桂林电子科技大学 微机原理课件D2.1.ppt

地址线20根，所表示的地址范围（寻址范围）为220210210102410241K1K1MB,数据总线16根，一次传送16位数据16位微处理器,第2章8086微处理器,2.18086微处理器的内部结构,2.1.18086基本组成8086CPU由总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和指令执行部件EU（ExecutionUnit）两个独立的功能部件组成。其内部结构框图如图2.1所示。,算术逻辑单元（ALU）可完成16位或8位的二进制运算。暂存寄存器(16位)用来暂存参加运算的操作数。经ALU运算后的结果特征置入标志寄存器中保存。EU控制器负责从BIU的指令队列中取指令，并对指令译码，根据指令要求向EU内部各部件发出控制命令以完成各条指令的功能。,1.指令执行部件EU其主要功能是执行指令。,2.总线接口部件BIU总线接口部件主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列缓冲器和总线控制电路等部件组成，其主要功能是形成访问存储器的物理地址，负责与外部（存储器或I/O接口）打交道。,（）地址加法器(16位)将两个16位的逻辑地址转换为20位的物理地址，以达到可寻址1M字节的存储空间。,2.指令队列缓冲器(6字节)可存放6字节的指令代码，一般情况下应保证指令队列中总是填满指令，使得EU可源源不断地得到执行的指令。3.总线控制电路将8086CPU的内部总线与外部总线相连，是8086CPU与外部交换数据的必经之路。CPU正是通过这些总线与外部世界取得联系，形成8086微型计算机系统。,EU和BIU这两个功能部件相互独立地工作，并在大多数情况下，能使大部分的取指令和执行指令操作重叠进行，所以大大减少了等待取指令所需的时间，提高了微处理器的利用率和整个系统的执行速度。,2.1.28086内部寄存器8086CPU中有14个16位的寄存器，如图2.3所示。,1.通用寄存器组图2.3中8个通用寄存器可分为两组，一组是数据寄存器，另一组是地址指针和变址寄存器。（1）数据寄存器通用寄存器AX、BX、CX和DX称为数据寄存器，可用来存放16位的数据或地址。也可把它们当作八个8位寄存器（AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL）来使用，这时只能存放8位数据，而不能用来存放地址。,（2）地址指针和变址寄存器包括SP、BP、SI、DI四个16位寄存器。它们更经常的用途是在段内寻址时提供偏移地址。其中：SP称为堆栈指针寄存器，用来指示栈顶的偏移地址；BP称为基址指针寄存器，可作为堆栈区中的一个基地址以便访问堆栈；SI(源变址寄存器)和DI(目的变址寄存器)一般与DS联用，用来确定数据段中某一存储单元的地址。,表2.1通用寄存器的特殊用途,2.段寄存器组代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加数据段寄存器ES，堆栈段寄存器SS。,由于8086CPU可直接寻址的存储器空间是1M字节，直接寻址需要20位地址码，而所有的内部寄存器都是16位的，用这些寄存器只能直接寻址64K字节。为此把1M字节的存储空间分成许多逻辑段，每段最长为64k字节，这些逻辑段可在整个存储空间中浮动。于是用段寄存器给定各个逻辑段的首地址的高16位，被称为段地址。段寄存器CS、DS、ES、SS分别用来存放当前代码段、数据段、附加数据段、堆栈段的段地址。,分别用来存放当前代码段、数据段、附加数据段、堆栈段的段地址。,3.控制寄存器组（1）指令指针寄存器IP（InstructionPointer）用来存放将要取出的下一条指令在代码段中的偏移地址。注意：IP一般与CS联用，表示代码段中要处理的指令的逻辑地址。IP和CS由系统执行，用户一般是不能使用或修改的。,（2）标志寄存器FLAGS状态标志位6个（CF、PF、AF、ZF、SF和OF）用来表示运算结果的状态，控制标志位（IF、DF和TF），用来控制CPU的操作，,现将各标志位的定义说明如下：（1）CF（CarryFlag）进位标志位。如果做加法时最高位（字节操作是D7位，字操作是D15位）产生进位或做减法时最高位产生借位，则CF=1，否则CF=0。（2）PF（ParityFlag）奇偶标志位。如果操作结果的低八位中含有偶数个1，则PF=1，否则PF=0。（3）AF（AuxiliaryCarryFlag）辅助进位标志位。如果做加法时D3位有进位或做减法时D3位有借位，则AF=1，否则AF=0。,（4）ZF（ZeroFlag）零标志位。如果运算结果各位都为零，则ZF=1，否则ZF=0。（5）SF（SignFlag）符号标志位。如果运算结果的最高位（字节操作是D7，字操作是D15）为1，则SF=1，否则SF=0。（6）OF（OverflowFlag）溢出标志位。在加或减运算中结果超出8位或16位有符号数所能表示的数值范围时，产生溢出，OF=1，否则OF=0。,注意（1）OF位的求法为OF=C7C6（MOD28）OF=C15C14（MOD216）（2）有符号数和无符号数的溢出问题：判断的标志OF和CF,举例说明,假设有如下两个8位二进制数进行相加，根据结果判断将影响8086CPU中PSW的各个状态位的情况。,00001110（0EH）,01111000（78H）,+,10000110（86H）,ZF=0,CF=0,PF=0,AF=1,SF=1,OF=1,（7）IF（InterruptFlag）中断标志位。可用指令设置。当IF=1时，CPU可响应可屏蔽中断请求；IF=0，CPU不响应可屏蔽中断请求。（8）TF（TrapFlag）单步标志位。假如TF=1，则CPU处于单步工作方式。在这种工作方式下，CPU每执行完一条指令就自动产生一次内部中断。在调试程序DEBUG中，T命令就是利用这种中断。（9）DF（DirectionFlag）方向标志位。在串处理指令中，若DF=0，表示串处理指令地址指针自动增量，即串操作由低地址向高地址进行；DF=1，表示地址指针自动减量，即串操作由高地址向低地址进行。DF标志位可通过指令预置。,2.1.38086存储器管理1.存储器的基本结构存储器是有一个个字节组成的。如图所示。,字节,00000H,00001H,00002H,FFFFFH,地址,内容(8bit),20bit,物理地址（PA）,2.存储器的分段,8086微处理器有20根地址线，可访问存储器的最大容量为1M字节。而8086内部所有的寄存器都只有16位，只能寻址64K字节。因此在8086系统中，把整个存储空间分成许多逻辑段，每个逻辑段的容量64K字节，允许它们在整个存储空间中浮动，各个逻辑段之间可以紧密相连，也可以相互重叠（完全重叠或部分重叠）。,第0段,第1段,第n-1段,分段,（段之间不重叠）,存储器,第0段,第1段,第n-1段,分段,（段之间重叠）,存储器,重叠,在8086存储空间中，各逻辑段的起始地址必须是能被16整除的地址，即段的起始地址的低4位二进制码必须是0。一个段的起始地址的高16位被称为该段的段地址，把它存放在相应的段寄存器中，而段内的相对地址可用系统中的16位通用寄存器来存放，被称为偏移地址。,即存储单元的逻辑地址为：段地址：偏移地址,若已知当前有效的代码段、数据段、附加数据段和堆栈段的段地址分别为1055H、250AH、8FFBH和EFF0H，那么它们在存储器中的分布情况如图2.5所示。每个段可以独立地占用64K存储区。,各个逻辑段也可以允许重叠。例如，如果代码段中的程序占有8KB（2000H）存储区，数据段占有2KB（800H）存储区，堆栈段占有256个字节的存储区。此时分段情况如图2.6所示。由图可知，代码段的区域本可为02000H11FFFH（64KB），由于程序区只需要8KB，所以程序区结束后的地址就可作为数据段的起始地址（04000H）。注意，这里所谓的重叠只是指每个区段的大小允许根据实际情况分配，而不一定非要占有64KB的最大段空间。,3.存储器中的逻辑地址和物理地址采用分段结构的存储器中，任何一个逻辑地址由段地址和偏移地址两个部分构成。它们都是无符号的16位二进制数(逻辑地址记为：段地址：偏移地址)。任何一个存储单元对应一个20位的物理地址，它是由逻辑地址变换得来的。当CPU需要访问存储器时，必须完成如下的地址运算：物理地址(PA)=段地址10H+偏移地址(EA)这是在CPU的总线接口部件BIU的地址加法器中完成的，其操作过程如图2.7所示。,0000,如果访问存储器要求读/写操作数，则通常由数据段寄存器DS给出段地址（必要时可修改为CS、ES或SS），而其偏移地址要由CPU的指令执行部件根据指令中所给定的寻址方式来进行计算，通常将这样计算得到的偏移地址称为有效地址（EA）。但如果所采用的寻址方式是通过基址指针BP寻址，则段地址要由堆栈段寄存器SS提供（必要时可以修改为CS、DS或ES）。,如果对存储器中的堆栈进行操作，则段地址来源于堆栈段寄存器SS，偏移地址来源于堆栈指针SP。,如果执行的是串处理指令，当取源串时，段地址由数据段寄存器DS提供（必要时可修改为CS、ES和SS），偏移地址必须由源变址寄存器SI提供。当取目标串时，段地址必须由附加段寄存器ES提供，偏移地址必须由目标变址寄存器DI提供。,以上这些是系统内部约定，程序设计过程中必须遵守这些约定，如表2.2所示。,2.18086微处理器的内部结构,回顾,1.8086CPU的内部逻辑结构,2.8086CPU的内部寄存器组（1）数据寄存器：AX,BX,CX,DX(16位)AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL（8位）（2）指针与变址寄存器：SP,BP,SI,DI其中，SP,BP主要针对堆栈段SI,DI主要针对数据段（内存）注意：如果访问内存，则偏移地址一般存放在BX,SI,DI中；而如果访问I/O接口，则端口地址只能放在DX中。,(3)标志寄存器：6个状态位CF,OF,AF,SF,ZF,PF3个控制位IF,DF,TF,（4）段寄存器：CS,DS,SS,ES,注意：逻辑地址段地址：偏移地址所以，段地址只能存放在段寄存器中，而偏移地址一般存放在SP,BP,BX,SI,DI中。而段寄存器与存放偏移地址寄存器之间存在着默认的对应关系，即：SP,BP对应SSSI,DI对应DS,3.8086CPU的存储器管理（1）8086CPU的地址线有20根，所以，其访问存储器空间大小为1MB;（2）存储器分段每个逻辑段最大为64KB；每个逻辑段的第一个字节的物理地址的低4位为0；每个逻辑段的段地址为其第一个字节的物理地址的高16位；每个逻辑段中的一个字节的存储单元的地址一般用偏移地址（EA）来表示。逻辑段的起始地址的偏移地址为0000H；段内其他单元的偏移地址实际上就是该单元偏离起始地址的偏移值,等于该单元的物理地址与起始物理地址之差。,（3）逻辑地址：是用户程序所用到的地址。,汇编语言源程序：datasegmentdataendsstacksegmentstackendsextrasegmentextraendscodesegmentcodeends,逻辑空间,MOVAX,DS:SI,逻辑地址：是用户程序所用到的地址。,汇编语言源程序：datasegmentdataendsstacksegmentstackendsextrasegmentextraendscodesegmentcodeends,逻辑空间,MOVAX,DS:SI,物理空间,第2章8086微处理器,2.0CPU内部结构概述,2.18086CPU内部结构,2.1.18086CPU内部基本组成,2.1.28086CPU内部寄存器,2.1.38086CPU存储器管理,2.18086微处理器的内部结构,总之，汇编程序一般将源程序分成四个逻辑段，即代码段、数据段、堆栈段和附加段。,1、代码段寄存器CS（CodeSegment）存放代码段的段基地址。2、数据段寄存器DS（DataSegment）存放数据段的段基地址。3、堆栈段寄存器SS（StackSegment）存放堆栈段的段基地址。4、附加数据段寄存器ES（ExtraSegment）存放附加段的段基地址。,2.18086微处理器的内部结构,通常代码段用来存放可执行的指令，该逻辑段是必不可少的；数据段和附加数据段用来存放参加运算的操作数和运算结果；堆栈段用作程序执行中需要使用的堆栈，即在存储器中开辟的堆栈区。如果程序量或数据量很大，超过64K字节，那么可定义多个代码段、数据段、附加数据段和堆栈段，只是在4个段寄存器中存放的应该是当前使用的逻辑段的段地址，必要时可修改这些段寄存器的内容，以扩大程序的规模。,段250AH,250A0H,250AFH,0000H,000FH,物理地址（PA）,偏移地址（EA）,段内各单元的偏移地址（也称相对地址）,第0段,第1段,第n1段,要求：1、段地址的二进制编码长度为16位。2、段的第一个单元的物理地址（20bit）的低4位必须是0。3、段地址就等于第一个单元的物理地址的高16位。4、段地址的取值范围为0000HFFFF