)據(jù)區(qū)當(dāng)前正在使用的段稱為當(dāng)前段當(dāng)前段:段寄存器:存放當(dāng)前段起始地址的高十六位（稱為段基址）。CS、DS、SS、ES12/19/202246§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成三.

存儲(chǔ)器的分段5.物理地址與邏輯地址的關(guān)系：物理地址：邏輯地址：段基址：存儲(chǔ)單元的真實(shí)地址，20位。程序中涉及的地址，16位。包括段基址和偏移地址該單元相對(duì)于該段起始單元的偏移量偏移地址:該單元所在段的起始物理地址的高十六位。物理地址=段基址24＋偏移地址20位16位16位12/19/202247§2.18086存儲(chǔ)器組織第二章80X86系列微機(jī)§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成高速緩存器Cache1.程序訪問的局部性2.Cache及原理介于主存和CPU之間設(shè)置的一個(gè)高速小容量的存儲(chǔ)器CPU主存CacheCache控制器SRAMDRAM12/19/202248§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80高速緩存器Cache3.高性能微機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部寄存器片內(nèi)高速緩存片外高速緩存主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)外部存儲(chǔ)器快慢速度小大容量80386系統(tǒng)的Cache在片外，從486開始增加了片內(nèi)Cache從Pentium開始，片內(nèi)Cache被分離為代碼Cache和數(shù)據(jù)Cache(雙路Cache結(jié)構(gòu)），可以同時(shí)存取。數(shù)據(jù)Cache與兩條獨(dú)立工作的流水線相連，能同時(shí)接受兩條流水線的訪問?！?.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/202249高速緩存器Cache3.高性能微機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory1.物理存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器物理存儲(chǔ)器:微機(jī)中實(shí)際配置的內(nèi)存。虛擬存儲(chǔ)器:程序員編程可用的地址空間。虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換由MMU完成。通過存儲(chǔ)管理機(jī)制將速度較快容量較小的內(nèi)存與速度較慢但容量很大的外存有機(jī)靈活地結(jié)合在一起。以滿足運(yùn)行大容量存儲(chǔ)器要求的程序。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/202250虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory1.2.從80286開始,實(shí)現(xiàn)了虛擬存儲(chǔ)管理，CPU支持對(duì)虛擬存儲(chǔ)器的訪問。虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory80286CPU支持兩種工作模式：實(shí)地址模式保護(hù)模式（保護(hù)虛擬地址模式）同8086，尋址能力1M字節(jié)（220）尋址能力物理空間：16M字節(jié)虛擬空間：1G字節(jié)（224）（230）§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022512.從80286開始,實(shí)現(xiàn)了虛擬存儲(chǔ)管理，CPU支持對(duì)虛擬存3.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory(1)實(shí)地址模式尋址能力及物理地址的計(jì)算同8086，相當(dāng)于一個(gè)可進(jìn)行32位操作的8086?！?.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022523.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器3.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory(2)保護(hù)模式32根地址線有效,可尋址4G字節(jié)的物理地址空間，64TB字節(jié)的虛擬地址空間采用分段管理和分頁管理機(jī)制為程序的共享和保護(hù)以及虛擬存儲(chǔ)器提供了硬件支持“保護(hù)”主要是指在多任務(wù)系統(tǒng)中對(duì)存儲(chǔ)空間的保護(hù)，通過多種措施形成各任務(wù)之間以及用戶程序與操作系統(tǒng)之間的隔離和保護(hù)。§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022533.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器3.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory(3)虛擬8086模式（V86模式）保護(hù)模式下，一個(gè)或若干個(gè)8086任務(wù)在非8086處理器上按8086的方式運(yùn)行，這種操作方式稱為V86?！?.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022543.80386／486的三種工作模式虛擬存儲(chǔ)器4.分段和分頁虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory段是一個(gè)被保護(hù)的獨(dú)立的存貯地址空間。段是利用程序的模塊化性質(zhì)按程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分的，它的長度是可變的。分頁管理是將物理存貯器按每4KB為一頁的長度進(jìn)行劃分。頁在邏輯上不獨(dú)立。§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022554.分段和分頁虛擬存儲(chǔ)器Vitural5.存儲(chǔ)器管理部件（MMU）虛擬存儲(chǔ)器VituralMemory存儲(chǔ)器管理部件（MMU）包括：分段部件（SU）分頁部件（PU）完成保護(hù)模式下邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。邏輯地址(虛擬地址）物理地址線性地址分段部件分頁部件(可選擇）§2.１8086存儲(chǔ)器組織四.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成12/19/2022565.存儲(chǔ)器管理部件（MMU）虛擬存儲(chǔ)器VitDSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊(duì)列總線接口控制電路運(yùn)算器地址加法器BIUEU第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)一.8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)BIU+EU總線接口單元執(zhí)行單元12/19/202257DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標(biāo)志執(zhí)行部件控制電路AX第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)一.8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.總線接口部件BIU組成段寄存器(CS，DS，ES，SS)指令指針寄存器IP地址加法器指令隊(duì)列總線控制電路功能負(fù)責(zé)所有的總線操作12/19/202258第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)一.8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.執(zhí)行單元EU組成通用寄存器組EU控制電路標(biāo)志寄存器FLAGS算術(shù)邏輯單元ALU功能執(zhí)行指令12/19/202259第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.28086CPU§2.380X86微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊(duì)列總線接口控制電路運(yùn)算器地址加法器BIUEU1.分類:14個(gè)16位寄存器,其中：分為通用寄存器、段寄存器、專用寄存器AX、BX、CX、DX

又可各分成兩個(gè)8位寄存器。其它10個(gè)只能作為16位寄存器第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202260§2.380X86微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)第二章80X（1）通用寄存器：通用數(shù)據(jù)寄存器：AX、BX、CX、DX指針寄存器：BP、SP變址寄存器：SI、DI第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202261（1）通用寄存器：通用數(shù)據(jù)寄存器：AX、BX、CX、DX指針（2）段寄存器：CS、DS、SS、ES一個(gè)程序可以各有多個(gè)代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段、和附加段，但當(dāng)前段各只有一個(gè)，即CS、DS、SS、ES指向的段。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202262（2）段寄存器：CS、DS、SS、ES一個(gè)程序可以各有多個(gè)代（3）專用寄存器：指令指針寄存器IP存放8086要執(zhí)行的下一條指令的有效地址。程序員不能修改它的值，只能由8086CPU中的BIU自動(dòng)修改。標(biāo)志寄存器FLAGS第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/202263（3）專用寄存器：指令指針寄存器IP存放8086要執(zhí)行的下一2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)用來指示微處理器的狀態(tài),并控制其操作【格式】說明：在8086中，有意義的有9位，其余7位無意義其中CF、PF、AF、ZF、SF、OF六位為狀態(tài)標(biāo)志位，用來表示運(yùn)算結(jié)果的特征。常作為后續(xù)轉(zhuǎn)移指令的控制條件。TF、IF、DF三位為控制標(biāo)志位，用來控制CPU的操作。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022642.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算過程中，最高位是否產(chǎn)生進(jìn)位/借位。CF：進(jìn)位標(biāo)志(CarryFlag)當(dāng)本次運(yùn)算最高位有進(jìn)位（加法運(yùn)算）或有借位（減法運(yùn)算）時(shí)CF＝1，否則CF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022652.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算結(jié)果中，1的個(gè)數(shù)的奇偶情況。PF：奇偶標(biāo)志(ParityFlag)運(yùn)算結(jié)果低八位中含偶數(shù)個(gè)1時(shí)，PF＝1；否則PF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022662.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算中，D3位向D4位是否有進(jìn)位或借位。AF：輔助進(jìn)位標(biāo)志(AuxiliaryCarryFlag)當(dāng)本次運(yùn)算D3位向D4位有進(jìn)位（加法運(yùn)算）或有借位（減法運(yùn)算）時(shí)，AF＝1；否則AF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022672.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映當(dāng)前的運(yùn)算結(jié)果是否為0。ZF：零標(biāo)志(ZeroFlag)當(dāng)本次運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，ZF＝1；否則ZF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022682.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映運(yùn)算結(jié)果中最高位的狀態(tài)。SF：符號(hào)標(biāo)志(SignFlag)當(dāng)本次運(yùn)算結(jié)果最高位為1時(shí)，SF＝1；否則SF＝0。第二章80X86系列微機(jī)的系統(tǒng)組成§2.38086微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)12/19/2022692.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存2.標(biāo)志寄存器FLAGS格式及各位意義一.8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)【各位意義】反映帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出機(jī)器所能表示的數(shù)值范圍。OF：溢出標(biāo)志(OverflowFlag)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算過程中當(dāng)字節(jié)運(yùn)算的結(jié)果超出了范圍-128~127，或當(dāng)字運(yùn)算的結(jié)果超出了范圍-32768~32767。溢出:當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生溢出，OF＝1；否則OF＝0。第