Intel微处理器结构 微型计算机系统原理及应用PPT学习教案

1、会计学1Intel微处理器结构微处理器结构 微型计算机系统原理微型计算机系统原理及应用及应用2-1 Intel-80 x86系列微处理器概述系列微处理器概述型号型号发布发布年份年份字长字长晶体管数晶体管数(万）万）主频主频(MHz)数据数据总线总线外部总外部总线线地址总地址总线线寻址空寻址空间间高速缓高速缓存存80861978162.94.771616201MNo80881979162.94.77168201MNo8028619821613.46-2016162416MNo8038619863227.512.5-333232324GYes80486198932120-16025-1003232

2、324G8KPentium(586)199332310-33060-1666464324G8K8KPentiumPro(P6)199532550150-20064643664G8K8KPentium II199732750233-35064643664G32K512K1第1页/共21页列为在商业上取得最为巨大成列为在商业上取得最为巨大成功的功的1717个企业之一。个企业之一。28086微处理器功能结构微处理器功能结构Institute of Electrical Engineering第2页/共21页38088微处理器功能结构微处理器功能结构Institute of Electrical En

3、gineering第3页/共21页48086微处理器功能结微处理器功能结构构Institute of Electrical Engineering1、8086概况概况 1616位微处理器位微处理器 地址总线地址总线2020条，寻址能力条，寻址能力2 22020=1MB=1MB DIP-40 DIP-40（双列直插式（双列直插式4040脚）封装脚）封装 2、8086的功能结构的功能结构 传统传统CPUCPU执行指令的过程是：取指令执行指令的过程是：取指令 执行指令执行指令 再取指令再取指令 ，串行操作。，串行操作。 而而80868086的取指令与执行指令操作是由两个不同的的取指令与执行指令操作是

4、由两个不同的部件完成，可同时进行。目的是提高部件完成，可同时进行。目的是提高CPUCPU的执行速度的执行速度。 第4页/共21页5（Bus Interface Unit）BIUBIU从内存中取指令送到指令队列；从内存中取指令送到指令队列；当当EUEU执行指令时，执行指令时，BIUBIU要配合要配合EUEU从指定的内存单从指定的内存单元或元或I/OI/O端口中读取数据，或者把端口中读取数据，或者把EUEU的操作结果送的操作结果送到指定的内存单元或到指定的内存单元或I/OI/O端口去。端口去。8086微处理器功能结构微处理器功能结构Institute of Electrical Engineeri

5、ng第5页/共21页6第6页/共21页71执行部件执行部件EU 执行部件中包含一个执行部件中包含一个1616位的算术逻辑单元（位的算术逻辑单元（ALUALU），），8 8个个1616位的通用寄存器，一个位的通用寄存器，一个1616位的状态位的状态标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。控制电路。 功能：从功能：从BIUBIU的指令队列中取出指令代码，经的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由执行指令所得结果或执行指令所需的数据，

6、都由EUEU向向BIUBIU发出命令，对存储器或发出命令，对存储器或I/OI/O接口进行读接口进行读/ /写写操作。操作。第7页/共21页82总线接口部件总线接口部件BIU 总线接口部件总线接口部件BIUBIU内部设有四个内部设有四个1616位段地址寄位段地址寄存器：代码段寄存器存器：代码段寄存器CSCS、数据段寄存器、数据段寄存器DSDS、堆栈、堆栈段寄存器段寄存器SSSS和附加段寄存器和附加段寄存器ESES，一个，一个1616位指令指位指令指针寄存器针寄存器IPIP，一个，一个6 6字节指令队列缓冲器，字节指令队列缓冲器，2020位地位地址加法器和总线控制电路。址加法器和总线控制电路。 主

7、要功能：根据执行部件主要功能：根据执行部件EUEU的请求，负责完的请求，负责完成成CPUCPU与存储器或与存储器或I/OI/O设备之间的数据传送。设备之间的数据传送。 第8页/共21页9等待取指1 执行1等待取指2 执行2等待取指3 执行3MPU总线忙闲忙闲忙闲传统微处理器的指令执行过程传统微处理器的指令执行过程 取指1取指2取指3取指4取指5取指6EU总线执行1执行2执行3执行4执行5执行6忙忙忙忙忙忙BIU8086CPU的指令执行过程的指令执行过程 第9页/共21页存储器由很多个存储器由很多个8 8位的存储单元组成，每个存储单位的存储单元组成，每个存储单元对应于一个地址编码。元对应于一个地

8、址编码。CPUCPU访问某存储单元，需访问某存储单元，需将该单元地址发到地址总线。将该单元地址发到地址总线。80868086有有2020条地址线，能够访问的存储单元数（即条地址线，能够访问的存储单元数（即寻址能力）为寻址能力）为2 22020=1MB=1MB； 地址范围：地址范围：00000H00000H0FFFFFH0FFFFFH问题：问题：80868086内部与地址有关的寄存器均为内部与地址有关的寄存器均为1616位，位，只能寻址只能寻址2 21616=64KB=64KB。解决方法：将解决方法：将1MB1MB存储空间分成若干个不超过存储空间分成若干个不超过64KB64KB的区段，称为存储器

9、的段（的区段，称为存储器的段（SegmentSegment）8086微处理器存储器组织微处理器存储器组织Institute of Electrical Engineering10第10页/共21页每个存储段有一个每个存储段有一个1616位的基准地址，称为位的基准地址，称为段段地址；地址；以段地址为基准，段内各存储单元的相对地以段地址为基准，段内各存储单元的相对地址称为址称为偏移地址偏移地址（1616位）；位）；段地址存放在段地址存放在CPUCPU中的段寄存器中；中的段寄存器中；2020位物理地址位物理地址= = 16 16位段地址位段地址2 24 4（左移四位）（左移四位）+16+16位偏移地

10、址位偏移地址 例如：段地址为例如：段地址为2500H2500H，偏移地址，偏移地址9700H9700H 则形成的物理地址为则形成的物理地址为250025000 0H+9700H=2C700HH+9700H=2C700H11第11页/共21页16位段地址16位段地址0000000016位偏移地址16位偏移地址0 015150 0151520位物理地址20位物理地址0 01919+ +12第12页/共21页物理地址物理地址：存储器中各存储单元的实际地址：存储器中各存储单元的实际地址。逻辑地址逻辑地址：用段地址和偏移地址表示的相对：用段地址和偏移地址表示的相对地址。表示形式为地址。表示形式为 段地址

11、段地址: :偏移地址偏移地址 如如 2000H:1340H2000H:1340H一个物理地址可对应多个逻辑地址一个物理地址可对应多个逻辑地址； 如物理地址如物理地址12345H12345H，逻辑地址可以是，逻辑地址可以是 1234H:0005H1234H:0005H; ;1200H:0345H1200H:0345H; ;1100H:1345H1100H:1345H80868086将不同的存储内容存放在不同的段中，将不同的存储内容存放在不同的段中，以便管理；分为代码段、数据段、堆栈段和以便管理；分为代码段、数据段、堆栈段和附加段。附加段。13第13页/共21页4、8086的寄存器组的寄存器组数据

12、寄存器：数据寄存器：AX、BX、CX、DX指针及变址寄存器：指针及变址寄存器：SP、BP、SI、DI段寄存器：段寄存器：CS、DS、ES、SS指令指针（指令指针（Instruction Pointer）：）：IP状态标志（状态标志（Program State Word) ：PSW说明说明 数据寄存器和指针及变址寄存器又统称数据寄存器和指针及变址寄存器又统称通用通用寄存器寄存器； 指令指针与状态标志统称指令指针与状态标志统称控制寄存器控制寄存器； 所有寄存器均为所有寄存器均为16位位。14第14页/共21页1）数据寄存器）数据寄存器AXAX：通用寄存器；算术运算的主寄存器：通用寄存器；算术运算的

13、主寄存器累加器（累加器（AccumulatorAccumulator）；BXBX：通用寄存器：通用寄存器; ;一些指令中作为一些指令中作为基址基址(Base)(Base)寄存器寄存器；CXCX：通用寄存器：通用寄存器; ;一些指令中作为一些指令中作为计数器计数器(Counter) (Counter) ；DXDX：通用寄存器：通用寄存器; ;一些指令中作为一些指令中作为数据数据(Data)(Data)寄存器寄存器与与AXAX配合使用。配合使用。15第15页/共21页说明：说明：i.i. 在一般指令中，这些寄存器可作为通用寄在一般指令中，这些寄存器可作为通用寄存器使用，在一些特定的指令中，各寄存存

14、器使用，在一些特定的指令中，各寄存器有特定功能；器有特定功能；ii.ii.既可作为既可作为1616位使用，也可位使用，也可分成两个分成两个8 8位寄位寄存器存器使用使用 高高8 8位记作位记作 : AH: AH、BHBH、CHCH、DH DH 低低8 8位记作位记作 : AL: AL、BLBL、CLCL、DLDL16第16页/共21页2）指针及变址寄存器）指针及变址寄存器SPSP：堆栈指针寄存器：堆栈指针寄存器(Stack Pointer)(Stack Pointer)，用，用来指示栈顶的偏移地址。来指示栈顶的偏移地址。BPBP：基址指针寄存器：基址指针寄存器(Base Pointer)(Ba

15、se Pointer)，指，指示堆栈区中的一个基地址。示堆栈区中的一个基地址。SISI：源变址寄存器：源变址寄存器(Source Index)(Source Index)。DIDI：目的变址寄存器：目的变址寄存器(Destination Index)(Destination Index)。说明：这说明：这4 4个寄存器也可以作为通用寄存器个寄存器也可以作为通用寄存器使用。使用。17第17页/共21页3）段寄存器）段寄存器CSCS：代码段：代码段(Code Segment);(Code Segment);存放程序段的存放程序段的段地址。段地址。DSDS：数据段：数据段(Data Segment)

16、;(Data Segment);存放数据段的存放数据段的段地址。段地址。ESES：附加段：附加段(Extra Segment);(Extra Segment);存放附加段的存放附加段的段地址段地址. .SSSS：堆栈段：堆栈段(Stack Segment);(Stack Segment);存放堆栈段的存放堆栈段的段地址。段地址。18第18页/共21页4）控制寄存器）控制寄存器IPIP：指令指针：指令指针(Instruction Pointer)(Instruction Pointer)寄存器寄存器；能自动加；能自动加1 1，生成代码段中下一条将要取的，生成代码段中下一条将要取的指令的偏移地址。

17、指令的偏移地址。PSWPSW：程序状态字：程序状态字(Program State Word)(Program State Word)寄存寄存器器; ;用各个状态位反映算术逻辑运算的一些状用各个状态位反映算术逻辑运算的一些状态标志和控制标志。态标志和控制标志。19第19页/共21页5、PSW标志位的定义标志位的定义 CC进位标志，结果在最高位产生进位或借位时置进位标志，结果在最高位产生进位或借位时置1 1； PP奇偶标志，结果中奇偶标志，结果中1 1的个数为偶数时置的个数为偶数时置1 1； AA半进位标志（低半进位标志（低4 4位向高位向高4 4位的进位）；位的进位）； ZZ运算结果为零时置运算结果为零时置1 1； SS符号标志，该标志位与结果的最高位相同；符号标志，该标志位与结果的最高位相同； OO