微型计算机的组成及微处理器的功能结构.ppt

第二章,微型计算机的组成及微处理器的功能结构,2.1微型计算机的组成,2.2 80X86系列微处理器的功能结构 1.8086/8088 及80286微处理器的逻辑结构 2. 8086(8088) CPU的功能结构 3. 8086/8088的存储器组织及其寻址 4. 标志寄存器PSW 5. 8086/8088的I/O地址空间,2.3 精减指令集与复杂指令集计算机,第二章 微型计算机的组成及微处理器的功能结构,2.1微型计算机的组成 图2.1 微型计算机的硬件组成,第二章 微型计算机的组成及微处理器的功能结构 2.1 微型计算机中的组成,1.微处理器 中央处理部件CPU(Central Processing Unit) 2.存储器 RAM(Random Access Memory) ROM(Read Only Memory) 3.输入/输出设备及其接口电路 输入/输出（Input/Output,缩写位I/O）设备统称外部设备，简称I/O设备。 4.总线 数据总线DB(Data Bus) 地址总线AB(Address Bus) 控制总线CB(Control Bus),总线 总线是指传递信息的一组公用导线，是传送信息的公共通道，微机系统采用总线结构连接系统功能部件。 总线信号可分成三组 地址总线AB：传送地址信息 (单向) 数据总线DB：传送数据信息 (双向) 控制总线CB：传送控制信息(每根单向 /双向 ) 总线一般被看成一个独立的部件。,第二章 微型计算机的组成及微处理器的功能结构,2.2 80X86系列微处理器的功能结构 1.8086/8088 微处理器的逻辑结构 8086/8088CPU的内部逻辑结构 指令流队列 标志寄存器FLAGS (P43) 寄存器阵列微型计算机的总线结构,INTEL8086/8088处理器逻辑结构,*INTEL Pentium处理器逻辑结构,*超标量和流水线的概念,超标量：配置多个执行部件和指令译码电路，能同时执行多条指令。,Pentium由三个执行单元组织而成，一个执行浮点指令，另两个执行整型指令（U流水线和V流水线），这意味着Pentium同时可以执三条指令 流水线：在CPU中把一条指令分解成多个可单独处理的操作，使每个操作在一个专门的硬件站（stage）上执行，这样一条指令需要顺序地经过流水线中多个站的处理才能完成，但是前后相连的几条指令可以依次流入流水线中，在多个站间重叠执行，因此可以实现指令的并行处理。,8086(8088)CPU从功能上分成两大部分,总线接口单元BIU（Bus Interface Unit） BIU负责与存储器接口，BIU负责从内存的指定部分取出指令，送至指令流队列中排队（8086指令队列6字节，8088的指令队列4字节）；在执行指令时所需要的操作数 负责信息交换(地址信息、数据信息、控制信息) 执行单元EU（Execution Unit） 负责数据处理（算术运算、逻辑运算）,2. 8086(8088) CPU的功能结构 (P42图2.3),第二章 微型计算机的组成及微处理器的功能结构,总线接口部件BIU 执行部件EU,*386CPU寄存器结构,指令指针IP 段寄存器CS,DS,SS,ES,FS,GS 通用寄存器EAX,EBX,ECX,EDX 变址寄存器ESI,EDI 指针寄存器EBP,ESP 标志寄存器FLAGS 控制寄存器0(CR0),CR0的第0位叫保护允许位(PE)， PE用于对实模式和保护模式进行 切换，PE置0时选择实模式运行,INTEL8086/8088寄存器结构,第二章 微型计算机的组成及微处理器的功能结构,3. 8086/8088的存储器组织及其寻址,内存：内存是存储程序代码和数据的部件，由地址译码器、内存芯片等构成。 内存单元：存储信息的基本单位。每片内存芯片有若干个内存单元。每个单元可存储8位二进制数（1 Byte）,1）存储单元的地址和内容,存储器以字节(Byte)为单位存储信息，每个字节有一个地址，地址编码长度取决于地址总线的位数。 地址值一般用16进制格式表示，如： 0000H （16位地）， 0F00F4H（20位地址总线）,设2号单元中存放的内容为78H， 表示为:（0002H）=78H 如果数据以字为单位， 则占用连续的两个字节单元， 且用低地址表示： （0002H）=1A78H 若0002单元内容为一个地址， 而(1A78H)=3B6FH， 则可记为（(0002H)=3B6FH,2）对内存的读/写操作,3）存储器地址的分段,8086/8088有20条地址线，其寻址范围为： 1M（字节），地址从00000FFFFFH 但8086/8088中有关地址的寄存器都是16位的，寻址范围最多为64KB。 那么16位字长的机器里用什么办法提供20位地址？采用存储器地址分段的办法解决。 80X86CPU提供了存储器分段的机制，每段最大可寻址64KB，这样段内地址可用16位表示。 一个程序的代码、数据、堆栈等一般在存储器中占有不同的存储段,任何一个“物理地址”，例如234A5H 可以分解表示为： 22340H + 01165H ，两部分分别被称为“段地址”（前者）和“段内偏移地址”（后者）。 分解的规则是： 段地址最高四位与物理地址相同，最低四位为0，段内偏移地址的最高四位为0 。 存储实现：段地址去掉最低四位0，保存高16位，段内偏移地址去掉最高四位0，保存低16位，从而实现20位物理地址的16位存储和处理。 显然，在一个段内，偏移地址可以从 00000H 到 0FFFFH，这就是一个段的寻址空间 64K 。,在1MB(20位地址总线)的存储器中，每一个存储单元都有一个唯一的20位地址，称为该存储单元的物理地址（又叫实际地址）。 另一种叫逻辑地址，由两部分组成： 段基址和偏移量（偏移地址）。程序中不能使用20位的物理地址，而使用16位逻辑地址。20位物理地址由16位段地址和16位偏移地址组成。,由段地址和偏移地址 计算物理地址方法如下： 物理地址=10H段地址+偏移地址 实际上，一个物理地址有可能对应多个逻辑地址， 例：10145H 可对应10100H+45H,也可对应10140H+05H 对应前面提到的四个段寄存器CS、DS、SS和ES，有各自的用途： 存取操作数时用DS、ES作为段地址； 取指令码时用CS作为段地址，IP是偏移地址； 堆栈操作时用SS作为段地址，SP是偏移地址；,例如： 知道段地址 1010H，偏移地址 0045H，则实际物理地址的 计算方法如下： 段地址左移4位+偏移地址=物理地址， 即：10100H +0045H = 10145H 0001 0000 0001 0000 0000 + 0000 0000 0100 0101 0001 0000 0001 0100 0101(10145H) 各段在存储器中的分配一般由操作系统负责，,4. 标志寄存器PSW,这9个标志位分为两类: 状态标志：CF、PF、AF、ZF、SF、OF 控制标志：TF、IF、DF,1.进位标志CF 最高位产生进位或借位时，则CF=1，否则CF=0 2.奇偶标志PF 运算结果中1的个数为偶，则PF=1，否则PF=0 3.辅助进位标志AF 当D3向D4有进位或有借位时，则AF=1，否则AF=0 4.零标志ZF 运算的结果为零，则ZF=1，否则ZF=0 5.符号标志SF 运算的结果最高位为1，则SF=1， 否则SF=0 6.溢出标志OF 算术运算中，补码运算结果超出了带符 号数的表示范围，即： 超出OF=1，否则OF=0,6个状态标志位的意义,3个控制标志位的意义,7.跟踪标志TF若TF=1，则CPU按单步方式执行指令，以便于调试. 8.中断允许标志IF如果IF=1，允许CPU接收外部的可屏蔽中断请求。若IF=0，则不允许接收. 9.方向标志DF如果DF=1，使串操作指令按自动减量修改地址。若DF=0，则按自动增量修改地址.在DEBUG调试程序中提供了除TF以外，测试各个标志位的手段.,第二章 微型计算机的组成及微处理器的功能结构,5. 8086/8088的I/O地址空间,8086/8088 CUP与外设的连接都是通过I/O芯片， 每个芯片有一个或一个以上的端口，每个端口 分配一个地址，8086/8088允许有256个端口或 最多65536个端口（8位），两个相邻的8位端口 可组成一个