第4章16位微处理器

1,第四章,16位微处理器,2,8086与8088的比较,1、8088、8086基本类似16位CPU、地址总线宽度20位2、差别：指令预取队列：8088为4字节，8086为6字节数据总线引脚：8088有8根，8086有16根3、8088为准16位CPU，内部DB为16位，但外部仅为8位，16位数据要分两次传送4、指令系统完全相同，芯片内部逻辑结构、芯片引脚有个别差异。,8086/8088微处理器结构,AHAL,BHBL,CHCL,DHDL,SP,BP,DI,SI,通用寄存器,AX,BX,CX,DX,ALU数据总线（16位）,运算寄存器,ALU,标志寄存器,EU控制电路,执行部件EU,123456,数据总线8088:8位8086:16位,输入/输出控制电路,地址总线20位,指令队列缓冲器,8088,8086,Q总线（8位）,指令指针,段寄存器,外部总线,总线接口部件BIU,地址加法器,一、执行部件EU,1、通用寄存器通用寄存器包括：数据寄存器、地址指针寄存器、变址寄存器。数据寄存器包括:AX、BX、CX、DX。地址指针寄存器包括:SP、BP。变址寄存器包括:SI、DI。2、段寄存器段寄存器包括:CS、SS、DS、ES。3、控制寄存器控制寄存器包括：IP、FLAGS。,AX，BX，CX，DX又可分为8个8位寄存器，即：AX：AH，ALBX：BH，BLCX：CH，CLDX：DH，DL常用来存放参与运算的操作数或运算结果,AX（Accumulator）作为累加器。它是算术运算的主要寄存器，所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。例：INAL,20HOUT30H,AXBXBase用作基址寄存器使用。在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。例：MOVAX,BX+03H,CXCount可以作计数寄存器使用。在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。例：MOVCX,200HAGAIN:LOOPAGAIN；（CX)-1(CX),结果0转AGAINDXData可以作为数据寄存器使用。一般在双字长乘除法运算时，把DX和AX组合在一起存放一个双字长(32位)数，DX用来存放高16位;对某些I/O操作DX可用来存放I/O的端口地址（口地址256）。例：MULBX;(AX)(BX)(DX)(AX)例:INAL,DX,（2）地址指针与变址寄存器：段起始地址SP、BP、SI、DI四个16位寄存器。以字为单位在运算过程中存放操作数，经常用以在段内寻址时提供偏移地址。段内偏移地址段地址:只取段起始地址高16位值。偏移地址:指在段内某内存单元物理地址相对段起始地址的偏移值。,高16位值0000B,地址指针寄存器(SP、BP)SP（stackpointer）堆栈指针寄存器用来指示栈顶的偏移地址,必须与SS段寄存器联合使用确定实际地址。堆栈和指针如下页图所示。BP（basepointer）基址指针寄存器可以与SS寄存器联合使用来确定堆栈段中某一存储器单元地址。,变址寄存器(SI、DI)SISourceIndexRegister源变址寄存器。DIDestinationIndex目的变址寄存器。使用场合：常用于变址寻址。一般与DS联用，用来确定数据段中某一存储单元的地址，SI,DI具有自动增量和自动减量功能.例：MOVAX,SI,2FLAGS：标志寄存器状态标志：存放算术逻辑运算结果的特征，可能影响后面的操作。控制标志：控制某些特殊操作，由专门的指令进行设置或清除。6个状态标志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF)3个控制标志位(IF，TF，DF),标志寄存器的格式及各位的含义,状态标志,零标志ZF（ZeroFlag）：若运算结果为0，则ZF1；否则ZF0。,进位标志CF（CarryFlag）：加法时，最高位（字节操作时的D7位，字操作时的D15位）是否有进位产生。减法时，最高位（字节操作时的D7位，字操作时的D15位）是否有借位产生。,奇偶标志PF（ParityFlag）：若运算结果低8位中“1”的个数为偶数，则PF1；否则PF0。,符号标志SF（SignFlag）：与运算结果的最高位相同，当数据用补码时，负数的最高位是1。,溢出标志OF（OverflowFlag）：若运算过程中发生了“溢出”，则OF1。定义：运算结果超出计算装置所能表示的范围，称为溢出。判断方法之一【逻辑】：溢出最高位进位V次高位进位。,辅助进位标志AF（AuxiliarycarrryFlag）：也称“半进位标志”，它反映：加法时，第3位向第4位有进位;减法时，第3位向第4位有借位。,控制标志(3位)：每一位控制标志都对一种特定的功能起控制作用。可以通过专门的指令对其进行“置位”（Set）或“复位”（Reset）。,中断标志IF（InterruptEnableFlag）：如果IF置“1”，则CPU可以接受可屏蔽中断请求；反之，则CPU不能接受可屏蔽中断请求。指令系统中有两条专门的指令可以置“1”或置“0”IF标志位：STI使IF置“1”，即开放中断。CLI使IF清“0”，即关闭中断,方向标志DF（DirectionFlag）：用于串操作指令中的地址增量修改（DF0）还是减量修改（DF1）。STD，CLD。跟踪标志TF（TrapFlag）：若TF1，则CPU按跟踪方式（单步方式）执行程序。,2003.09.03(3学时),二、总线接口部件BIU,功能：负责与内存(M)、输入/输出(I/O)接口之间指令或数据的传送：1)从内存M取指令存入指令队列，供EU使用。2）EU执行指令需读数据/送结果时，都请BIU。,组成：1、用于存放逻辑段的段基地址(后面将要介绍)CS：代码段寄存器，用于存放指令代码DS：数据段寄存器ES：附加段寄存器，数据段和附加段用来存放操作数。SS：堆栈段寄存器，用于存放返回地址，保存寄存器内容，传递参数等。2、IP：指令指针寄存器3、20位的地址加法器4、6字节（或4字节）的指令队列5、输入/输出控制电路（总线控制逻辑）,BIU与EU的动作管理：CPU工作的基本步骤BIU从内存取指令，同时IP修正；EU识别、分析指令（操作码）；如需操作码，由BIU取数；EU执行指令；如需，由BIU送出结果。,流水线技术：BIU和EU工作不冲突时，可并行。,BIU的动作管理当指令队列有2个字节（1个空字节）时，BIU自动从内存取指令添满指令队列，同时IP修正；当EU准备执行一条指令时，会从BIU的指令队列前部取出指令的代码，然后执行。,3)执行时需访问M或者I/O时，EU就会请求BIU，进入总线周期，完成数据传输操作。（a）如果BIU空闲，那么，会立即响应EU的总线请求。（b）如果BIU正在取指令，等BIU完成这个取指令的总线周期，再去响应EU发出的访问总线的请求。,4)当指令队列已满，而执行部件又没有总线访问时，总线接口部件便进入空闲状态。5)在执行转移指令、调用指令和返回指令时，指令队列自动清空，总线接口部件会接着往指令队列中装入另一个程序段中的指令。,结构：单元组成按字节编址。存放规则字节存放：任一单元，其地址为字节地址；字存放：连续2个单元，低地址为字地址；双字存放：连续4个单元，低地址为双字地址；规则字：字地址为偶地址；(2211H)非规则字：字地址为奇地址。(3322H),三、存储器结构,分段：物理地址：20根地址线，寻址空间220(1MB)00000HFFFFFH。内部寄存器均为16位，寻址空间216(64KB)0000HFFFFH。存不下20位地址。？分段处理：将内存分为若干可重叠的逻辑段，每段大小栈,TF暂存器,0TF和IF,CS、IP栈,(4N,4N+1),IP,(4N+2,4N+3),CS,有NMI？,暂存器=1?,执行中断服务程序,执行IRET指令,(弹出CS,IP,FR),IF=1?,N,N,N,Y,Y,(1),(1),(2),(3),(4),(5),8086中断响应时序,（三）软件中断(内部中断),溢出中断类型4若上一条指令执行的结果使溢出标识位OF被置1，则接着执行INTO指令时，将引起类型为4的内部中断，CPU转入对溢出错误处理程序，若OF=0时，INTO指令执行空操作，即INTO指令不起作用。INTO指令通常安排在算术指令之后，以便在溢出时能及时处理。,除法错中断(也称除数为0中断)类型0在执行DIV(无符号除法)或IDIV(带符号除法)指令时，若发现除数为0，则立即产生一个类型号为0的内部中断，CPU转向除法错中断处理程序。,断点中断类型3INT3或简写为INT，是单字节指令。调试程序时可以在一些关键性的地方设置断点，使CPU在此断点处执行中断服务程序。单步中断类型1,软件(指令)中断(执行IN