80X86Pentium微处理器

1、第2章80X86Pentium微处理器 第第2 2章章 80X86/Pentium80X86/Pentium微微 处理器处理器 第2章80X86Pentium微处理器 n教学重点 n 寄存器的结构寄存器的结构 n 存储器组织存储器组织 n 逻辑地址到物理地址的变换逻辑地址到物理地址的变换 n 8086的两种工作模式及其配置的两种工作模式及其配置 第2章80X86Pentium微处理器 教学难点 n 8086CPU8086CPU在最小模式和最大模在最小模式和最大模 式下的引脚功能式下的引脚功能 第2章80X86Pentium微处理器 2.1 8086CPU的内部结构 一、一、8086CPU808

2、6CPU内部结构内部结构 第2章80X86Pentium微处理器 第2章80X86Pentium微处理器 v总线接口单元总线接口单元BIU: 主要负责主要负责物理地址的形成、预物理地址的形成、预 取指令、指令队列排队、读取指令、指令队列排队、读/写写 操作数和总线控制。操作数和总线控制。 v执行单元执行单元EU: 主要负责指令译码和执行主要负责指令译码和执行 第2章80X86Pentium微处理器 二、 8086CPU内部寄存器结构 8086内部寄存器有：内部寄存器有： v 执行单元执行单元EU 8个通用寄存器个通用寄存器 v 1个指令指针寄存器个指令指针寄存器 v 1个标志寄存器个标志寄存器

3、 v 4个段寄存器个段寄存器 第2章80X86Pentium微处理器 1. 8086的通用寄存器 n8086的的16位通用寄存器是：位通用寄存器是： AXBXCXDX SIDIBPSP n其中前其中前4个数据寄存器都还可以分成高个数据寄存器都还可以分成高8位位 和低和低8位两个独立的寄存器位两个独立的寄存器 n8086的的8位通用寄存器是：位通用寄存器是： AHBHCHDH ALBLCLDL n对其中某对其中某8位的操作，并不影响另外对应位的操作，并不影响另外对应8 位的数据位的数据 第2章80X86Pentium微处理器 数据寄存器 n数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以数据寄存器用

4、来存放计算的结果和操作数，也可以 存放地址存放地址 n每个寄存器又有它们各自的专用目的每个寄存器又有它们各自的专用目的 nAX累加器，使用频度最高，用于算术、逻累加器，使用频度最高，用于算术、逻 辑运算以及与外设传送信息等；辑运算以及与外设传送信息等； nBX基址寄存器，常用做存放存储器地址；基址寄存器，常用做存放存储器地址； nCX计数器，作为循环和串操作等指令中的计数器，作为循环和串操作等指令中的 隐含计数器；隐含计数器； nDX数据寄存器，常用来存放双字长数据的数据寄存器，常用来存放双字长数据的 高高16位，或存放外设端口地址。位，或存放外设端口地址。 第2章80X86Pentium微处

5、理器 变址寄存器 n变址寄存器常用于存储器寻址时提供变址寄存器常用于存储器寻址时提供 地址地址 nSI是源变址寄存器是源变址寄存器 nDI是目的变址寄存器是目的变址寄存器 n串操作类指令中，串操作类指令中，SI和和DI具有特别的具有特别的 功能功能 第2章80X86Pentium微处理器 指针寄存器 n指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 nSPSP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移 地址地址 nSPSP不能再用于其他目的，具有专用目的不能再用于其他目的，具有专用目的 nBPBP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈为基址指针寄存器，表示

6、数据在堆栈 段中的基地址段中的基地址 nSPSP和和BPBP寄存器与寄存器与SSSS段寄存器联合使用以段寄存器联合使用以 确定堆栈段中的存储单元地址确定堆栈段中的存储单元地址 第2章80X86Pentium微处理器 2. 段寄存器 DS 数据段寄存器数据段寄存器 (Data Segment) CS 代码段寄存器代码段寄存器 (Code Segment) ES 附加段寄存器附加段寄存器 (Extra Segment) SS 堆栈段寄存器堆栈段寄存器 (Stack Segment) 这些段寄存器的内容与有效的地址一起，这些段寄存器的内容与有效的地址一起， 用于确定内存的物理地址。通常用用于确定内存

7、的物理地址。通常用CS、DS、 ES以及以及SS用于确定代码段、数据段、附加用于确定代码段、数据段、附加 段以及堆栈段的基地址。段以及堆栈段的基地址。 第2章80X86Pentium微处理器 3.指令指针IP n指令指针寄存器指令指针寄存器IP，指示代码段中指，指示代码段中指 令的偏移地址令的偏移地址 n它与代码段寄存器它与代码段寄存器CS联用，确定下一联用，确定下一 条指令的物理地址条指令的物理地址 n计算机通过计算机通过CS : IP寄存器来控制指令寄存器来控制指令 序列的执行流程序列的执行流程 nIP寄存器是一个专用寄存器寄存器是一个专用寄存器 第2章80X86Pentium微处理器 4

8、. 标志寄存器 n标志（标志（Flag）用于反映指令执行结果）用于反映指令执行结果 或控制指令执行形式或控制指令执行形式 n8086处理器的各种标志形成了一个处理器的各种标志形成了一个16 位的标志寄存器位的标志寄存器FLAGS（程序状态字（程序状态字 PSW寄存器寄存器） OF 1115 12 DF 10 IF 9 TF 8 SF 7 ZF 65 AF 43 PF 21 CF 0 程序设计需要利用标志的状态程序设计需要利用标志的状态 第2章80X86Pentium微处理器 标志的分类 n状态标志：用来记录程序运行结果的状状态标志：用来记录程序运行结果的状 态信息，许多指令的执行都将相应地设态

9、信息，许多指令的执行都将相应地设 置它置它 CF ZF SF PF OF AF n控制标志：可由程序根据需要用指令设控制标志：可由程序根据需要用指令设 置，用于控制处理器执行指令的方式置，用于控制处理器执行指令的方式 DF IF TF 第2章80X86Pentium微处理器 进位标志CF（Carry Flag） n当运算结果的最高有效位有进位（加法）或当运算结果的最高有效位有进位（加法）或 借位（减法）时，进位标志置借位（减法）时，进位标志置1，即，即CF = 1； 否则否则CF = 0。 49H + 6DHB6H， 没有进位：没有进位：CF = 0 BBH + 6AH（1）25H，有进位：，

10、有进位：CF = 1 第2章80X86Pentium微处理器 零标志ZF（Zero Flag） n若运算结果为若运算结果为0，则，则ZF = 1； 否则否则ZF = 0 49H + 6DHB6H，结果不是零：，结果不是零：ZF = 0 75H + 8BH（1）00H，结果是零：，结果是零：ZF = 1 注意：注意： ZF为为1表示的结果是表示的结果是0 第2章80X86Pentium微处理器 符号标志SF（Sign Flag） n运算结果最高位为运算结果最高位为1，则，则SF = 1；否；否 则则SF = 0 有符号数据用最高有效位表示数据的符号有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以，最高

11、有效位就是符号标志的状态所以，最高有效位就是符号标志的状态 第2章80X86Pentium微处理器 奇偶标志PF（Parity Flag） n当运算结果最低字节中当运算结果最低字节中“1”1”的个数为零或的个数为零或 偶数时，偶数时，PF = 1PF = 1；否则；否则PF = 0PF = 0 3AH + 7CHB6H10110110B 结果中有结果中有5个个1，是奇数：，是奇数：PF = 0 PF标志仅反映最低标志仅反映最低8位中位中“1”的个数是的个数是 偶或奇，即使是进行偶或奇，即使是进行16位字操作位字操作 第2章80X86Pentium微处理器 溢出标志OF（Overflow Fla

12、g） n若算术运算的结果有溢出，若算术运算的结果有溢出， 则则OFOF1 1；否则；否则 OFOF0 0 49H + 6DH B6H，产生产生溢出：溢出：OF = 1 75H + 8BH （1）26H，没有没有溢出：溢出：OF = 0 第2章80X86Pentium微处理器 什么是溢出？ n处理器内部以补码表示有符号数处理器内部以补码表示有符号数 n8位表达的整数范围是：位表达的整数范围是：127128 n16位表达的范围是：位表达的范围是：3276732768 n如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 n有溢出，说明有符号数的运算结果不正确有溢出，说明有

13、符号数的运算结果不正确 49H6DHB6H，就是，就是73109182， 已经超出已经超出128127范围，产生溢出，故范围，产生溢出，故OF1； 另一方面，补码另一方面，补码B6H表达真值是表达真值是-74， 显然运算结果也不正确显然运算结果也不正确 第2章80X86Pentium微处理器 溢出和进位 n溢出标志溢出标志OF和进位标志和进位标志CF是两个意义不同是两个意义不同 的标志的标志 n进位标志表示无符号数运算结果是否超出范进位标志表示无符号数运算结果是否超出范 围，运算结果仍然正确；围，运算结果仍然正确； n溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范

14、 围，运算结果已经不正确。围，运算结果已经不正确。 第2章80X86Pentium微处理器 溢出和进位的对比 例例1：49H + 6DHB6H 无符号数运算：无符号数运算：73109182 范围内，无进位范围内，无进位 有符号数运算：有符号数运算： 73109182 范围外，有溢出范围外，有溢出 例例2：BBH + 6AH（1）25H 无符号数运算：无符号数运算： 187106293 范围外，有进位范围外，有进位 有符号数运算：有符号数运算： 6910637 范围内，无溢出范围内，无溢出 第2章80X86Pentium微处理器 溢出的判断 n判断运算结果是否溢出有一个简单的判断运算结果是否溢出

15、有一个简单的 规则：规则： n只有当两个相同符号数相加（包括不只有当两个相同符号数相加（包括不 同符号数相减），而运算结果的符号同符号数相减），而运算结果的符号 与原数据符号相反时，产生溢出；因与原数据符号相反时，产生溢出；因 为，此时的运算结果显然不正确为，此时的运算结果显然不正确 n其他情况下，则不会产生溢出其他情况下，则不会产生溢出 第2章80X86Pentium微处理器 辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag） 49H + 6DHB6H，D3有进位：有进位：AF = 1 运算时运算时D D3 3位（低半字节）有进位或位（低半字节）有进位或 借位时，借位时，AF =

16、1AF = 1；否则；否则AF = 0AF = 0。 这个标志主要由处理器内部使用，这个标志主要由处理器内部使用， 用于十进制算术运算调整指令中，用用于十进制算术运算调整指令中，用 户一般不必关心户一般不必关心 第2章80X86Pentium微处理器 方向标志DF（Direction Flag） n用于串操作指令中，控制地址的变化用于串操作指令中，控制地址的变化 方向：方向： n设置设置DFDF0 0，存储器地址自动增加；，存储器地址自动增加； n设置设置DFDF1 1，存储器地址自动减少。，存储器地址自动减少。 CLDCLD指令复位方向标志：指令复位方向标志：DFDF0 0 STDSTD指令

17、置位方向标志：指令置位方向标志：DFDF1 1 第2章80X86Pentium微处理器 中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag） n用于控制外部可屏蔽中断是否可以被用于控制外部可屏蔽中断是否可以被 处理器响应：处理器响应： n设置设置IFIF1 1，则允许中断；，则允许中断； n设置设置IFIF0 0，则禁止中断。，则禁止中断。 CLICLI指令复位中断标志：指令复位中断标志：IFIF0 0 STISTI指令置位中断标志：指令置位中断标志：IFIF1 1 第2章80X86Pentium微处理器 陷阱标志TF（Trap Flag） n用于控制处理器进入单步操作方式：用于控制

18、处理器进入单步操作方式： n设置设置TFTF0 0，处理器正常工作；，处理器正常工作； n设置设置TFTF1 1，处理器单步执行指令。，处理器单步执行指令。 单步执行指令单步执行指令处理器在每条指令执行结处理器在每条指令执行结 束时，便产生一个编号为束时，便产生一个编号为1 1的内部中断的内部中断 这种内部中断称为单步中断这种内部中断称为单步中断 所以所以TFTF也称为单步标志也称为单步标志 n利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试 n这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试 第2章80X86Pentium微处理器 DE

19、BUG中各标志位的符号表示 标志位名置位符号(=1)复位符号(=0) 溢出标志OFOVNV 方向标志DFDNUP 中断标志IFEIDI 符号标志SFNGPL 零标志ZFZRNZ 辅助标志AFACNA 奇偶标志PFPEPO 进位标志CFCYNC 第2章80X86Pentium微处理器 2.2 8086对主存储器的分段管理 一、 主存储器的分段机构 n8086CPU8086CPU有有2020条地址线条地址线 n最大可寻址空间为最大可寻址空间为2 220 20 1MB1MB n物理地址范围从物理地址范围从00000H00000HFFFFFHFFFFFH n8086CPU8086CPU将将1MB1MB

20、空间分成许多逻辑段（空间分成许多逻辑段（SegmentSegment） n每个段最大限制为每个段最大限制为64KB64KB n段地址的低段地址的低4 4位为位为0000B0000B n这样，一个存储单元除具有一个唯一的物理地这样，一个存储单元除具有一个唯一的物理地 址外，还具有多个逻辑地址址外，还具有多个逻辑地址 第2章80X86Pentium微处理器 物理地址和逻辑地址 n对应每个物理存储单元都有一个唯一对应每个物理存储单元都有一个唯一 的的 2 0 位 编 号 ， 就 是 物 理 地 址 ， 从位 编 号 ， 就 是 物 理 地 址 ， 从 00000HFFFFFH。 n分段后在用户编程时

21、，采用逻辑地址，分段后在用户编程时，采用逻辑地址， 其形式为：其形式为： 段基地址段基地址 : : 段内偏移地址段内偏移地址 分隔符分隔符 第2章80X86Pentium微处理器 逻辑地址 n段基地址说明逻辑段在主存中的起始位置段基地址说明逻辑段在主存中的起始位置 n8086规定段地址必须是模规定段地址必须是模16地址：地址：xxxx0H n省略低省略低4位位0000B，段地址就可以用，段地址就可以用16位数据位数据 表示，就能用表示，就能用16位段寄存器表达段地址位段寄存器表达段地址 n偏移地址说明主存单元距离段起始位置的偏移偏移地址说明主存单元距离段起始位置的偏移 量量 n每段不超过每段不

22、超过64KB，偏移地址也可用，偏移地址也可用16位数据位数据 表示表示 第2章80X86Pentium微处理器 物理地址和逻辑地址的转换 n将逻辑地址中的段地址左移将逻辑地址中的段地址左移4 4位，加上位，加上 偏移地址就得到偏移地址就得到2020位物理地址位物理地址 n一个物理地址可以有多个逻辑地址一个物理地址可以有多个逻辑地址 逻辑地址逻辑地址 1460:1001460:100、1380:F001380:F00 物理地址物理地址 14700H 14700H14700H 14700H 14600H14600H 100H100H 14700H14700H 13800H13800H F00HF0

23、0H 14700H14700H 段地址左移段地址左移4 4位位 加上偏移地址加上偏移地址 得到物理地址得到物理地址 第2章80X86Pentium微处理器 8086对存储器的访问（图26） 第2章80X86Pentium微处理器 二、 8086存储器的结构 8086的的1MB存储空间分成两个存储体。存储空间分成两个存储体。 偶地址存储体和奇地址存储体，各为偶地址存储体和奇地址存储体，各为512K 字节，如图字节，如图2-7所示。所示。CPU用用A0来区分两个来区分两个 存储体，并提供两条信号线存储体，并提供两条信号线BHE和和A0，来，来 决定是访问偶地址决定是访问偶地址(低字节低字节)，还是

24、奇地址，还是奇地址 (高地址高地址)或是整个字。或是整个字。 第2章80X86Pentium微处理器 第2章80X86Pentium微处理器 当当A0=0时，选择偶地址存储体。偶地址时，选择偶地址存储体。偶地址 存储体与数据总线的低存储体与数据总线的低8位位(D7D0)相连，相连， 所以从低所以从低8位数据总线读位数据总线读/写一个字节。当写一个字节。当 BHE=0时，选择访问奇地址存储体，奇地时，选择访问奇地址存储体，奇地 址存储体与数据总线高址存储体与数据总线高8位位(D15D8)相连，相连， 所以由高所以由高8位数据总线读位数据总线读/写一个字节。当写一个字节。当 A0=0， BHE =

25、0时，访问两个存储体，读时，访问两个存储体，读 /写一个字。写一个字。 BHE与与A0的组合功能如教材的组合功能如教材 表表2-2所示。所示。 第2章80X86Pentium微处理器 2.3 8086微处理器的引脚及工作模式 一、8086CPU的引脚及其功能 8086CPU的40条引脚 信号可按功能分可分为四 类，它们是： 地址总线 数据总线 控制总线 其它(时钟与电源)。 第2章80X86Pentium微处理器 1.最小模式和最大模式概念 (1)(1)最小模式最小模式: : 在系统中只有一个微处理器。在系统中只有一个微处理器。 (2)最大模式：最大模式： 两个或多个微处理器（主处理器、两个或

26、多个微处理器（主处理器、 协处理器）协处理器） 第2章80X86Pentium微处理器 2.8086的引脚信号 （1）最小模式（ MN/MX接接5V） AD15AD0，地址，地址/数据总线数据总线 ,I/O A19/S6A16/S3，地址，地址/状态总线状态总线 ,O BHE/ S7，高，高8位数据允许位数据允许/状态线状态线 ,O MN/MX，最小，最小/最大模式控制信号，最大模式控制信号，I I RD，读信号，读信号 ,O WR，写信号，写信号 ,O M/IO，存储器，存储器/ /输入输出控制信号输入输出控制信号 ,O 第2章80X86Pentium微处理器 ALE，地址锁存允许信号，地址

27、锁存允许信号,O READY(Ready)，准备就绪信号，准备就绪信号,I INTR，可屏蔽中断请求信号，可屏蔽中断请求信号,I INTA，中断响应信号，中断响应信号 ,O NMI，非屏蔽中断请求信号，非屏蔽中断请求信号,I RESET，系统复位信号，系统复位信号,I,I DEN，数据允许信号，数据允许信号,O,O DT/R，数据发送，数据发送/接收控制信号接收控制信号,O,O 第2章80X86Pentium微处理器 HOLD，总线保持请求信号，总线保持请求信号,I,I HLDA，总线保持响应信号，总线保持响应信号,O,O TEST，测试信号，测试信号,I,I CLK，时钟输入信号，时钟输入信号,I,I VCC(+5V)，GND ,I 第2章80X86Pentium微处理器 （2）最大模式（ MN/MX接地）接地） 8086 CPU工作在最