微处理器功能结构

1、第2章 微处理器结构2.1 8086微处理器内部结构计算机学院 体系结构中心8086CPU内部结构（1）总线接口部件BIU 形成访问存储器和I/O设备的地址，完成指令预取，存放运算结果。包括：地址加法器专用寄存器组指令队列总线控制电路执行部件EU 负责执行指令。包括：算术逻辑单元ALU计算机学院 体系结构中心8086CPU内部结构（2）标志寄存器FR通用寄存器组EU控制器EU和BIU可并行工作，以提高系统的处理速度计算机学院 体系结构中心8086CPU内部结构框图AXBXCXDXSPBPDISI暂存器ALU标志寄存器EU控制器CSDSSSESIP内部寄存器总线控制逻辑指令队列BIUEUData

2、 Bus16 bitAddress Bus20 bit外部总线通用寄存器组专用寄存器组计算机学院 体系结构中心指令的执行过程从CS:IP指向的地址取指令，然后CS:IP指向下一条指令执行该指令例：ADD AX，BX； AXAX+BX（1）取指：BIU将指令从内存取到指令队列（2）译码：EU控制器发出控制信号，将AX，BX寄存器的内容送到ALU的两个输入端（3）执行：ALU执行加法运算，置标志寄存器的相关位（4）写回：在控制信号的作用下，将加法结果送入AX2.2 8086的寄存器结构计算机学院 体系结构中心80 x86 寄存器组通用寄存器段寄存器专用（控制）寄存器对汇编语言程序员来说，必须熟悉处

3、理器的内部结构-寄存器组计算机学院 体系结构中心通用寄存器（1） 0781531AHALAXEAXBHBLBXEBXCHCLCXECXDHDLDXEDXSPESPBPEBPDIEDISIESI累加器计数器基址变址数据堆栈指针基址指针目的变址源变址区域：对8086、8088和80286处理器不可用计算机学院 体系结构中心通用寄存器（2）AX：累加器，是算术运算的主要寄存器，I/O指令使用该寄存器与外设传送信息BX：通用寄存器，常用作基址寄存器CX：通用寄存器，在循环时作为隐含的计数器DX：通用寄存器，可以和AX一起存储双字，DX存放高位SP：用来指示栈顶的偏移地址BP：常用作堆栈区中的基地址指针

4、SI：源变址寄存器，具有自动增/减功能DI：目的变址寄存器，具有自动增/减功能计算机学院 体系结构中心段寄存器（1）CS代码DS数据ES附加SS堆栈FSGS区域：对8086、8088和80286处理器不可用计算机学院 体系结构中心段寄存器（2）CS：存放代码段的段基址或段选择字。DS：存放数据段的段基址或段选择字。ES：存放附加数据段的段基址或段选择字。SS：存放堆栈段的段基址或段选择字FS：存放附加数据段的段基址或段选择字。GS：存放附加数据段的段基址或段选择字。 除非特别指定，一般情况下，各段的分配由操作系统负责，独立占有64K，可以重叠。功能：存放内存段的段基址计算机学院 体系结构中心专

5、用寄存器IP：指令指针寄存器。存放代码段中的偏移地址，它始终指向下一条指令的首地址，与CS一起确定下一条指令的物理地址。PSW：程序状态字寄存器。由条件码标志和控制标志构成。 FLAGS（PSW）EFLAGS标志寄存器IPEIP程序指针寄存器计算机学院 体系结构中心标志寄存器（015）CF：进位标志。最高有效位的进位PF：奇偶标志。操作结果的最低字节中1的个数为偶数时置1， 否则置0。AF：辅助进位标志。即半字节进位。ZF：零标志。结果为0时ZF置1。SF：符号标志。最高有效位为1，SF=1；否则，SF=0TF：陷阱标志。当TF置1，每条指令执行完后产生单步中断。IF：中断标志。IF=1，响应

6、可屏蔽中断；否则，禁止中断。DF：方向标志。DF=0，串操作自动递增；否则，自动递减。OF：溢出标志。运算结果超出了机器能表示的范围，则OF=115141312OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOPLNT计算机学院 体系结构中心标志寄存器（015）80286处理器IOPL：I/O特权层。在保护模式下，用于控制对I/O地址空间的访问。特权级（高）0，1，2，3（低）。当任务的当前特权级CPL高于或等于IOPL时，执行输入输出指令、STI、CLI和LOCK前缀时，才不产生异常中断13。NT：嵌套任务。在保护模式下，当某系统任务通过CALL指令调用另一个任务时，置NT

7、为1。15141312OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOPLNT计算机学院 体系结构中心标志寄存器（1631）80386处理器RF：重新开始（Resume）。在调试时用于选择性的屏蔽一些异常（exceotions)VM： 在保护模式下，当VM置1时，32位处理器进入虚拟8086模式。80486处理器 AC：进行字、双字或四字的边界对齐检查Pentium处理器VIF：虚拟中断标志。中断标志位的虚拟映像VIP：虚拟中断挂起标志。表示虚拟中断是否挂起。ID：为1时，允许使用CPU标识指令CPU ID。312221191716IDVIP20VIFAC18VMRF计算机

8、学院 体系结构中心控制及调试寄存器CR（03）4个32位控制寄存器，用于分页、Caching、保护。DR（07）8个32位调试寄存器，用于设置断点。CR0031CR1CR2CR3DR0031DR1DR2DR3DR4DR5DR6DR7CR4GDTR：全局描述符基地址及限值（描述符表长度）IDTR：中断描述符基地址及限值LDTR：局部描述符的段选择字TR：任务状态表的段选择字计算机学院 体系结构中心基地址限值系统地址寄存器047基地址限值LDTRTR1516GDTRIDTR计算机学院 体系结构中心测试寄存器TR（37）5个32位测试寄存器，用于测试TLB和Cache。TR3031TR4TR5TR6

9、TR7计算机学院 体系结构中心2.3 8086的存储器组织计算机学院 体系结构中心基本概念数据存储单元ROM，RAM地址控制数据对比:寄存器是微处理器芯片内部存放数据的存储单元，用名称区别存储器是微处理器外部存放程序和数据的空间，用地址寻址存储单元的地址和内容内存是由许多存储单元组成，为了区分不同的内存单元，必须对计算机中的每个内存单元进行编号，内存单元的编号称之为内存单元的地址。计算机学院 体系结构中心英特尔处理器规定的存放方式存储器中数据的存储方式计算机学院 体系结构中心在物理存储器中：低字节存放在前面，高字节存放在后面，称为Little Endian。与之相反的是Big Endian。计

10、算机学院 体系结构中心80 x86存储器管理实模式：使用20位物理地址、单任务工作方式、独占系统所有资源。存储器空间为00000HFFFFFH。 DOS系统要求实模式保护模式：工作在系统所提供地址、多任务方式下，根据本任务的特权级请求使用系统资源计算机学院 体系结构中心实模式存储器地址物理地址：每个存储单元具有一个唯一的20位地址逻辑地址：由段基址和偏移地址构成段基址：每一段的起始地址，其低4位为0。每一段最大为64KB。偏移地址：在段内相对于段基址的偏移值计算机学院 体系结构中心实模式存储器寻址（1）20位物理地址变= 段地址（16位）16d + 偏移地址（16位）最大64KB段基址所选存储单元00000FFFFF10000015F000015+1F000段内偏移段寄存器段的起始地址必须从一小段（paragraph）的首地址开始， 即最低4bit为0分段与偏移逻辑地址计算机学院 体系结构中心实模式存储器寻址（2）分段寻址允许数据和地址的重定位OS能够在运行时刻分配段地址00000FFFFF100001520F0段寄存器340049001000020F003400049000存储器CSDSSSES存储器分段计算机学院 体系结构中心保护模式存储器寻址保护模式支持多任务处理、支持虚拟存储器特性逻辑地址：由选择器和