微機原理課件1-2.ppt

1、1.4 8086/8088微處理器,微處理器是微機的硬件核心 主要包含指令執(zhí)行的運算和控制部件，還有多種寄存器。 對程序員來說，微處理器抽象為以名稱存取的寄存器。,1.4.1 8086/8088的結(jié)構(gòu),內(nèi)部結(jié)構(gòu),8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個功能模塊，完成一條指令的取指和執(zhí)行功能。 模塊之一：總線接口單元BIU，主要負責讀取指令和操作數(shù)。 模塊之二：執(zhí)行單元EU ，主要負責指令譯碼和執(zhí)行。,8086內(nèi)部結(jié)構(gòu),1.執(zhí)行單元EU（Execution Unit） 功能:負責指令的執(zhí)行 組成:,1.4.1 8088/8086的結(jié)構(gòu),標志寄存器PSW 算術(shù)邏輯單元ALU 運算寄存器 EU控制系統(tǒng),2.總線接口部

2、件BIU （Bus Interface Unit） 功能:與微處理器外部總線連接，負責與存儲器、I/O接口進行聯(lián)絡(luò)，存取指令、操作數(shù)等。 組成: 4個段寄存器 16位的指令指示器IP 20位的地址加法器 6個字節(jié)的指令隊列,1.4.1 8088/8086的結(jié)構(gòu),8088/8086微處理器特點,流水線結(jié)構(gòu) (1)每當8086的指令隊列中有2個空字節(jié)，BIU就會自動把指令取到指令隊列中。 (2)而同時EU從指令隊列取出一條指令，并用幾個時鐘周期去分析、執(zhí)行指令。 (3)當指令隊列已滿，而且EU對BIU又無總線訪問請求時，BIU便進入空閑狀態(tài)。 (4)在執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回指令時，指令隊列中的原有內(nèi)

3、容被自動清除。 EU和BIU可并行重疊工作，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度和利用率，同時降低了對存儲器存取速度的要求。,1.4.2 8086的寄存器組,對匯編語言程序員來說，8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是可編程的寄存器組。 8個通用寄存器 1個指令指示器 1個狀態(tài)標志寄存器 4個段寄存器,1.通用寄存器,數(shù)據(jù)寄存器 AX、BX、CX、DX 功能：存放參與操作的數(shù)據(jù)與結(jié)果。 說明：每個數(shù)據(jù)寄存器高、低8位都可作為獨立的8位寄存器使用。 例： AX 可分作 AH、AL,地址寄存器 SP、BP、SI、DI 功能：存放內(nèi)存單元的偏移地址或其中的一個分量 SP: 堆棧指針 BP: 基址指針 SI: 源變址寄存器 DI: 目

4、的變址寄存器,數(shù)據(jù)寄存器,數(shù)據(jù)寄存器用來存放計算的結(jié)果和操作數(shù)，也可以存放地址。 每個寄存器又有它們各自的專用目的： AX累加器，使用頻度最高，用于算術(shù)、邏輯運算以及與外設(shè)傳送信息等。 BX基址寄存器，常用做存放存儲器地址。 CX計數(shù)器，作為循環(huán)和串操作等指令中的隱含計數(shù)器。 DX數(shù)據(jù)寄存器，常用來存放雙字長數(shù)據(jù)的高16位，或存放外設(shè)端口地址。,變址寄存器SI和DI,變址寄存器常用于存儲器尋址時提供地址 SI是源變址寄存器 DI是目的變址寄存器 串操作類指令中，SI和DI具有特別的功能。,堆棧指針寄存器,堆棧指針寄存器用于尋址內(nèi)存堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)。 SP為堆棧指針寄存器，指示棧頂?shù)钠频刂贰?SP

5、不能再用于其他目的，具有專用目的。,基址指針寄存器 BP為基址指針寄存器，表示數(shù)據(jù)在堆棧段中的基地址。 SP和BP寄存器與SS段寄存器聯(lián)合使用以確定堆棧段中的存儲單元地址。,堆棧（Stack）,堆棧是主存中一個特殊的區(qū)域。 它采用先進后出FILO（First In Last Out）或后進先出LIFO（Last In First Out）的原則進行存取操作，而不是隨機存取操作方式。 堆棧通常由處理器自動維持。在8086中，堆棧由堆棧段寄存器SS和堆棧指針寄存器SP共同指示。,2.指令指示器IP,指令指示器IP，指示代碼段中指令的偏移地址。 它與代碼段寄存器CS聯(lián)用，確定下一條指令的物理地址。

6、計算機通過CS : IP寄存器來控制指令序列的執(zhí)行流程。 指令指示器IP是一個專用寄存器。,3.狀態(tài)標志寄存器,程序設(shè)計需要利用標志的狀態(tài),標志（Flag）用于反映指令執(zhí)行結(jié)果或控制指令執(zhí)行形式 8086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寄存器）,標志的分類,狀態(tài)標志用來記錄程序運行結(jié)果的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應(yīng)地設(shè)置它。 CF ZF SF PF OF AF 控制標志可由程序根據(jù)需要用指令設(shè)置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方式。 DF IF TF,標志寄存器(Flags),狀態(tài)標志：表示處理器當前運行的狀態(tài)。 CF進位標志，運算結(jié)果有進(借)位，CF=

7、1 AF輔助進位標志，低4位向前有進(借)位，AF=1 ZF零標志，結(jié)果為0， ZF=1 SF符號標志，最高位的值 OF溢出標志，雙高位判別法確定 PF奇/偶標志，運算結(jié)果低8位中1的個數(shù)為偶數(shù)，PF=1 控制標志：控制處理器的某一特定功能。 IF可屏蔽中斷允許標志，IF=1表示允許 DF方向標志，DF=0 地址增量變化；DF=1地址減量變化 TF陷阱標志(單步執(zhí)行標志),什么是溢出,處理器內(nèi)部以補碼表示有符號數(shù)。 8位表達的整數(shù)范圍是：127128 16位表達的范圍是：3276732768 如果運算結(jié)果超出這個范圍，就產(chǎn)生了溢出。 有溢出，說明有符號數(shù)的運算結(jié)果不正確。,溢出和進位,請看例子

8、,溢出標志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(shù)運算結(jié)果是否超出范圍，如果考慮進位位，運算結(jié)果仍然正確；該標志主要用于多字節(jié)數(shù)的加減運算，傳遞進位或借位標志。 溢出標志表示有符號數(shù)運算結(jié)果是否超出范圍，運算結(jié)果已經(jīng)不正確。,溢出和進位的對比,例1：3AH + 7CHB6H 無符號數(shù)運算：58124182 范圍內(nèi)，無進位 有符號數(shù)運算： 58124182 范圍外，有溢出,例2：AAH + 7CH（CF=1）26H 無符號數(shù)運算：170124256+38 294 范圍外，有進位 有符號數(shù)運算：8612438 范圍內(nèi)，無溢出,如何運用溢出和進位,處理器對兩個操作數(shù)進行運算時，

9、按照無符號數(shù)求得結(jié)果，并相應(yīng)設(shè)置進位標志CF；同時，根據(jù)是否超出有符號數(shù)的范圍設(shè)置溢出標志OF。 應(yīng)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(shù)認為是無符號數(shù)，就應(yīng)該關(guān)心進位；認為是有符號數(shù)，則要注意是否溢出。,溢出的判斷,判斷運算結(jié)果是否溢出有一個簡單的規(guī)則： 只有當兩個相同符號數(shù)相加（包括不同符號數(shù)相減），而運算結(jié)果的符號與原數(shù)據(jù)符號相反時，產(chǎn)生溢出；因為，此時的運算結(jié)果顯然不正確。 其他情況下，則不會產(chǎn)生溢出。,例.某CPU內(nèi)含 8位運算器，則： 參加運算的數(shù)及結(jié)果均以8位 表示,最高位產(chǎn)生的進位或借位在8位運算器中不保存，而將其保存到標志寄存器中。,標志寄存器舉例

10、,15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,O D I T S Z A P C,最高位=1SF=1 低8位中1的個數(shù)為4個PF=1 運算結(jié)果不為0ZF=0 低4位向前有進位AF=1 最高位向前沒有進位CF=0 溢出標志OF=1,0101 0100 0011 1001 +0100 0101 0110 1010 1001 1001 1010 0011,4. 段寄存器,段寄存器 CS、SS、DS、ES 功能：存放段基址的高16位 分工： CS: 代碼段寄存器 SS: 堆棧段寄存器 DS: 數(shù)據(jù)段寄存器 ES: 附加段寄存器,1.5 8086/8088的存儲器結(jié)構(gòu)與堆

11、棧,寄存器是微處理器內(nèi)部暫存數(shù)據(jù)的存儲單元，以名稱表示。 存儲器則是微處理器外部存放程序及其數(shù)據(jù)的空間。 程序及其數(shù)據(jù)可以長久存放在外存，在程序需要時才進入主存。 主存需要利用地址區(qū)別。,數(shù)據(jù)信息的表達單位,計算機中信息的單位 二進制位Bit：存儲一位二進制數(shù)：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(shù)據(jù)的最低位，D0位 最高有效位MSB：數(shù)據(jù)的最高位，對應(yīng)字節(jié)、字、雙字分別指D7、D15、D31位。,1.5.1 存儲器編址,1.8086/8088系統(tǒng)中的存儲器以字節(jié)為單位組織 存儲

12、器由大量存儲單元組成，為了區(qū)分每個單元，每個存儲單元都有一個編號，稱為存儲器地址。 通常采用十六進制數(shù)來表達地址 Intel 8086具有1兆字節(jié)（1MB）存儲器容量 其存儲器地址可以表示為：00000H FFFFFH 其中大寫H（或小寫h）表示是16進制數(shù) 每個存儲單元存放一個字節(jié)的內(nèi)容 對于超過8位的數(shù)，可以用多字節(jié)表示,1.5.1 存儲器編址,2.多字節(jié)數(shù)據(jù)存放方式 多字節(jié)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)占據(jù)的地址空間。,數(shù)據(jù)的存儲格式,物理地址,存儲單元,0002號“字節(jié)”單元的內(nèi)容為： 0002H3

13、4H 0002號“字”單元的內(nèi)容為： 0002H = 1234H 0002號“雙字”單元的內(nèi)容為： 0002H = 78561234H,數(shù)據(jù)的地址對齊,視具體情況來確定,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。 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(shù)據(jù)，處理器訪問時，需要額外的訪問存儲器時間。 應(yīng)該將數(shù)據(jù)的地址對齊，以取得較高的存取速度。 機器指令和數(shù)據(jù)可以自由地存放在任何地址中，存放時只需按字節(jié)順序一個接著一個存放就可以了。,1.5.2 存儲器分段和物理地址的生成,1.存儲器分段

14、原因 8086CPU有20條地址線，最大可尋址空間為2201MB，物理地址范圍從00000HFFFFFH。 8086CPU內(nèi)部提供的地址寄存器和算術(shù)邏輯單元ALU都是16位，可尋址216=64KB。 解決方法：8086CPU將1MB存儲器空間分成許多邏輯段 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。,1.5.2 存儲器分段和物理地址的生成,2.存儲器分段將存儲器分為不同的工作區(qū)段 規(guī)則（隱含）如下： 段首地址的低4位為0000B 20位地址中的低16位地址是可變的 一個段大?。?4KB,1.5.2 存儲器分段和物理地

15、址的生成,3.存儲器地址的表示方法 物理地址 對應(yīng)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00000HFFFFFH。 邏輯地址 分段后在用戶編程時，采用邏輯地址，形式為 段地址：偏移地址 其中： 段地址段首地址的高16位，它們存于段寄存器（CS，DS，SS，ES）中； 偏移地址段內(nèi)的存儲單元相對于段起始地址的偏移量，它們存于BX，BP，SI，DI，IP，SP中。（又稱為有效地址EA）,邏輯地址,段地址說明邏輯段在主存中的起始位置 8086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位數(shù)據(jù)表示，就能用16位段寄存器表達段地址。,偏移地址說明

16、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(shù)據(jù)表示,物理地址和邏輯地址的轉(zhuǎn)換,邏輯地址1460:100、1380:F00 物理地址14700H 14700H,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。 物理地址 = 段地址*10H + 偏移地址 一個物理地址可以有多個邏輯地址。,注：每一個存儲單元只有唯一的物理地址，但它可由不同的段地址和不同的偏移地址組成。,物理地址 = 段地址 * 10H + 偏移地址 邏輯地址段地址：偏移地址 段地址：CS、DS、ES、SS。 偏移地址：IP、 SP、 SI 、 DI 、BX、BP等。,存儲器物理地址的計

17、算方法,4.段寄存器,8086有4個16位段寄存器 CS（代碼段）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(shù)據(jù)段）指明數(shù)據(jù)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。,代碼段（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指示下一條指令的偏移地址 處理器CPU利用CS:IP取得下一條要執(zhí)行的指令,堆棧段（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 堆棧指針寄存器SP指示堆棧棧頂?shù)钠?/p>

18、移地址 處理器CPU利用SS:SP操作堆棧頂?shù)臄?shù)據(jù),數(shù)據(jù)段（Data Segment）,數(shù)據(jù)段存放運行程序所用的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)段寄存器DS存放數(shù)據(jù)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(shù)的偏移地址 處理器CPU利用DS:EA存取數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù),附加段（Extra Segment）,附加段是附加的數(shù)據(jù)段，也用于數(shù)據(jù)的保存。 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(shù)的偏移地址 處理器利用ES:EA存取附加段中的數(shù)據(jù) 串操作指令將附加段作為其目的操作數(shù)的存放區(qū)域,8086對存儲器的訪問,如何分配各個邏輯段,演示,程序的指令序列必須安排在

19、代碼段 程序使用的堆棧一定在堆棧段 程序中的數(shù)據(jù)默認是安排在數(shù)據(jù)段，也經(jīng)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(shù)據(jù)的存放比較靈活，實際上可以存放在任何一種邏輯段中。,存儲器的分段,各段獨立,各段重疊,最多多少段？,最少多少段？,8086對邏輯段要求： 段地址低4位均為0 每段最大不超過64KB 8086對邏輯段并不要求： 必須是64KB 各段之間完全分開（即可以重疊）,各個邏輯段獨立,自每個首地址開始，各段均占64KB的范圍，各段之間互不重疊。,各個邏輯段重疊,各段大小根據(jù)實際需要進行分配，3種段集中在一個邏輯段內(nèi)，其大小不超過64KB。,1MB空間的分段,1MB空間最多能分成多

20、少個段？ 每隔16個存儲單元就可以開始一個段，所以1MB最多可以有：2201621664K 個段 1MB空間最少能分成多少個段？ 每隔64K個存儲單元開始一個段，所以1MB最少可以有： 22021616 個段,總 結(jié),熟悉上述內(nèi)容后，就可以進入下節(jié)。,8086有8個8位通用寄存器、8個16位通用寄存器。 8086有6個狀態(tài)標志和3個控制標志。 8086將1MB存儲空間分段管理，有4個段寄存器，對應(yīng)4種邏輯段。,1.5.3 堆棧和棧操作指令,1.5.3.1 堆棧的概念 1.堆棧是在存儲器中開辟的一片數(shù)據(jù)存儲區(qū)，其特點： 一端固定棧底，另一端活動棧頂。 2.堆棧以 “先進后出”的方式工作。 3.堆

21、棧區(qū)地址： 段地址 保存在SS段寄存器中 偏移地址用堆棧指針寄存器SP指定,定義一個堆棧時,SS：0000,SP,棧頂與棧底重合,棧大小,小地址,大地址,4.8086/8088堆棧的工作過程,堆棧的伸展方向是從大地址向小地址 堆棧操作是字操作 將一個數(shù)壓入堆棧， 進棧，SPSP-2； 將一個數(shù)從棧頂彈出， 出棧，SPSP+2。,堆棧和隊列,堆棧：按照先進后出(FILO)的原則組織的存儲器空間（棧） 隊列：按照先進先出(FIFO)的原則組織的存儲器空間,堆棧操作,PUSH ；進棧指令先使堆棧指針SP減2，然后把一個字操作數(shù)存入堆棧頂部,POP ；出棧指令把棧頂?shù)囊粋€字傳送至指定的目的操作數(shù)，然后堆棧指針SP加2,堆棧只有兩種基本操作： 進棧指令PUSH 出棧指令POP,1.5.