第2章 80X86微處理器

1、第2章 80 x86 微處理器 n2.1 Intel 8086微處理器 n2.2 存儲(chǔ)器物理地址的形成 n2.3 Intel 80X86微處理系列 開開 始始2.1 Intel 8086微處理器 n2.1.1 Intel 8086 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu) n2.1.2 Intel 8086內(nèi)部寄存器 n2.1.3 Intel 8086微處理器引腳說明 返回本章首頁返回本章首頁3Intel 8086英特爾80 x86處理器80386803868048680486奔騰奔騰奔騰奔騰II奔騰奔騰4802868028680868086奔騰奔騰III酷睿多核系列酷睿多核系列40044004IA-32處理處理器器1

2、6位位80 x86處理處理器器奔騰多核系列奔騰多核系列Intel 64處理處理器器416位80 x86處理器n16位結(jié)構(gòu)處理器n8086/8088指令系統(tǒng)提供16位基本指令集n80186/80188增加若干條實(shí)用指令 n8086的工作方式是實(shí)方式（Real Mode）n80286增加保護(hù)方式（Protected Mode）n80286引入了系統(tǒng)指令n為操作系統(tǒng)等核心程序提供處理器控制功能5IA-32處理器n80386引入英特爾32位指令集結(jié)構(gòu)ISAn兼容原16位80286指令系統(tǒng)n全面升級(jí)為32位n提供虛擬8086工作方式（Virtual 8086 Mode）n80486集成浮點(diǎn)處理單元支持浮

3、點(diǎn)指令nPentium系列n陸續(xù)增加若干整數(shù)指令、完善浮點(diǎn)指令n增加一系列多媒體指令（SIMD指令）6Intel 64處理器n引入64位英特爾指令集結(jié)構(gòu)n兼容32位指令系統(tǒng)n新增64位工作方式n繼續(xù)豐富多媒體指令n處理器集成多核（Multi-core）技術(shù)Many core2.1.1 Intel 8086 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)n1總線接口部件BIU n總線接口部件的主要功能負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間的信息傳送。主要由4個(gè)段地址寄存器 、指令指針寄存器IP 、20位地址加法器 、6個(gè)字節(jié)的指令隊(duì)列組成。n2執(zhí)行部件EU n執(zhí)行部件的主要功能負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。主要由4個(gè)通用寄存器 、 4個(gè)專用寄存

4、器 、 算術(shù)邏輯單元ALU 、標(biāo)志寄存器FR 組成。n 8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖n 返回本節(jié)返回本節(jié)2.1.2 Intel 8086內(nèi)部寄存器 n1通用寄存器AX、BX、CX、DX n2. 4個(gè)專用寄存器 n3. 4個(gè)段寄存器 n4. 指令指針寄存器IP n5. 標(biāo)志寄存器FRn1. 4個(gè)通用寄存器 ：AX，BX，CX，DXn 每個(gè)都是16位的。n但每個(gè)都可以拆開成2個(gè)8位的寄存器，可單獨(dú)使用，有單獨(dú)名字。AX：AH，ALBX：BH，BLCX：CH，CLDX：DH，DLn例如，（AX）=1234H，（AH）=？（AL）=？n問題：?jiǎn)栴}： AX AX，BXBX，CXCX，DXDX完全相同，沒任何差

5、異嗎？完全相同，沒任何差異嗎？n不是，各有側(cè)重。有時(shí)可以四個(gè)通用，有時(shí)只能用其中某種。累加器AX、基址寄存器BX、計(jì)數(shù)器CX、數(shù)據(jù)寄存器DX。 n2. 4個(gè)專用寄存器 堆棧指針寄存器SP基址指針寄存器BP源變址寄存器SI目的變址寄存器DI3. 4個(gè)段寄存器 代碼段寄存器CS數(shù)據(jù)段寄存器DS堆棧段寄存器SS附加段寄存器ES 4. 指令指針寄存器IP 指令指針寄存器IP用于存放下一條執(zhí)行指令的偏移地址。問題1、相當(dāng)于組成原理課程中所說的什么寄存器？問題2：能給IP賦值嗎？ 5. 標(biāo)志寄存器FR 6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志： 符號(hào)標(biāo)志SF、零標(biāo)志ZF、奇/偶標(biāo)志PF、進(jìn)位標(biāo)志CF 、輔助進(jìn)位標(biāo)志AF 、溢出標(biāo)志O

6、F。 3個(gè)控制標(biāo)志 ： 方向標(biāo)志DF 、跟蹤標(biāo)志TF 、中斷允許標(biāo)志IF。 OFDFIFTFSFZFAFPFCF15141312111098765432102.1.3 Intel 8086微處理器引腳說明 n1. 最小工作模式引腳功能及引腳n n2. 最大工作模式引腳功能及引腳1，最小工作模式n 在系統(tǒng)中只有8086或者8088一個(gè)微處理器。在這種系統(tǒng)中，所有的控制信號(hào)直接由8086或8088產(chǎn)生，因此，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少。 2，最大工作模式n 是相對(duì)最小工作模式而言。在此工作模式系統(tǒng)中，一般包含兩個(gè)或兩個(gè)以上微處理器，主處理器還是一個(gè)8086或者8088，其他的處理器稱為協(xié)處

7、理器，它們是協(xié)助主處理器工作的。 3，8086最小模式引腳信號(hào) （括號(hào)內(nèi)為最大模式的引腳名稱）返回本節(jié)返回本節(jié)2.2 存儲(chǔ)器物理地址的形成 n2.2.1 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)n2.2.2 物理地址的形成 n2.2.3 存儲(chǔ)器單元的地址和內(nèi)容返回本章首頁返回本章首頁2.2.1 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) n 8086系統(tǒng)中存儲(chǔ)器是按字節(jié)編址，由于8086有20根地址線，所以可尋址的存儲(chǔ)器空間為1MB，其地址范圍從00000HFFFFFH。在8086系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器組織實(shí)際上是以字節(jié)為單位組成的一維線性空間。 存儲(chǔ)器交叉編址結(jié)構(gòu)示意圖 返回本節(jié)返回本節(jié)2.2.2 物理地址的形成 n1. 存儲(chǔ)器的段結(jié)構(gòu) n2. 物理地址的形成

8、 1. 存儲(chǔ)器的段結(jié)構(gòu)n 將1MB（220）的存儲(chǔ)器空間分成若干個(gè)邏輯段，每個(gè)段的容量64KB（216），段內(nèi)地址是連續(xù)的，每個(gè)段有起始地址。n這樣，一旦所需訪問的段被確定以后，就采用16位尋址方法在段內(nèi)尋找要訪問的存儲(chǔ)單元。問題問題1：存儲(chǔ)空間有多少段？：存儲(chǔ)空間有多少段？問題問題2：兩個(gè)段能夠重疊嗎？：兩個(gè)段能夠重疊嗎？n段與段之間允許在整個(gè)空間浮動(dòng)，即段與段之間可以部分重疊、完全重疊、連續(xù)排列、斷續(xù)排列，編程人員使用起來非常靈活。n問題：段的起始地址可以是任意的嗎？問題：段的起始地址可以是任意的嗎？段基址在存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)的分段情況 2. 物理地址的形成 n 物理地址（存貯單元的真正地址，也

9、稱絕對(duì)地址）的形成思路：n所在段的起始地址 + 段內(nèi)的偏移地址限制因素：地址保存在寄存器內(nèi)，寄存器是16位的，故無論段基址段基址還是段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址，均只能16位。n因此規(guī)定，段基址的后四位為0000例如，段基址可以是12340H（這樣只需保存1234H），不能是12345H2. 物理地址的形成 n邏輯地址：由段基址和段內(nèi)偏移地址組成的地址。邏輯地址表示為段基址：偏移地址如3000H：0200H問題：上例中段的起始地址是多少？真正問題：上例中段的起始地址是多少？真正的物理地址是多少？的物理地址是多少？n 轉(zhuǎn)換公式計(jì)算：n 物理地址=段基址16+偏移地址 8086物理地址的形成 返回本節(jié)

10、返回本節(jié)n【例2.1】 若數(shù)據(jù)段寄存器DS2100H，試確定該存儲(chǔ)區(qū)段物理地址的最大范圍。 n首先需要確定該數(shù)據(jù)區(qū)段中第一個(gè)存儲(chǔ)單元和最后一個(gè)存儲(chǔ)單元的16位偏移地址。因?yàn)橐粋€(gè)邏輯段的最大容量為64KB，所以第一個(gè)存儲(chǔ)單元的偏移地址為0，最后一個(gè)存儲(chǔ)單元的偏移地址為FFFFH。該數(shù)據(jù)區(qū)段由低至高相應(yīng)存儲(chǔ)單元的偏移地址為0000HFFFFH。n存儲(chǔ)區(qū)的首地址DS16偏移地址2100H160000H21000Hn存儲(chǔ)區(qū)的末地址DS16偏移地址2100H16FFFFH30FFFHn從而可知：該數(shù)據(jù)段的地址范圍是21000H30FFFH。有時(shí)也采用“段基址:偏移地址”這種形式來表示存儲(chǔ)單元的地址。n【

11、例2.2】 當(dāng)CS5A00H，偏移地址2245H時(shí)，求物理地址；n 當(dāng)CS4C82H，偏移地址FA25H時(shí)，求物理地址。 n根據(jù)物理地址的計(jì)算公式，可得： n題的物理地址CS16偏移地址5A00H162245H5C245Hn題的物理地址CS16偏移地址4C82H16FA25H5C245Hn從例2.2可以看出：在題和中給定的段基址和偏移地址各不相同，而計(jì)算所得的物理地址卻是一樣的，均為5C245H。這說明，對(duì)于存儲(chǔ)器的任意存儲(chǔ)單元來說，物理地址是惟一的，而邏輯地址卻有無數(shù)組。不同的段基址和相應(yīng)的偏移地址可以形成同一個(gè)物理地址。 n（3）按信息特征分段存儲(chǔ)與分段尋址 n8086在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的信息

12、包括程序指令、數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)等。為了便于尋址和操作，這些信息在存儲(chǔ)器中分段存儲(chǔ)，因而將存儲(chǔ)器劃分為程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)和堆棧區(qū)，并通過段寄存器CS, DS, ES和SS進(jìn)行尋址。 n 對(duì)程序區(qū)的訪問 n專門用于存放程序指令代碼的存儲(chǔ)區(qū)域稱為程序區(qū)。訪問程序區(qū)時(shí)，段基址由代碼段寄存器CS指定，IP的內(nèi)容表示段內(nèi)的偏移地址。當(dāng)前所取指令的物理地址為： 物理地址CS16IP若要訪問不同的程序區(qū)時(shí)，只需修改代碼段寄存器CS的內(nèi)容即可。n 對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)的訪問 n用來存放數(shù)據(jù)信息的區(qū)域稱為數(shù)據(jù)區(qū)。這些數(shù)據(jù)信息包括CPU要處理的原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果和最后結(jié)果。訪問數(shù)據(jù)區(qū)時(shí)，DS的內(nèi)容用來表示數(shù)據(jù)段的段基址

13、，而偏移地址由指令的尋址方式所求得的有效地址EA（effective address）來確定。其物理地址為： n物理地址DS16EAn 對(duì)堆棧區(qū)的訪問 n堆棧是特殊的存儲(chǔ)區(qū)域，用來存放由PUSH指令壓入的需要進(jìn)行保護(hù)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。訪問堆棧區(qū)時(shí)，用堆棧段寄存器SS指示堆棧段的段基址，SP的內(nèi)容表示棧頂?shù)钠频刂?。BP的內(nèi)容表示棧底的偏移地址。堆棧操作時(shí)存儲(chǔ)單元的物理地址為： n物理地址SS16SPn 字符串操作 n在存儲(chǔ)器中，字符串操作指的是對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳送或比較，這就需要指定傳送的源數(shù)據(jù)區(qū)和目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)。通常用DS作為源數(shù)據(jù)區(qū)的段寄存器保存段基址，源變址寄存器SI的內(nèi)容表示偏移地址，用E

14、S作為目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)的段寄存器保存段基址，目標(biāo)變址寄存器DI表示偏移地址。地址的計(jì)算公式為：n源數(shù)據(jù)區(qū)物理地址DS16SI目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)物理地址ES16DIn8086的輸入/輸出結(jié)構(gòu) n在8086微機(jī)系統(tǒng)中，配置了一定數(shù)量的輸入/輸出設(shè)備，而這些設(shè)備必須通過輸入/輸出，即I/O接口芯片與CPU相連接。每個(gè)I/O接口芯片都有一個(gè)或幾個(gè)I/O端口，像存儲(chǔ)器一樣，每個(gè)I/O端口都有一個(gè)唯一的端口地址，以供CPU訪問。n由于8086用地址總線的低16位A15A0來尋址端口地址，所以8086 CPU可以訪問的I/O端口地址共有64KB，其地址為0000HFFFFH。這些端口均為8位端口（即通過該端口一次輸入/輸

15、出一個(gè)字節(jié)信息）。對(duì)端口的尋址有直接尋址方式和間接尋址方式兩種。直接尋址適用于地址在00HFFH范圍內(nèi)的端口尋址。間接尋址適用于地址在0100HFFFFH范圍內(nèi)的端口尋址（所有端口均可采用間接尋址方式）。 2.2.3 存儲(chǔ)器單元的地址和內(nèi)容 存儲(chǔ)器用來存放數(shù)據(jù)和程序。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，數(shù)據(jù)和程序都用二進(jìn)制代碼的形式表示，一個(gè)存儲(chǔ)器可劃分為很多存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容可能為數(shù)據(jù)或指令。為了能識(shí)別不同的單元，我們分別賦于每個(gè)單元一個(gè)編號(hào)，這個(gè)編號(hào)稱之為地址。顯然，各存儲(chǔ)單元的地址與該地址存放的內(nèi)容是兩個(gè)完全不同的概念，切不可混淆。 非規(guī)則存放： 對(duì)存放的字，其低位字節(jié)從奇數(shù)地址開始存放，其存放的字稱為字不對(duì)準(zhǔn)存放。規(guī)則存放： 對(duì)存放的字，其低位字節(jié)從偶數(shù)地址開始存放，其存放的字稱為字不對(duì)準(zhǔn)存放。 非規(guī)則存放和規(guī)則存放返回本節(jié)返回本節(jié)44IA-32位常用寄存器位常用寄存器8