第2章80x86系列结构微处理器与8086

1、第第2 2章章 80 x8680 x86系列结构微处理器与系列结构微处理器与808680862.1 80 x862.1 80 x86系列微处理器是系列微处理器是80868086的延伸的延伸2.1.1 80862.1.1 8086功能的扩展功能的扩展1.1.从从1616位扩展为位扩展为3232位位2.2.从实模式至保护模式从实模式至保护模式3.3.片内存储管理单元片内存储管理单元(MMU)(MMU)4.4.浮点支持浮点支持( (自自8048680486开始集成开始集成80 x87)80 x87)5.MMX5.MMX技术技术6.6.流流SIMDSIMD扩展扩展(SSE)(SSE)80386相对于相

2、对于8086的主要功能扩展的主要功能扩展2.1.2 80862.1.2 8086性能的提高性能的提高1.1.利用流水线技术提高操作的并行性利用流水线技术提高操作的并行性 提高芯片主频，减少一个时钟周期的时间提高芯片主频，减少一个时钟周期的时间 缩短执行指令的时钟周期数缩短执行指令的时钟周期数2.2.引入片内缓存引入片内缓存(cache)(cache) 为了减少从存储器中取指令与数据的时间，利用指为了减少从存储器中取指令与数据的时间，利用指令执行的局部性原理，把近期可能要用到的指令与令执行的局部性原理，把近期可能要用到的指令与数据放在工作速度比主存储器更高（当然容量更小）数据放在工作速度比主存储

3、器更高（当然容量更小）的缓存中。的缓存中。2.2 80862.2 8086的功能结构的功能结构预备知识：总线预备知识：总线 总线是指传递信息的一组公用导线总线是指传递信息的一组公用导线 总线是传送信息的公共通道总线是传送信息的公共通道 总线是具有逻辑控制功能的导线总线是具有逻辑控制功能的导线 微机系统采用总线结构连接系统功能部件微机系统采用总线结构连接系统功能部件 （4）外总线）外总线微型计算机之间、微型计算机与其他电器之微型计算机之间、微型计算机与其他电器之 间连接用总线。如：间连接用总线。如：RS232、RS422接口等。接口等。 （1）片总线片总线微处理器微处理器 P内部各功能单元电路之

4、间连接用内部各功能单元电路之间连接用 总线。总线。 （2）芯片总线）芯片总线微处理器微处理器 P与主板内部各功能芯片之间连与主板内部各功能芯片之间连 接用总线。接用总线。 （3）内总线）内总线微型计算机微型计算机 C内部插板之间连接用总线。内部插板之间连接用总线。 如：如：PC总线、总线、STD总线等。总线等。 微型计算机的微处理器与存储器、输入/输出设备之间是以总线（BUS）方式进行连接。 微处理器存储器输入接口 输出接口地址总线AB数据总线DB控制总线CB地址总线 AB 微处理器选择存储器单元、I/O接口。数据总线 DB 微处理器与存储器单元及通过I/O接口与外部 设备交换数据信息。控制总

5、线 CB 微处理器与存储器、I/O接口之间进行应答信 号（控制信息）的交换。 1.掌握微处理器的执行部件（EU）和总线接口部件（BIU） 的主要组成部分，及其两部件的功能。 一一.8086.8086微处理器的结构微处理器的结构 2.掌握并牢记各寄存器的名称及其功能。 3.掌握存储器实际物理地址的计算。 通用寄存器组特殊寄存器组 暂存寄存器状态标志寄存器 ALU EU控制单元1 2 3 4 5 6总线控制逻辑指令对列缓冲器 EU BIU8086总线20位地址总线 16位数据总线芯片总线 地址产生器 1.运算器 执行部件（EU） 算术逻辑单元（ALU） 进行算术、逻辑、移位等运算。 2. 控制器

6、总线接口部件（BIU） 地址产生器 形成段地址与偏移地址产生存储器实际物理 地址的加法器。 通用寄存器组 存储数据，包括运算的原始数据、中间结 果、最终结果，以及偏移地址数据。 暂存寄存器 临时存放参加运算的数或结果。 状态标志寄存器存放运算后的状态标志与控制标志。 EU控制单元产生执行部件（EU）所需要的控制信号。 特殊寄存器组包括段寄存器、指令指针与内部通信寄存 器等。 指令对列缓冲器临时存放并顺序输出将要执行的指令。 总线控制逻辑与处理器外部地址总线、数据总线以及控 制总线接口的电路。 二二. .堆栈与堆栈操作堆栈与堆栈操作 1.堆栈遵循“先进后出，后进先出”的原则，临时存放数 据的方法

7、称为堆栈 2.堆栈区将某些存储单元按堆栈的原则临时存放数据，该 存储区，称为堆栈区。 3.栈顶最后一个数据压入堆栈区的存储单元，称为栈顶。 4.堆栈操作（例子） AH ALAXBXCXDX SP三三.8086.8086微处理器的寄存器结构微处理器的寄存器结构1.数据寄存器组2.指示器和变址寄存器组 SI（源变址寄存器）：存放需要改变的源地址的偏移地址。 SP（堆栈指针/指示器）： 存放堆栈的栈顶的偏移地址。 SI 以上八个以上八个寄存器均在执行部件（寄存器均在执行部件（EU）中）中 AX（AH+AL） 累加器 BX（BH+BL） 基址计数器 CX（CH+CL） 计数器 DX（DH+DL） I/

8、O间址寄存器 以上四个寄存器可以作为十六位（高八位与低八位）寄存器使用，也可以分为两个八位寄存器使用。 BH BL CH CL DH DL BP（基数指针/指示器）：存放需要改变数据的基值。 DI（目的变址寄存器）：存放需要改变的目的地址的偏移地址。 通常情况下，可以不严格区分“源”或“目的”，当在执行“串操作指令串操作指令”时，必须时，必须严格区分严格区分“源源”与与“目的目的”。 BP DI IP CS DS SS ES 3.段与段寄存器（在BIU中） 4.指令指针（指令指示器）IPIP（在（在BIUBIU中）中） CS（代码段段寄存器） DS（数据段段寄存器） SS（堆栈段段寄存器） E

9、S（附加段段寄存器，附加数据段段寄存器） 以上各段寄存器存放的是各段的段地址 程序指示器，总是指向下一次将要取出的指令的偏移地址。 5.状态标志寄存器（FLAGS）CF D11 D10 D9 D8 D7 D6 D4 D2 D0进位标志溢出标志符号标志零标志辅助进位标志奇偶标志方向标志中断标志追踪标志（1）状态标志（2）控制标志OF TF SF ZFAFPF DF IF （1）状态标志 反映计算机运算结果的数各种状态。 （2）控制标志 用户可设置的标志，并用其控制计算机操作的标志。 CF（进/借位标志）：有进/借位，CF=1；无进/借位，CF=0。 OF（溢出标志）：有溢出，OF=1；无溢出，O

10、F=0。 SF（符号标志）：最高位=1，SF=1；最高位=0，SF=0。 ZF（零标志）：结果为零，ZF=1；结果为非零，ZF=0。 AF（辅助进/借位标志）：低四位有进/借位，AF=1； 低四位无进/借位，AF=0。 PF（奇偶标志）：低八位1的个数为偶数，PF=1； 低八位1的个数为奇数，PF=0。 DF（方向标志）：串操作时地址按递减方向，DF=1； 串操作时地址按递增方向，DF=0。 IF（中断标志）：允许中断，IF=1；禁止中断，IF=0。 TF（追踪标志）：允许程序单步执行，TF=1； 允许程序连续执行，TF=0。自然丢失自然丢失 （3）举例 例1：求A36CH+7B74H，分析各

11、状态标志位的值。 解： 1010 0011 0110 1100 + 0111 1011 0111 0100 1 0001 1110 1110 0000CF低八位=1110 0000，“1”的个数为奇数 1 0 0 0 1 0 例1：求ABH+37H，分析各状态标志位的值。 解： 1010 1011 + 0011 0111 1110 0010CF = 注意：求状态标志的状态值时，对 ZF、AF及PF的特点应该加 以重视。CS+1=1CS=1ZFOFSFAFPFOF =SF =ZF =AF =PF=001011结果=0001 1110 1110 000000011011110100000=0四四.

12、 .存储器物理地址及其计算存储器物理地址及其计算 1.存储器单元地址的表示 （1）偏移地址以16位二进制数表示某段内存储器 单元的地址。 （2）逻辑地址以段地址与偏移地址同时表示某存 储器单元的地址。 （3）物理地址表示某存储器单元的实际接线地址。 即表示存储器单元的唯一地址。 2.存储器单元物理地址的计算物理地址物理地址=（段地址段地址） 10H + 偏移地址偏移地址 偏移地址：IP（指令指针） SP（堆栈指示器） BX（基址指针） BP（基数指示器） SI（源变址寄存器）DI（目的源变址寄存器） 段地址：CS（代码段段寄存器）DS（数据段段寄存器） SS（堆栈段段寄存器） ES（附加段段寄

13、存器） 3.物理地址的实现 CS DS SS ES IP 1 2 3 4 5 6总线控制逻辑指令对列缓冲器 16位数据总线 地址产生器8086总线 20位地址总线至EU部件BIU部件 （1）段地址送入地址产生器，左移4位，形成20位基 地址； （2）偏移地址送入地址产生器； （3）求和，产生20位物理地址； （4）通过总线控制逻辑单元，从8086/8088总线输出。 4.举例 （1）计算存储器单元11A7：D870的物理地址。 存储器单元的逻辑地址 11A7：D870 段地址 偏移地址 物理地址 = （11A7H 10H）+ D870H = 11A70H + D870H = 1F2E0H （2

14、）已知某数据段段地址为121AH，请写出该数据段 首、末单元的物理地址。 首物理地址=（121A 10H）+0000H=121A0H 该段最大存储容量为64K（216= 10000H） 末物理地址=首物理地址+（216 -1） =121A0H+FFFFH 数据段段地址 （DS）=121AH =2219FH 1 1 A 7 0 H + D 8 7 0 H 1 F 2 E 0 H 1 2 1 A 0 H + F F F F H 2 2 1 9 F H （3）某数据区存储16个字，起始地址为707A：DDE6H，写出该数据区的数据字的首、末物理地址。 第1个字地址 第2个字地址 第3个字地址 第14个字地址 第15个字地址 第16个字地址707A：DDE6707A：DDE8707A：DDEA707A：DE04 单元数为：（字数-1）2=（16-1） 2=30D=1EH 首字物理地址 末字物理地址 字的逻辑地址字的逻辑地址 字地址位置字地址位置 末字偏移地址 7 0 7 A 0 H + D