第2章微處理器功能結(jié)構(gòu)

第2章微處理器功能結(jié)構(gòu)2.18086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）總線接口部件BIU形成訪問存儲器和I/O設(shè)備的地址，完成指令預(yù)取，存放運算結(jié)果。包括：地址加法器專用寄存器組指令隊列總線控制電路執(zhí)行部件EU負責(zé)執(zhí)行指令。包括：算術(shù)邏輯單元ALU計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）標志寄存器FR通用寄存器組EU控制器EU和BIU可并行工作，以提高系統(tǒng)的處理速度計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖AXBXCXDXSPBPDISI暫存器ALU標志寄存器EU控制器CSDSSSESIP內(nèi)部寄存器總線控制邏輯指令隊列BIUEUDataBus16bitAddressBus20bit外部總線通用寄存器組專用寄存器組計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心指令的執(zhí)行過程從CS:IP指向的地址取指令，然后CS:IP指向下一條指令執(zhí)行該指令例：ADDAX，BX；AX←AX+BX（1）取指：BIU將指令從內(nèi)存取到指令隊列（2）譯碼：EU控制器發(fā)出控制信號，將AX，BX寄存器的內(nèi)容送到ALU的兩個輸入端（3）執(zhí)行：ALU執(zhí)行加法運算，置標志寄存器的相關(guān)位（4）寫回：在控制信號的作用下，將加法結(jié)果送入AX2.28086的寄存器結(jié)構(gòu)計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心80x86寄存器組通用寄存器段寄存器專用（控制）寄存器對匯編語言程序員來說，必須熟悉處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)-寄存器組計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心通用寄存器（1）

0781531AHALAXEAXBHBLBXEBXCHCLCXECXDHDLDXEDXSPESPBPEBPDIEDISIESI累加器計數(shù)器基址指針數(shù)據(jù)堆棧指針基址指針目的變址源變址區(qū)域：對8086、8088和80286處理器不可用計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心通用寄存器（2）AX：累加器，是算術(shù)運算的主要寄存器，I/O指令使用該寄存器與外設(shè)傳送信息BX：通用寄存器，常用作基址寄存器CX：通用寄存器，在循環(huán)時作為隱含的計數(shù)器DX：通用寄存器，可以和AX一起存儲雙字，DX存放高位SP：用來指示棧頂?shù)钠频刂稡P：常用作堆棧區(qū)中的基地址指針SI：源變址寄存器，具有自動增/減功能DI：目的變址寄存器，具有自動增/減功能計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心段寄存器（1）CS代碼DS數(shù)據(jù)ES附加SS堆棧FSGS區(qū)域：對8086、8088和80286處理器不可用計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心段寄存器（2）CS：存放代碼段的段基址或段選擇字。DS：存放數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。ES：存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。SS：存放堆棧段的段基址或段選擇字FS：存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。GS：存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。

除非特別指定，一般情況下，各段的分配由操作系統(tǒng)負責(zé)，獨立占有64K，可以重疊。功能：存放內(nèi)存段的段基址計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心專用寄存器IP：指令指針寄存器。存放代碼段中的偏移地址，它始終指向下一條指令的首地址，與CS一起確定下一條指令的物理地址。PSW：程序狀態(tài)字寄存器。由條件碼標志和控制標志構(gòu)成。FLAGS（PSW）EFLAGS標志寄存器IPEIP程序指針寄存器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心標志寄存器（0~15）CF：進位標志。最高有效位的進位PF：奇偶標志。操作結(jié)果的最低字節(jié)中1的個數(shù)為偶數(shù)時置1，否則置0。AF：輔助進位或借位標志。即半字節(jié)進位或借位。ZF：零標志。結(jié)果為0時ZF置1。SF：符號標志。最高有效位為1，SF=1；否則，SF=0TF：陷阱標志。當TF置1，每條指令執(zhí)行完后產(chǎn)生單步中斷。IF：中斷標志。IF=1，響應(yīng)可屏蔽中斷；否則，禁止中斷。DF：方向標志。DF=0，串操作自動遞增；否則，自動遞減。OF：溢出標志。運算結(jié)果超出了機器能表示的范圍，則OF=115141312OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOPLNT計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心標志寄存器（0~15）80286處理器IOPL：I/O特權(quán)層。在保護模式下，用于控制對I/O地址空間的訪問。特權(quán)級（高）0，1，2，3（低）。當任務(wù)的當前特權(quán)級CPL高于或等于IOPL時，執(zhí)行輸入輸出指令、STI、CLI和LOCK前綴時，才不產(chǎn)生異常中斷13。NT：嵌套任務(wù)。在保護模式下，當某系統(tǒng)任務(wù)通過CALL指令調(diào)用另一個任務(wù)時，置NT為1。15141312OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOPLNT計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心標志寄存器（16~31）80386處理器RF：重新開始（Resume）。在調(diào)試時用于選擇性的屏蔽一些異常（exceotions)VM：在保護模式下，當VM置1時，32位處理器進入虛擬8086模式。80486處理器

AC：進行字、雙字或四字的邊界對齊檢查Pentium處理器VIF：虛擬中斷標志。中斷標志位的虛擬映像VIP：虛擬中斷掛起標志。表示虛擬中斷是否掛起。ID：為1時，允許使用CPU標識指令CPUID。312221191716IDVIP20VIFAC18VMRF計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心控制及調(diào)試寄存器CR（0~3）4個32位控制寄存器，用于分頁、Caching、保護。DR（0~7）8個32位調(diào)試寄存器，用于設(shè)置斷點。CR0031CR1CR2CR3DR0031DR1DR2DR3DR4DR5DR6DR7CR4GDTR：全局描述符基地址及限值（描述符表長度）IDTR：中斷描述符基地址及限值LDTR：局部描述符的段選擇字TR：任務(wù)狀態(tài)表的段選擇字計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心基地址限值系統(tǒng)地址寄存器047基地址限值LDTRTR1516GDTRIDTR計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心測試寄存器TR（3~7）5個32位測試寄存器，用于測試TLB和Cache。TR3031TR4TR5TR6TR7計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2.3

8086的存儲器組織計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心基本概念數(shù)據(jù)存儲單元ROM，RAM地址控制數(shù)據(jù)對比:寄存器是微處理器芯片內(nèi)部存放數(shù)據(jù)的存儲單元，用名稱區(qū)別存儲器是微處理器外部存放程序和數(shù)據(jù)的空間，用地址尋址存儲單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存是由許多存儲單元組成，為了區(qū)分不同的內(nèi)存單元，必須對計算機中的每個內(nèi)存單元進行編號，內(nèi)存單元的編號稱之為內(nèi)存單元的地址。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心英特爾x86處理器規(guī)定的存放方式存儲器中數(shù)據(jù)的存儲方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心在物理存儲器中：低字節(jié)存放在前面，高字節(jié)存放在后面，稱為LittleEndian。與之相反的是BigEndian。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心80x86存儲器管理實模式：使用20位物理地址、單任務(wù)工作方式、獨占系統(tǒng)所有資源。存儲器空間為00000H~FFFFFH。

DOS系統(tǒng)要求實模式保護模式：工作在系統(tǒng)所提供地址、多任務(wù)方式下，根據(jù)本任務(wù)的特權(quán)級請求使用系統(tǒng)資源計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心實模式存儲器地址物理地址：每個存儲單元具有一個唯一的20位地址邏輯地址：由段基址和偏移地址構(gòu)成段基址：每一段的起始地址，其低4位為0。每一段最大為64KB。偏移地址：在段內(nèi)相對于段基址的偏移值計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心實模式存儲器尋址（1）20位物理地址變=段地址（16位）×16d+偏移地址（16位）最大64KB段基址所選存儲單元00000FFFFF10000015F000015+1F000段內(nèi)偏移段寄存器段的起始地址必須從一小段（paragraph）的首地址開始，即最低4bit為0分段與偏移邏輯地址計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心實模式存儲器尋址（2）分段尋址允許數(shù)據(jù)和地址的重定位OS能夠在運行時刻分配段地址00000FFFFF100001520F0段寄存器340049001000020F003400049000存儲器CSDSSSES存儲器分段附：計算機硬件系統(tǒng)計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心輸入設(shè)備輸出設(shè)備入出接口和總線外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器存儲器作用存儲器是計算機中用來存放程序和數(shù)據(jù)的部件，是VonNeumann結(jié)構(gòu)計算機的重要組成。1937年，圖靈提出存儲程序概念，圖靈機使計算機走向通用。程序和數(shù)據(jù)的特點源程序、匯編程序、機器語言程序各種類型的數(shù)據(jù)其共同點是：二進制數(shù)串計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心存儲器要求能夠有兩個穩(wěn)定狀態(tài)來表示二進制中的“0”和“1”容易識別兩個狀態(tài)能方便地進行轉(zhuǎn)換幾種常用的存儲介質(zhì)磁介質(zhì)、觸發(fā)器、電容、光盤計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心與其它部件之間的關(guān)系是計算機中存儲正處在運行中的程序和數(shù)據(jù)(或一部分)的部件，通過地址、數(shù)據(jù)、控制三類總線與CPU或與其它部件連接計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心CPUMainMemory主存ReadDataBusk位AddressBusn位WriteReady存儲器的習(xí)慣分類易失性半導(dǎo)體存儲器統(tǒng)稱為RAM非易失性的半導(dǎo)體存儲器統(tǒng)稱為RO