接口第二章-4学时.ppt

1、第2章,第 2章,第一节 8086内部结构 第二节 8086的寄存器结构 第三节 8086存储组织 第四节 8086的I/O组织 第五节 32位微处理器,微处理器的功能结构,8086内部结构,第一节 8086 内部结构,执行单元EU,8086的内部结构从功能上分成两个单元,执行部件EU,总线接口部件BIU,(Execute Unit),EU组成,EU功能,通用寄存器,ALU,指令操作控制电路,状态标志寄存器,AX.BX.CX.DX.SP.BP.DI.SI,全部指令的译码、执行,与BIU交换数据和地址,对通用和标志寄存器进行管理,总线接口单元BIU,(Bus Interface Unit),BI

2、U组成,BIU功能,段寄存器,IP指令指示器,地址产生器ALU,总线控制器,CS.DS.SS.ES,通过运算得到20位的物理地址,预取指令,指令队列,(先进先出FIFO),队列长度,预取办法,6个字节,空闲2个字节就预取,(取指、取数),执行所有总线操作,并行操作方式,一条指令的执行过程？,取指、译码、执行、存放结果, ,一条指令的执行过程,8086一条指令的执行过程,并行操作方式,一条指令的执行过程？,取指、译码、执行、存放结果, ,占用总线的操作、,8位机,串行操作,提高CPU的效率,8086 CPU的内部寄存器,第二节 8086 寄存器结构,8086 CPU的内部寄存器,4个数据寄存器可

3、分成高8位和低8位两个独立的寄存器。,DX：数据寄存器（Data register） 存放双字长数据的高16位，或外设端口地址。,AX：累加器(Accumulator) 使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等。,BX：基址寄存器（Base address Register）,CX：计数器（Counter） 循环、串操作等指令中的隐含计数器。,常用于存放存储器地址。,指针、变址寄存器,常用于存储器变址寻址方式时提供地址。在串操作类指令中，SI、DI有特殊用法。,BP：基址指针寄存器(Base Pointer)表示数据在堆栈段中的基地址,指针寄存器,SP：堆栈指针寄存器(Stack

4、Pointer),SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址,变址寄存器,堆栈（Stack）是主存中一个特殊的区域，采用“先进后出”或“后进先出”存取操作方式。,SI：源地址寄存器（Source Index） DI：目的地址寄存器（Destination Index）,指示堆栈段栈顶的位置（偏移地址）,段寄存器,* 每个段寄存器16位 * 用来确定一个逻辑段的起始地址,数据的存储格式,二进制位Bit：存储一位二进制数：0或1 字节Byte： 8个二进制位，D7D0 字Word： 16位，2个字节，D15 D0 双字DWord： 32位，4个字节，D31 D0,D15 D

5、14 . D1 D0,指令指针寄存器,* IP：用来存放下一条要执行指令在代码段中的偏移量,* IP：总是指向下一条待取指令,* IP与CS寄存器联合确定下一条要执行指令的物理地址,IP: (Instruction Pointer),* 16位指令指针IP由8086的BIU修改,演示_单步调试,标志寄存器,程序设计需要利用标志的状态,FLAGS：标志寄存器（Flag）,用于反映指令执行结果或控制指令执行形式,串行加法器和进位标志,串行加法器和进位标志,CF ZF,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1，即CF=1；否则CF=0,* 进位标志CF（Carry Flag

6、）,* 零标志ZF（Zero Flag）,若运算结果为0，则ZF=1；否则ZF=0,3AH + 7CH = B6H，没有进位：CF = 0 AAH + 7CH =（1）26H，有进位：CF = 1,无符号数的进位,演示emu: e:/copy_2_3/微机接口、new/MySource/gaoli_Flag.asm,3AH7CH = B6H， 结果不是零：ZF = 0 84H7CH =（1）00H， 结果是零：ZF = 1,SF PF,* 符号标志SF（Sign Flag）,运算结果最高位为1，则SF=1；否则SF=0,3AH7CH =B6H， 最高位D7=1：SF=1 84H7CH=（1）0

7、0H， 最高位D7=0：SF=0,* 奇偶标志PF（Parity Flag）,当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF1；否则PF0,3AH7CHB6H10110110B 结果中有5个“1”，是奇数，PF=0,OF AF,* 溢出标志OF（Overflow Flag）,若算术运算的结果有溢出，则OF=1； 否则 OF=0,*辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）,运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF=1；否则AF=0,3AH + 7CH=B6H， 产生溢出：OF=1 AAH + 7CH=（1）26H， 没有溢出：OF=0,有符号数计算结果出现错误,3AH

8、7CHB6H， D3有进位：AF=1,无符号数和有符号数加法示例,无符号数用CF判断有无溢出，有符号数用OF判断有无溢出。,无符号数和有符号数加法示例,DF IF,* 方向标志DF（Direction Flag）,用于串操作指令中，控制地址的变化方向：,* 中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）,控制可屏蔽中断是否可以被处理器响应：,CLD指令 复位方向标志：DF=0 STD指令 置位方向标志：DF=1,设置DF=0，存储器地址自动增加； 设置DF=1，存储器地址自动减少,设置IF=1，则允许中断； 设置IF=0，则禁止中断,CLI指令复位中断标志：IF=0 STI指令

9、置位中断标志：IF=1,TF,* 陷阱标志TF（Trap Flag）,用于控制处理器进入单步操作方式：,单步执行指令处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为1的内部中断（单步中断）,设置TF=0，处理器正常工作,利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试单步调试,设置TF=1，处理器单步执行指令,8088的存储格式图示,* 8086CPU有20条地址线,每个存储单元都有一个存储器地址,每个存储单元存放一个字节的内容,D150= 1234H,16位数据的存储规则：,低字节存入低地址,高字节存入高地址,最大可寻址空间为2201MB 物理地址范围从00000HFFFFFH,第三节 8086 存储组织

10、,注意：各班学委将作业按班内序号排序后提交。谢谢。,提问,问题,1、8086内部结构中的两个重要单元是什么？,2、8086的并行操作方式如何实现？,3、8086有多少个寄存器？每个寄存器多少位？,4、通用寄存器中的数据寄存器的特点？,5、16位数运算后P标志如何产生？,只关注低8位。,6、运算（+127）+（+127）对CF和OF的影响。,OF是最高位进位Cn和次高位进位Cn-1的异或,4A2EH+8150H,P=1,8088的存储格式图示,* 8086CPU有20条地址线,每个存储单元都有一个存储器地址,每个存储单元存放一个字节的内容,D150= 1234H,16位数据的存储规则：,低字节存

11、入低地址,高字节存入高地址,最大可寻址空间为2201MB 物理地址范围从00000HFFFFFH,第三节 8086 存储组织,字和双字的存储,字的存储,双字的存储,8088的存储格式图示,* 8086CPU将1MB空间分成许多逻辑段（Segment）,* 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。,每个段最大限制为64KB,* 对应每个物理存储单元都有一个唯一的20位编号，就是物理地址，从00000H FFFFFH,* 分段后在用户编程时，采用逻辑地址，形式为：段基地址:段内偏移地址,3500H:1500H,物理地址和逻辑地址,物理地址 14700H 逻辑地址 1460H:1

12、00H,将逻辑地址中的段地址左移4位，加上偏移地址就得到20位物理地址,一个物理地址可以有多个逻辑地址,逻辑地址1460:0100、1380:0F00 物理地址14700H 14700H,逻辑段的分配图示,逻辑段的分配图示,逻辑存储结构,逻辑存储结构,从存储器中读取字节和字的方式读取,从存储器中读取字节和字的方式,读写存储器均为16位,P20,需要一个总线周期,需要两个总线周期,主流处理器,* Intel 80X86,* PowerPC,主流处理器,* ARM,Pentium系列,Pentium、Pentium Pro、 Pentium MMX、Pentium 、Pentium 、P4处理器,

13、双核、多核架构,80286、80386、80486,80286处理器,第五节 32位 微处理器,* 支持两种工作模式，即实地址模式和保护地址（虚地址）模式,* 内部结构由四部分组成：执行单元EU、地址单元AU、总线单元BU和指令单元IU,* 16条数据线、24条地址线,* 采用流水线工作方式，并行操作，速度比8086 快5倍,80386微处理器,* 内部、外部的数据总线均为32位，地址总线32位，直接寻址能力达4GB；虚地址保护模式下虚拟内存可达64TB（MM字节）。,* 六个并行处理单元：执行单元、分段单元、分页单元、总线单元、指令预取单元和译码单元。,MMU存储器管理单元,80386微处理

14、器的寄存器,34个寄存器,用于控制80386的工作方式,80386微处理器的寄存器,34个寄存器,用于控制80386的工作方式,80386微处理器的工作方式-实地址,实地址模式、保护模式、虚拟8086模式,80386三种工作方式,实地址模式,* 地址线只用低20位寻址，地址线A20A31=0空间1MB,* 操作数默认长度16位,* 物理地址的形成方式与8086一致,段基址和偏移量都用16位表示,实地址模式的地址变换,80386微处理器的工作方式-保护方式,保护模式,* 指令中使用的逻辑地址需经二级变换才能形成物理地址，可寻址4GB物理空间,* 存储器进行分段、分页管理,* 支持多任务,段基址和

15、偏移量都用32位表示,32位微机.P3040陈建铎,* 允许使用虚拟存储器，最大可编程控制64T,虚拟存储器是指用磁盘存储空间来弥补主存空间的不足，使得程序人员能够使用比主存实际容量更大的存储空间来编写和运行程序。,80386微处理器的工作方式-保护方式,段寄存器,段描述符寄存器,DS段,原段寄存器作为选择器,32位微机.P3040陈建铎,214x232=246(64T),保护模式,参见P29图2.19,80386微处理器的工作方式-虚拟8086方式,虚拟8086模式,* 只能在1MB存储空间下使用16位表示,* 在保护模式下运行的类似实模式的运行方式,*如果采用分页存储管理，1MB地址空间可

16、以转换到4GB物理地址的任何位置。,32位微机.P3040陈建铎,段基址和偏移量都用16位表示,80386的三种工作模式：实模式、保护模式、虚拟86模式。实模式为DOS系统的常用模式，直接内存访问空间被限制在1M字节；保护模式下80386可以直接访问4G字节的内存，并具有异常处理机制；虚拟86模式可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力。,80486微处理器,第五节 80486 微处理器,* 采用流水线技术和指令预取技术,* 与8086/80286/80386保持了二进制兼容，具有80386的全部特点,* 32位内部体系结构，32位外部数据总线，32位地址总线,* 设计采用了某些RI

17、SC（精简指令集）技术,* 采用了片内高速缓存技术,* 在内部集成有浮点运算部件FPU,* 时钟采用了倍频技术,80486微处理器内部结构,80486微处理器内部结构,Pentium微处理器,* 主要由执行单元、指令Cache、数据Cache、指令预取单元、指令译码单元、地址转换与管理单元、总线单元以及控制器等组成。,第六节 Pentium 微处理器,* 全新设计，64位数据线和32位地址线,* 保持和8086、8088、80286、80386、80486的二进制兼容性,* 片内存储管理单元（MMU）也与386、486兼容，可以在实地址模式引导下转入保护模式和虚拟86模式；,* 指令集包括80

18、486的所有指令，并增加了新的指令。,* 具有高性能的浮点运算部件,* 具有分支指令预测功能,Pentium处理器内部结构,Pentium处理器内部结构,第2章掌握内容, 1、8086内部结构, 2、 8086 EU和BIU的功能, 3、 8086内部寄存器的功能, 4、 8086存储器的分段思想, 5、 8086逻辑地址与物理地址的转换, 7、32位微处理器的三种工作模式, 6、 80386、 80486、Pentium的特点,Pentium Pro高能奔腾处理器,Pentium Pro高能奔腾处理器,* 36位地址线、64位数据线； *具有将复杂指令转为精简指令功能，兼顾到芯片兼容性，又提

19、高了运行速度； * Pentium Pro片内除有16KB高速缓存外，还有256KB二级高速缓存，并有高速总线与CPU紧密相连，极大提高程序运行速度； *新的指令动态执行技术，包括增强型的分支预测，能向CPU核心提供多条指令； *具有三路超标量结构,Pentium MMX 多能奔腾处理器,Pentium MMX 多能奔腾处理器,* 在多媒体和通信处理方面具有很高性能； * 指令中增加了一组MMX指令及相关数据类型，含57条指令和4种新型64位数据类型； * 在指令执行顺序中增加了称为读取级的流水线，并通过改变动态分支预测能力进一步提高性能； * 片内一级Cache代码与数据增加到16KB，并由两路组相关联方式变为四路组相关联方式，用于提高存储器写操作性能； * 写缓冲区由原来两个增加到四个,Pentium ,Pentium ,* Pentium 是在Pentium Pro加入MMX技术，汇集了Pentium Pro及Pentium MMX全部优点 * 1998至1999年的主流CPU,Pentium ,* 主频为450MHz，500MHz和550M