第2章微处理器

1、1第第2 2章章微处理器2主要内容：n80888088/8086/8086微处理器微处理器n特点特点n主要引线功能和内部结构主要引线功能和内部结构n内部寄存器内部寄存器n实地址模式下的存储器寻址实地址模式下的存储器寻址n总线时序总线时序3一、80888088/8086 CPU/8086 CPU的特点41. 8088/8086 CPU的特点n采用并行流水线工作方式采用并行流水线工作方式 通过设置指令预取队列实现通过设置指令预取队列实现n对内存空间实行分段管理对内存空间实行分段管理 将内存分为将内存分为4 4个段并设置地址段寄存器，以实个段并设置地址段寄存器，以实 现对现对1 1MBMB空间的寻址

2、空间的寻址n支持多处理器系统支持多处理器系统CPU内内部结构部结构存储器寻存储器寻址部分址部分工作模式工作模式52. 8088CPU的两种工作模式n8088可工作于两种模式下可工作于两种模式下 最小模式最小模式 最大模式最大模式n最小模式为单处理器模式，控制信号较少，最小模式为单处理器模式，控制信号较少，一般可不必接总线控制器。一般可不必接总线控制器。n最大模式为多处理器模式，控制信号较多，最大模式为多处理器模式，控制信号较多，须通过总线控制器与总线相连。须通过总线控制器与总线相连。6最小模式下的总线连接示意图8088CPU控制总线控制总线数据总线数据总线地址总线地址总线地址地址锁存锁存数据数

3、据收发收发ALE时钟发时钟发生生 器器7最大模式下的总线连接示意图8088CPU数据总线数据总线地址总线地址总线地址地址锁存锁存数据数据收发收发ALE时钟发时钟发生生 器器总总 线线控制器控制器控制总线控制总线8两种工作模式的选择方式n80888088是工作在最小还是最大模式由是工作在最小还是最大模式由MN/MXMN/MX引线引线的状态决定。的状态决定。nMN/MX=0MN/MX=0工作于最大模式工作于最大模式nMN/MX=1MN/MX=1工作于最小模式工作于最小模式9二、二、8088/8086的引线及功能101. 电源和地引脚电源和地引脚2. 地址、数据线地址、数据线3. 时钟、复位时钟、复

4、位4. 中断中断5. 最小模式最小模式/最大模式最大模式1、 8086 CPU引线及其功能引线及其功能111. 电源引脚电源引脚2. 地址、数据线地址、数据线3. 时钟、复位时钟、复位4. 中断中断5. 最小模式最小模式/最大模式最大模式 1、 8086 CPU引线及其功能引线及其功能4个复用的个复用的端口端口Page20，除了输出，除了输出地址以外地址以外显示段寄显示段寄存器使用存器使用情况情况12最小最小/最大模式下功能相同的其最大模式下功能相同的其它引脚：它引脚： 读信号读信号 高字节数据选择高字节数据选择 准备好信号准备好信号 测试信号测试信号 1、 8086 CPU引线及其功能引线及

5、其功能(配合配合Wait命令使用命令使用)13最小模式最小模式下的引脚：下的引脚： 总线读写控制总线读写控制 中断应答中断应答 总线请求总线请求1、8086 CPU引线及其功能引线及其功能14最大模式最大模式下的引脚：下的引脚： 总线读写控制总线读写控制（8288译码输入）译码输入） 总线请求总线请求 总线封锁总线封锁 指令预取队列状态指令预取队列状态1、8086 CPU引线及其功能引线及其功能(输出输出CPU内部指令队列内部指令队列状态状态)152、8088 CPU的引线的引线1. 电源引脚电源引脚2. 地址、数据线地址、数据线3. 时钟、复位时钟、复位4. 中断中断5. 最小模式最小模式/

6、最大模式最大模式最大模式最大模式下的引脚：下的引脚：16 主要引线最小模式下的最小模式下的8088引线引线n地址线和数据线：地址线和数据线：nADAD0 0ADAD7 7：低低8 8位地址和低位地址和低8 8位数据信号分时复用。位数据信号分时复用。在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。向。nA A1616-A-A1919：高高4 4位地址信号，与状态信号分时复用。位地址信号，与状态信号分时复用。nA A8 8A A15 15 ：8 8位地址信号位地址信号17主要的控制和状态信号nWRWR： 写信号；写信号；nRDRD： 读信号；读信号；nIO/

7、MIO/M：为为“0 0”表示访问内存，表示访问内存， 为为“1 1”表示访问接口；表示访问接口；nDENDEN： 低电平有效时，允许进行读低电平有效时，允许进行读/ /写操作；写操作；nDT/RDT/R：数据收发器的传送方向控制；数据收发器的传送方向控制； nALEALE：地址锁存信号；：地址锁存信号；nRESETRESET：复位信号。复位信号。18例：n当当WR=1WR=1，RD=0RD=0，IO/M=0IO/M=0时，时， 表示表示CPUCPU当前正在进行当前正在进行读存储器读存储器操作操作19READY信号T T1 1T T2 2T T3 3TwaitTwaitT T4 420中断请求

8、和响应信号nINTR：可屏蔽中断请求输入端可屏蔽中断请求输入端nNMI： 非屏蔽中断请求输入端非屏蔽中断请求输入端nINTA：中断响应输出端中断响应输出端21总线保持信号nHOLD：总线保持请求信号输入端。当总线保持请求信号输入端。当CPU 以外的其他设备要求占用总线时，以外的其他设备要求占用总线时， 通过该引脚向通过该引脚向CPU发出请求。发出请求。nHLDA：总线保持响应信号输出端。总线保持响应信号输出端。CPU对对 HOLD信号的响应信号信号的响应信号。2280888088和8086CPU8086CPU引线功能比较n数据总线宽度不同数据总线宽度不同n8088的外部总线宽度是的外部总线宽度

9、是8位，位，8086为为16位。位。n访问存储器和输入输出控制信号含义不同访问存储器和输入输出控制信号含义不同n8088IO/#M=0表示访问内存；表示访问内存；n8086M/#IO=1表示访问内存。表示访问内存。233、8086最小工作模式下控制核心单元的组成地5V读写控制读写控制读写控制CSH奇地址存储体8284时钟发生器RESETREADYCBD7 D0D15 D8DBCSL偶地址存储体CSI/O接口ABA0A1 A19BHE STB OE8282锁存器8086CPUMN/MX INTA RD C L K W RREADY M/IORESETALEBHE A19-A16 AD15-AD0

10、DEN DT/R TOE 8286 收发器D15D04、8086最大工作模式下控制核心单元的组成地地读写控制读写控制读写控制CSI/O接口 STB OE8282锁存器TOE8286TOE 8286 收发器8284时钟发生器RESETREADYA1 A19A0BHEABD7 D0D15 D8DBCBD15D0CSH奇地址存储体CSL偶地址存储体8288S0 INTAS1 MRDCS2 MWTCDEN IORCDT/R IOWC ALE8086CPUS0S1S2MN/MX CLK READY RESET BHE A19-A16 AD15-AD025三、三、8088/8086的内部结构2626202

11、2-5-27内部暂存器 IP ES SS DS CS输入/输出控制电路外部总线执行部分控制电路ALU标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器地址加法器指令队列执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU)16位20位16位8位ALU数据总线队列总线1 2 3 4 5 6 8086的编程结构271. 组成n8088/8086内部由两部分组成：内部由两部分组成： 执行单元（执行单元（EU） 总线接口单元（总线接口单元（BIU）282. 执行单元 运算器运算器 8个通用寄存器个通用寄存器 1个标志寄存器个标志寄存器 EU部分控制电路部分控制电路教材第教材

12、第43页页图图2-6图图29执行单元n功能功能n指令译码指令译码n指令执行指令执行n暂存中间运算结果暂存中间运算结果n保存运算结果特征保存运算结果特征指令的执行指令的执行在标志寄存器在标志寄存器FLAGS中中在在ALU中完成中完成在通用寄存器中在通用寄存器中303. 总线接口单元功能：功能：n从内存中取指令到指令预取队列从内存中取指令到指令预取队列n指令预取队列是并行流水线工作的基础指令预取队列是并行流水线工作的基础n负责与内存或输入负责与内存或输入/输出接口之间的数据传送输出接口之间的数据传送n在执行转移程序时，在执行转移程序时，BIU使指令预取队列复位，从使指令预取队列复位，从指定的新地址

13、取指令，并立即传给执行单元执行。指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行。31结论n指令预取队列的存在使指令预取队列的存在使EU和和BIU两个部分可两个部分可同时进行工作，即：同时进行工作，即：n实现指令的并行执行实现指令的并行执行n目的：目的：n提高了提高了CPU的效率；的效率；n降低了对存储器存取速度的要求降低了对存储器存取速度的要求四、内部寄存器3233内部寄存器的类型n含含14个个16位寄存器，按功能可分为三类位寄存器，按功能可分为三类 8个通用寄存器个通用寄存器 4个段寄存器个段寄存器 2个控制寄存器个控制寄存器深入理解：每个寄存器中数据的含义深入理解：每个寄存器中数据的含义341

14、. 通用寄存器 数据寄存器（数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（变址寄存器（SI，DI）35数据寄存器n8088/8086含含4个个16位数据寄存器，它们又位数据寄存器，它们又可分为可分为8个个8位寄存器，即：位寄存器，即：nAXnBXnCXnDXAH，ALCH，CLBH，BLDH，DL36数据寄存器特有的习惯用法nAX：累加器。所有累加器。所有I/O指令都通过指令都通过AX与接口传送与接口传送 信息，中间运算结果也多放于信息，中间运算结果也多放于AX中；中；nBX：基址寄存器。基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址；在间接寻址中用于

15、存放基地址；nCX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令计数寄存器。用于在循环或串操作指令 中存放计数值；中存放计数值；nDX：数据寄存器。数据寄存器。在间接寻址的在间接寻址的I/OI/O指令中存放指令中存放 I/OI/O端口地址端口地址；在；在32位乘除法运算时，存放位乘除法运算时，存放 高高16位数。位数。37地址指针寄存器nSP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的 偏移地址；偏移地址；nBP：基址指针寄存器，常用于在访问内基址指针寄存器，常用于在访问内 存时存放内存单元的存时存放内存单元的偏移地址。偏移地址。38BX与BP在应用上的区别n作为通用寄存器，二者均可

16、用于存放数据；作为通用寄存器，二者均可用于存放数据；n作为基址寄存器，用作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在表示所寻找的数据在数据段数据段；用；用BP则表示数据在则表示数据在堆栈段堆栈段。39变址寄存器nSI：源变址寄存器源变址寄存器nDI：目标变址寄存器目标变址寄存器n变址寄存器在指令中常用于存放数据在内变址寄存器在指令中常用于存放数据在内存中的地址。存中的地址。402. 控制寄存器nIPn指令指针寄存器，其内容为下一条要执行指令的指令指针寄存器，其内容为下一条要执行指令的偏移地址。偏移地址。nFLAGSn标志寄存器，存放运算结果的特征标志寄存器，存放运算结果的特征n6个状态标志位（个状

17、态标志位（CF，SF，AF，PF，OF，ZF）n3个控制标志位（个控制标志位（IF，TF，DF）IP: Instruction Pointer 指令指针寄存器内存中的程序内存中的程序指令指令1指令指令2指令指令n分析分析获取操作数获取操作数执行执行存放结果存放结果（CS: IP）地址地址CPU取出取出操作数操作数41状态标志位（1）nCF（Carry Flag） n进位标志位。加进位标志位。加(减减)法运算时，若最高位有进法运算时，若最高位有进(借借)位则位则CF=1 nPF（Parity Flag）n奇偶标志位。运算结果的低奇偶标志位。运算结果的低8位中位中“1”的个数为偶的个数为偶数时数时

18、PF=l nAF（Auxiliary Carry Flag）n辅助进位标志位。加辅助进位标志位。加(减减)操作中，若操作中，若Bit3向向Bit4有有进位进位(借位借位)，AF=1 42状态标志位（2）nZF（Zero Flag）n零标志位。当运算结果为零时零标志位。当运算结果为零时ZF=1 nSF（Sign Flag）n符号标志位。当运算结果的最高位为符号标志位。当运算结果的最高位为1时，时，SF=l nOF（Overflow Flag）n溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范围时，可表达范围时，OF=l 43状态标志位例n给出以下运

19、算结果及运算后各状态标志位的状态：给出以下运算结果及运算后各状态标志位的状态：n10110110+11110100 10110110 + 11110100 101010101CF= OF=AF= PF=SF= ZF=10101044控制标志位nTF（Trap Flag）n陷井标志位，也叫跟踪标志位。陷井标志位，也叫跟踪标志位。TF=1时，使时，使CPU处于单步执行指令的工作方式。处于单步执行指令的工作方式。nIF（Interrupt Enable Flag）n中断允许标志位。中断允许标志位。IF=1使使CPU可以响应可屏蔽中可以响应可屏蔽中断请求。断请求。nDF（Direction Flag）

20、n方向标志位。在数据串操作时确定操作的方向。方向标志位。在数据串操作时确定操作的方向。 45段寄存器nCS：代码段寄存器，存放代码段的段基地址。：代码段寄存器，存放代码段的段基地址。nDS：数据段寄存器：数据段寄存器 ，存放数据段的段基地址。，存放数据段的段基地址。nES：附加段寄存器，存放数据段的段基地址。：附加段寄存器，存放数据段的段基地址。nSS：堆栈段寄存器，：堆栈段寄存器， 存放堆栈段的段基地址存放堆栈段的段基地址 代码段代码段数据段数据段堆栈段堆栈段附加段附加段ES CSDSSS段寄存器段寄存器段基址段基址段基址段基址段基址段基址段基址段基址46五、8086/8088的存储器组织4

21、71. 内存单元的编址n物理地址物理地址n每个内存单元在整个内存空间中具有的惟一的地每个内存单元在整个内存空间中具有的惟一的地址。址。n8086/8088CPU有有20根地址线，它可以产生根地址线，它可以产生20位的地址码，寻址位的地址码，寻址范围范围为为220，即，即1兆字节空间。兆字节空间。这一兆字节存储单元的地址范围为：这一兆字节存储单元的地址范围为：00.011.1。20位位20位位48.07存储单元（字节）存储单元（字节）二进制数地址二进制数地址000000000000000000000000000000000000000100000000000000000010.111111111

22、1111111111011111111111111111111十六进制数地址十六进制数地址00000H00001H00002HFFFFEHFFFFFH.为了方便书写，在源程序中常用为了方便书写，在源程序中常用5位十六进制数或一个符号来位十六进制数或一个符号来表示一个存储单元的地址。表示一个存储单元的地址。49例如，将数据例如，将数据3456H放在地址为放在地址为09235H的的存储单元中的存储分配。存储单元中的存储分配。.地址地址 存储单元存储单元09235H09236H5634n 任何两个相邻字节单元就构成一个字单元任何两个相邻字节单元就构成一个字单元n 字单元的地址为两个字节单元中较小地址

23、字节单元的地址。字单元的地址为两个字节单元中较小地址字节单元的地址。n 字字数据的存放规则是低数据的存放规则是低8位放在较低地址字节单元中，高位放在较低地址字节单元中，高8位放在较高地址字节单元中。位放在较高地址字节单元中。50n逻辑地址逻辑地址n将内存划分成多个逻辑段后，将内存划分成多个逻辑段后，就使用逻辑地就使用逻辑地址来指示址来指示存储单元存储单元。n使用使用逻辑地址方便了逻辑地址方便了程序的开发和对存储器程序的开发和对存储器进行动态管理进行动态管理。n每个存储单元的逻辑地址由两部分每个存储单元的逻辑地址由两部分组成组成n16位的段（基）地址位的段（基）地址-决定该逻辑段在内存中的位置决

24、定该逻辑段在内存中的位置n16位的段内地址，也叫位的段内地址，也叫相对地址，或偏移地址相对地址，或偏移地址-决定该存储单元相对段起始单元的距离决定该存储单元相对段起始单元的距离n逻辑段的起始单元称为段首逻辑段的起始单元称为段首-段首的偏移地址段首的偏移地址=0=0510 0 0 0段基地址（段基地址（16位）位）段首地址（段首的物理地址）段首地址（段首的物理地址） 1904逻辑段的起始单元称为段首逻辑段的起始单元称为段首-段首的偏移地址段首的偏移地址=0例：例：n段基地址段基地址 =6000Hn段首地址段首地址n偏移地址偏移地址=0009Hn物理地址物理地址数数据据段段60009H00H12H

25、60000H952n 8086/8088的存储器段结构的存储器段结构的的特点：特点：1. 每个段最大长度为每个段最大长度为64K（65536）个字节单元组成。）个字节单元组成。2. 每个段的起始地址（段基址）必须是一个小节的首址。每个段的起始地址（段基址）必须是一个小节的首址。从从0地址开始，每地址开始，每16个字节单元称为一个个字节单元称为一个小节（小节（Paragraph）1MB内存就可划分为内存就可划分为64K个小节。个小节。第第 1 小节：小节：00000H，00001H，00002H0000FH第第 2 小节：小节：00010H，00011H，00012H0001FH第第65535小

26、节：小节：FFFE0H FFFE1H FFFE2HFFFEFH第第65536小节：小节：FFFF0H FFFF1H FFFF2HFFFFFH.每个小节的首地址最低位必为每个小节的首地址最低位必为0（16进制数表示）进制数表示）。因此段基址。因此段基址只能是上述只能是上述64K个小节首址之一。个小节首址之一。533. 逻辑段在物理存储器中可以是邻接的、间隔的、逻辑段在物理存储器中可以是邻接的、间隔的、部分重叠的和完全重叠的等部分重叠的和完全重叠的等4种情况。种情况。内存中的一个物理存储单元可以映象到一个或多个逻辑段中内存中的一个物理存储单元可以映象到一个或多个逻辑段中邻接邻接部分重叠部分重叠完全

27、重叠完全重叠间隔间隔DA_BYTE物理单元可以物理单元可以映象到逻辑段映象到逻辑段2、段、段3和和段段4中。中。物理存储器物理存储器00000H10000HDA_BYTE段段1段段2段段3段段4段段5逻辑段逻辑段0FFFFFH544. 在任一时刻，一个程序只能访问在任一时刻，一个程序只能访问4个当前段中的内容。个当前段中的内容。 4个段分别是代码段、数据段、堆栈段和附加段，个段分别是代码段、数据段、堆栈段和附加段，称为当前段称为当前段 。4个段寄存器个段寄存器CS、DS、SS和和ES分别保分别保存了当前段的段基址的高存了当前段的段基址的高16位地址，称为位地址，称为段基值段基值。段。段基址的最

28、低基址的最低4位为位为0。（小节首址的低。（小节首址的低4位为全位为全0 ）。）。55例：已知已知 CS=1055H，DS=250AH， ES=2EF0H，SS=8FF0H画出各段在内存中的分布。画出各段在内存中的分布。CS=1055Hn段首地址段首地址=10550HDS=250AHn段首地址段首地址=250A0HES=2EF0HSS=8FF0H10550H250A0H2EF00H8FF00H代码段代码段数据段数据段附加段附加段堆栈段堆栈段 562. 逻辑地址与物理地址的转换n内存内存物理地址由段地址和物理地址由段地址和偏移地址组合而成偏移地址组合而成物理地址物理地址=段基地址段基地址16+偏

29、移地址偏移地址0 0 0 0段基地址段基地址 1904 偏移地址偏移地址+150 190物理地址物理地址57例n设某操作数存放在数据段，设某操作数存放在数据段，DS=250AH，数据，数据所在单元的偏移地址所在单元的偏移地址=0204H。则该操作数所在。则该操作数所在单元的物理地址为：单元的物理地址为：n250AH 16+0204H = 252A4H580915H003AH0915 0 H003 AH+）0918 AH偏移量偏移量段基值段基值逻辑地址逻辑地址物理地址物理地址 例：同一个物理地址例：同一个物理地址002D3H被两个逻辑段中的被两个逻辑段中的逻辑地址映射的情况。逻辑地址映射的情况。

30、002B0H+00023H=002D3H002C0H+00013H=002D3H例：例：偏移量偏移量23H段段1基址基址 002B0H段段2基址基址002C0H002D3H偏移量偏移量13H左移左移4位位594. 堆栈及堆栈段的使用n堆栈：堆栈：n堆栈是一个特定的存储区，访问该存储区一般堆栈是一个特定的存储区，访问该存储区一般需要按照专门的规则进行操作。需要按照专门的规则进行操作。n主要用于暂存数据以及在过程调用或处理中断主要用于暂存数据以及在过程调用或处理中断时保存断点信息。时保存断点信息。由程序设计人员用软件在内存中划出的一块存储区由程序设计人员用软件在内存中划出的一块存储区作为堆栈来使用

31、。作为堆栈来使用。8086/8088采用这种方式。采用这种方式。60堆栈堆栈已存放数据已存放数据TOPBottom.主存主存00000H堆栈的一端是固定的，称为堆栈的一端是固定的，称为栈栈底底。栈底是堆栈存储区的最大。栈底是堆栈存储区的最大地址单元。地址单元。 另一端是浮动的，称为另一端是浮动的，称为栈顶栈顶。在任何时刻，栈顶是最后存入在任何时刻，栈顶是最后存入信息的存储单元。栈顶是随着信息的存储单元。栈顶是随着堆栈中存放信息的多少而改变。堆栈中存放信息的多少而改变。 为了指示堆栈中栈顶的位置，通常设置一个寄存器来指为了指示堆栈中栈顶的位置，通常设置一个寄存器来指示栈顶位置。其内容就象一个指针

32、一样，因此被称为堆栈指示栈顶位置。其内容就象一个指针一样，因此被称为堆栈指针针SP（Stack Pointer）。）。SP的内容始终指向栈顶单元的内容始终指向栈顶单元堆栈中数据进出都由堆栈中数据进出都由SP来控制来控制6161 在堆栈中存取数据的规则是：在堆栈中存取数据的规则是：“先进后出先进后出FILO”（First-In Last-Out）。即最先送入堆栈的数据要到最后）。即最先送入堆栈的数据要到最后才能取出，而最后送入堆栈的数据，最先取出。才能取出，而最后送入堆栈的数据，最先取出。8086/8088堆栈的组织堆栈的组织在在8086/8088微机中堆栈是由堆栈段寄存器微机中堆栈是由堆栈段寄

33、存器SS指示的一段存储区。指示的一段存储区。SSSP堆栈堆栈BottomTopXXXXXXXXXXXX堆栈初始化时的堆栈初始化时的SP62n数据在堆栈中以字为单位存放，低数据在堆栈中以字为单位存放，低8位放在较位放在较低地址单元，高低地址单元，高8位放在较高地址单元。位放在较高地址单元。nSP被初始化时指向栈底被初始化时指向栈底+2单元，其值就是堆单元，其值就是堆栈的长度。由于栈的长度。由于SP是是16位寄存器，因此堆栈位寄存器，因此堆栈长度长度 64K字节。字节。n SP始终表示堆栈段基址与栈顶之间的距离始终表示堆栈段基址与栈顶之间的距离（字节数）。（字节数）。n当当SP为最大为最大(初始初始)值时，表示堆栈为空。值时，表示堆栈为空。n当当SP为为0时时，表示堆栈全满表示堆栈全满。n当用户程序中要求的堆栈长度超过一个堆栈当用户程序中要求的堆栈长度超过一个堆栈段的最大长度段的最大长度64KB时，可以设置时，可以设置多多个堆栈段。个堆栈段。63例：n已知