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第四章 典型的CPU及指令系统 第四章的内容章节 4 1 8086 8088CPU4 2 主存贮器4 3 8088 8086堆栈4 4 8088 8086指令系统4 5 提高CPU性能的一些措施 第三章的模型计算机CPU图 IBM公司于1981年8月12日所推出的第一台IBMPC 51501985年 中国自行研制成功了第一台微型计算机 长城的0520 第一台IBMPC 4 1 8086 8088CPU 主要内容 4 1 18086 8088CPU的结构1 8086 8088的内部结构2 8086 8088主存地址的形成4 1 28086 8088寄存器1 段寄存器2 通用寄存器3 用于控制的寄存器 8086 8088CPU 8088 8086 8086 8088CPU 8088 8086 8086 8088CPU 8088 8086 8086 8088CPU 8088 8086 8086 8088CPU 8088 8086 8086 8088CPU IBM公司于1981年8月12日所推出的第一台PC机的主板图 8086 8088CPU 4 1 8086 8088CPU 概述 相同点 都是16位机 外部地址线都是20条 内部结构基本相同 4 1 8086 8088CPU 不同点 最主要的区别就是系统总线中的数据线8086是16位 而8088地址线是8位 此外 8088 8086都是16位宽度的计算机但常常称8088是准16位机 8086 8088CPU 1 8086 8088的内部结构 4 1 1 8086 8088CPU的结构 流水线式的取指 执行 8086 8088CPU 8086 8088CPU 1 EU2 BIU 1 8086 8088的内部结构 1 EU ExecuteUnit 从指令队列里取出指令代码 由EU控制器进行译码后产生对应的控制信号到各部件以完成指令规定的操作对操作数进行算逻运算 并将运算结果的特征状态存放在标志寄存器中由于EU不直接与系统总线连接 由此当需要与主存储器或I O端口传送数据时 EU向BIU发出命令 并提供给BIU16位有效地址与传送的数据 8086 8088CPU 8086 8088CPU 1 8086 8088的内部结构 2 BIU BusInterfaceUnit 从主存取出指令送到指令队列中排队从主存或I O端口取操作数或存放运算结果计算并形成访问贮存的20位物理地址 8086 8088CPU 2 8086 8088主存地址的形成 先给大家学习以下计算机科学中的量词210 1024 1K220 1024K 1M230 1024M 1G我们学习的8088 8086有20根地址线 可以将主存储器编上220个内存单元 即1M内存 即使有多于1M内存的内存 对于8088 8086来说 也是浪费 8086 8088CPU 2 8086 8088主存地址的形成 现在有一个问题 20根地址线需要一次提供20个信号 但是我们的计算机是16位宽度 16位的CPU宽度如何由CPU提供20位的地址信号呢 8086 8088CPU 16位 20位 2 8086 8088主存地址的形成 其实答案很简单 一个寄存器的宽度是16位 两个寄存器不就是32为宽度了吗我们没有用两位寄存器并在一起来提供32位的信号 而让一个20位的寄存器和一个16为寄存器进行加法来得到一个20位的地址信号 8086 8088CPU 2 8086 8088主存地址的形成 8086 8088CPU 2 8086 8088主存地址的形成 8086 8088CPU 半导体主存贮器的发展1 8086 8088CPU 半导体主存贮器的发展2 8086 8088CPU 半导体主存贮器的发展3 8086 8088CPU 半导体主存贮器的发展4 8086 8088CPU 2 8086 8088主存地址的形成 我们把提供一个20位地址的两个寄存器中的值分别称之为 20位寄存器中的值称之为段基址 Segmentbasevalue 16位寄存器中的值称之为偏移量 Offset 或有效地址 Effectiveaddress 段基址是由四个段寄存器提供20位的高16位 低四位补0形成的偏移量是由CPU内的EU部分提供的 8086 8088CPU 4 1 28086 8088寄存器 1 段寄存器2 通用寄存器 1 地址指针寄存器 2 数据寄存器3 用于控制的寄存器 1 指令指针IR 2 标志寄存器FR 8086 8088CPU 1 段寄存器2 通用寄存器 1 地址指针寄存器 2 数据寄存器3 用于控制的寄存器 1 指令指针IR 2 标志寄存器FR 8086 8088CPU 1 段寄存器 四个段寄存器都可以提供16位信号 这个二进制数再加上四位为0的低位就可以行成段基址 1M的内存最多可有64K个段基址 每个段基址都可以加上一个16位的值 小于64K 最终形成20位的物理地址 8086 8088CPU 1 段寄存器 8086 8088CPU 2 通用寄存器 1 地址指针寄存器 2 数据寄存器 8086 8088CPU 2 通用寄存器 1 地址指针寄存器 2 数据寄存器 8086 8088CPU 3 用于控制的寄存器 1 指令指针IR 8086 8088CPU 3 用于控制的寄存器 2 标志寄存器FR 8086 8088CPU 3 用于控制的寄存器 2 标志寄存器FR 8086 8088CPU 3 用于控制的寄存器 2 标志寄存器FR 8086 8088CPU 3 用于控制的寄存器 2 标志寄存器FR进位标志位CF CarryFlag 奇偶标志位PF ParityFlag 辅助进位标志位 AuxiliaryFlag 零值标志位 ZeroFlag 符号标志位SF SignFlag 溢出标志位OF OverflowFlag 单步 跟踪 标志位TF TraeFlag 中断标志位IF Interrupt enableFlag 方向标志位DF DirectionFlag 8086 8088CPU 4 2 主存贮器 4 2 18086 8088主存储器的特点4 2 2主存储器的段结构4 2 3逻辑地址与物理地址1 逻辑地址2 物理地址3 逻辑地址的来源 8086 8088主存储器的特点 8086 8088主存储器的特点 8086 8088主存储器的特点 8086 8088主存储器的特点 4 2 3逻辑地址与物理地址 1 逻辑地址段基值 偏移量2 物理地址3 逻辑地址的来源 8086 8088主存储器的特点 4 38086 8088堆栈 4 3 1堆栈组织4 3 2堆栈操作1 压栈2 出栈 堆栈组织 堆栈操作 1 压栈2 出栈 4 48086 8088指令系统 4 4 18086 8088寻址方式4 4 28086 8088指令 4 4 18086 8088寻址方式 1 寄存器寻址方式 RegisterAddress 2 立即数寻址方式 ImmediateAddress 3 存储器寻址方式 1 直接寻址方式 DirectAddress a 用数值地址表示b 用符号地址表示 2 寄存器间接寻址方式 RegisterIndirectAddress 4 4 18086 8088寻址方式 2 寄存器间接寻址方式 RegisterIndirectAddress 3 变址寻址 IndexedAddresssing 和基址 BasedAddressing 寻址方式 4 基址变址寻址 BasedIndexedAddressing 5 串操作寻址方式 StringAddressing 6 I O端口寻址 操作码 REG Ri 操作数 寄存器寻址方式 立即数寻址方式 3 存储器寻址方式 直接寻址方式 DirectAddress 寄存器间接寻址方式 变址寻址 IndexedAddresssing 和基址 BasedAddressing 寻址方式 用变址寻址方式访问一维数组 基址变址寻址 BasedIndexedAddressing 用基址变址寻址方式访问二维数组 SI DI 源串有效地址 目的串有效地址 4 4 28086 8088指令 按操作数地址个数 1 双操作数指令 OPRDEST SRC2 单操作数指令 OPRDEST3 无操作数指令 OPR 4 4 28086 8088指令 按功能来分 1 传送类指令 Transferinstructions 2 算术运算类指令 Arithmaticinstructions 3 位操作类指令 Bitmanipulationinstructions 4 串操作类指令 Stringinstructions 5 程序转移类指令 Programtransferinstructions 6 处理器控制类指令 Processorcontrolinstructions 1 传送类指令 Transferinstructions 1 数据传送指令 Move 指令中只允许两个操作数的其中一个在主存储器中 立即数不能直接送段寄存器 段寄存器也不能之间直接传送 1 传送类指令 Transferinstructions 2 交换指令 Xchange 1 传送类指令 Transferinstructions 3 标志位传送类指令 1 取标志指令LAHF LoadRegisterAHfromFlag 1 传送类指令 Transferinstructions 3 标志位传送类指令 2 取标志指令SAHF SaveRegisterAHintoFlag s 1 传送类指令 Transferinstructions 3 标志位传送类指令 3 标志压栈指令PUSHF PushFlag 4 标志出栈指令POPF PopFlag 1 传送类指令 Transferinstructions 4 地址传送指令 AddressTransfer 1 装入有效地址指令 LoadEffectiveAddress LEA 1 传送类指令 Transferinstructions 4 地址传送指令 AddressTransfer 2 装入地址指针指令 LoadEffectiveAddress LDS LES 4 地址传送指令 AddressTransfer 2 装入地址指针指令 LoadEffectiveAddress LDS LES例4 7 2 算术运算类指令 Arithmaticinstructions 1 加法运算指令 Addition 1 加法指令 Addition ADD例4 8 2 带进位加法指令 AddwithCarry ADC 3 加1指令 Increment INC2 减法运算指令 1 减法指令 Subtraction SUB 2 带借位减法指令 SubtractwithBorrow SBB 3 减一指令 Decrement DEC 4 求负数指令 Negative NEG 5 比较指令 Compare CMP 2 算术运算类指令 Arithmaticinstructions 减法指令 Subtraction SUB 3 乘法指令 1 无符号数乘法指令MUL 2 带符号数除法指令IMUL 2 算术运算类指令 Arithmaticinstructions 乘法指令 4 乘法指令 1 无符号数除法指令DIV 2 带符号数除法指令IDIV 3 字节 字符号扩展指令CBW CWD 2 算术运算类指令 Arithmaticinstructions 除法指令 5 BCD码校正指令 1 非组合型加法校正指令 ASCIIAdjustforAddition AAA 2 组合型加法校正指令 DecimalAdjustforAddition DAA 3 非组合型减法校正指令 ASCIIAdjustforSubtraction AAS 4 组合型减法校正指令 DecimalAdjustforSubtraction DAS 2 算术运算类指令 Arithmaticinstructions 3 位操作类指令 Bitmanipulationinstructions 3 位操作类指令 Bitmanipulationinstructions 3 位操作类指令 Bitmanipulationinstructions 3 位操作类指令 Bitmanipulationinstructions 3 位操作类指令 Bitmanipulationinstructions 3 位操作类指令 Bitmanipulationinstructions 4