微處理器精品課件

1、關(guān)于微處理器第一張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.1 8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從功能上分成兩個(gè)單元1. 總線接口單元BIU管理8088與系統(tǒng)總線的接口負(fù)責(zé)CPU對(duì)存儲(chǔ)器和外設(shè)進(jìn)行訪問2. 執(zhí)行單元EU負(fù)責(zé)指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運(yùn)算兩個(gè)單元相互獨(dú)立，分別完成各自操作，還可以并行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)指令預(yù)取（指令讀取和執(zhí)行的流水線操作）BIU 和 EU 采用“流水線式”的非同步工作模式，使得總線控制邏輯和指令執(zhí)行邏輯之間既互相獨(dú)立又互相配合。 一、 8086/8088微處理器功能結(jié)構(gòu)第二張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1 2 3 4 內(nèi)部暫存

2、器 IP ES SS DS CS輸入/輸出控制電路執(zhí)行部分控制電路ALU標(biāo)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隊(duì)列執(zhí)行部件 （EU)總線接口部件 （BIU)16位20位8位8位返回第三張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月8088的指令執(zhí)行過程第四張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）通用寄存器組 1、數(shù)據(jù)寄存器: AX BX CX DX 2、變址寄存器: SI DI 3、指針寄存器: BP SP4個(gè)數(shù)據(jù)寄存器還可以分成高8位和低8位兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，這樣又形成8個(gè)通用的8位寄存器 AX： AH ALBX： BH

3、BL CX： CH CLDX： DH DL二、 8086/8088寄存器結(jié)構(gòu)(資源）第五張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、數(shù)據(jù)寄存器AX稱為累加器（Accumulator）使用頻度最高。用于算術(shù)、邏輯運(yùn)算以及與外設(shè)傳送信息等BX稱為基址寄存器（Base address Register）常用做存放存儲(chǔ)器地址CX稱為計(jì)數(shù)器（Counter）作為循環(huán)和串操作等指令中的隱含計(jì)數(shù)器DX稱為數(shù)據(jù)寄存器（Data register）常用來存放雙字長(zhǎng)數(shù)據(jù)的高16位，或存放外設(shè)端口地址第六張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、變址寄存器16位變址寄存器SI和DI常用于存儲(chǔ)器變址尋址方式時(shí)提

4、供地址SI是源地址寄存器（Source Index）DI是目的地址寄存器（Destination Index）在串操作類指令中，SI、DI還有較特殊的用法 現(xiàn)在不必完全理解，以后會(huì)詳細(xì)展開第七張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、指針寄存器指針寄存器用于尋址內(nèi)存堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)SP為堆棧指針寄存器（Stack Pointer）,指示堆棧段棧頂?shù)奈恢茫ㄆ频刂罚〣P為基址指針寄存器（Base Pointer），表示數(shù)據(jù)在堆棧段中的基地址SP和BP寄存器與SS段寄存器聯(lián)合使用以確定堆棧段中的存儲(chǔ)單元地址堆棧（Stack）是主存中一個(gè)特殊的區(qū)域，采用“先進(jìn)后出”或“后進(jìn)先出”存取操作方式、而不是

5、隨機(jī)存取方式。用8088/8086形成的微機(jī)系統(tǒng)中，堆棧區(qū)域被稱為堆棧段第八張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）段寄存器組 8086/8088 CPU具有尋址1MB存儲(chǔ)空間的能力，但指針寄存器和變址寄存器只有16位（可尋址64KB），于是8086/8088將1MB存儲(chǔ)空間分段，每段最長(zhǎng)64KB，這些段可被設(shè)置在整個(gè)存儲(chǔ)空間，其起始地址由段寄存器提供。8086/8088CPU 的BIU中有4個(gè)16位的段寄存器： 代碼段寄存器CS，堆棧段寄存器SS 數(shù)據(jù)段寄存器DS，附加段寄存器ES （具體情況后敘）二、 8086/8088寄存器結(jié)構(gòu)(資源）第九張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

6、月（三）控制寄存器組 用于程序控制的寄存器，包括指令指針寄存器IP和標(biāo)志寄存器F。1、指令指針寄存器IP（Instruction Pointer）為指令指針寄存器，指示主存儲(chǔ)器指令的位置隨著指令的執(zhí)行，IP將自動(dòng)修改以指示下一條指令所在的存儲(chǔ)器位置IP寄存器是一個(gè)專用寄存器IP寄存器與CS段寄存器聯(lián)合使用以確定下一條指令的存儲(chǔ)單元地址二、 8086/8088寄存器結(jié)構(gòu)(資源）第十張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、 標(biāo)志寄存器標(biāo)志（Flag）用于反映指令執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)或控制指令執(zhí)行的形式，用以決定程序走向8088處理器的各種標(biāo)志形成了一個(gè)16位的標(biāo)志寄存器FLAGS（程序狀態(tài)字PSW

7、寄存器） 程序設(shè)計(jì)需要利用標(biāo)志的狀態(tài)第十一張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月標(biāo)志寄存器-分類：狀態(tài)標(biāo)志用來記錄程序運(yùn)行結(jié)果的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應(yīng)地設(shè)置它CF ZF SF PF OF AF控制標(biāo)志可由程序根據(jù)需要用指令設(shè)置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方式DF IF TF CF PF AF ZF SF TFIFDFOF0123456789101112131415較驗(yàn)進(jìn)位 輔助進(jìn)位零標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志跟蹤標(biāo)志中斷標(biāo)志方向標(biāo)志溢出標(biāo)志第十二張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 進(jìn)位標(biāo)志CF（Carry Flag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高有效位有進(jìn)位（加法）或借位（減法）時(shí)，進(jìn)位標(biāo)志置1，即C

8、F1； 否則CF0。一般用于多字節(jié)運(yùn)算或循環(huán)操作。3AH + 7CHB6H，沒有進(jìn)位：CF = 0AAH + 7CH（1）26H，有進(jìn)位：CF = 1第十三張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 零標(biāo)志ZF（Zero Flag）若運(yùn)算結(jié)果為0，則ZF1；否則ZF03AH7CHB6H，結(jié)果不是零：ZF084H7CH（1）00H，結(jié)果是零：ZF1 注意：ZF為1表示的結(jié)果是0第十四張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 符號(hào)標(biāo)志SF（Sign Flag）運(yùn)算結(jié)果最高位為1，則SF1； 否則SF03AH7CHB6H，最高位D71：SF184H7CH（1）00H，最高位D70：SF0 有符號(hào)數(shù)

9、據(jù)用最高有效位表示數(shù)據(jù)的符號(hào)，所以最高有效位就是符號(hào)標(biāo)志的狀態(tài)第十五張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 奇偶標(biāo)志PF（Parity Flag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果最低字節(jié)中“1”的個(gè)數(shù)為零或偶數(shù)時(shí)，PF1；否則PF03AH7CHB6H10110110B結(jié)果中有5個(gè)“1”，是奇數(shù)：PF0 PF標(biāo)志僅反映最低8位中“1”的個(gè)數(shù)是偶或奇，即使是進(jìn)行16位字操作第十六張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 溢出標(biāo)志OF（Overflow Flag）若算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果有溢出，則OF1； 否則 OF03AH + 7CHB6H，產(chǎn)生溢出：OF1AAH + 7CH（1）26H，沒有溢出：OF0？第十七張，PP

10、T共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月什么是溢出？處理器內(nèi)部以補(bǔ)碼表示有符號(hào)數(shù)8位表達(dá)的整數(shù)范圍是：127 12816位表達(dá)的范圍是：32767 32768如果運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，就產(chǎn)生了溢出有溢出，說明有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果不正確3AH7CHB6H，就是58124182，已經(jīng)超出128127范圍，產(chǎn)生溢出，故OF1；補(bǔ)碼B6H表達(dá)真值是74，顯然運(yùn)算結(jié)果也不正確 B6H10110110B，最高位為1，作為有符號(hào)數(shù)是負(fù)數(shù) 對(duì)B6H求反加1等于：01001001B101001010B4AH74 所以，B6H表達(dá)有符號(hào)數(shù)的真值為74第十八張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月溢出和進(jìn)位的區(qū)別：溢出標(biāo)

11、志OF和進(jìn)位標(biāo)志CF是兩個(gè)意義不同的標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志表示無符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍，運(yùn)算結(jié)果仍然正確溢出標(biāo)志表示有符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍，運(yùn)算結(jié)果已經(jīng)不正確？第十九張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月溢出和進(jìn)位的對(duì)比：例1：3AH7CHB6H無符號(hào)數(shù)運(yùn)算：58124182范圍內(nèi)，無進(jìn)位有符號(hào)數(shù)運(yùn)算： 58124182范圍外，有溢出例2：AAH7CH（1）26H無符號(hào)數(shù)運(yùn)算：170124294范圍外，有進(jìn)位有符號(hào)數(shù)運(yùn)算：8612428范圍內(nèi)，無溢出第二十張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月溢出和進(jìn)位的應(yīng)用場(chǎng)合：處理器對(duì)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，按照無符號(hào)數(shù)求得結(jié)果，并相應(yīng)設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志C

12、F；同時(shí)，根據(jù)是否超出有符號(hào)數(shù)的范圍設(shè)置溢出標(biāo)志OF應(yīng)該利用哪個(gè)標(biāo)志，則由程序員來決定。也就是說，如果將參加運(yùn)算的操作數(shù)認(rèn)為是無符號(hào)數(shù)，就應(yīng)該關(guān)心進(jìn)位；認(rèn)為是有符號(hào)數(shù)，則要注意是否溢出第二十一張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月溢出的判斷：判斷運(yùn)算結(jié)果是否溢出有一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則：只有當(dāng)兩個(gè)相同符號(hào)數(shù)相加（包括不同符號(hào)數(shù)相減），而運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)與原數(shù)據(jù)符號(hào)相反時(shí)，產(chǎn)生溢出；因?yàn)?，此時(shí)的運(yùn)算結(jié)果顯然不正確其他情況下，則不會(huì)產(chǎn)生溢出例1：3AH7CHB6H溢出例2：AAH7CH無溢出例3：3AH7CH無溢出例4：AAH7CH2DH溢出第二十二張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 輔助進(jìn)位標(biāo)

13、志AF（Auxiliary Carry Flag）3AH7CHB6H，D3有進(jìn)位：AF1運(yùn)算時(shí)D3位（低半字節(jié)）有進(jìn)位或借位時(shí)，AF1；否則AF0這個(gè)標(biāo)志主要由處理器內(nèi)部使用，用于十進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算調(diào)整指令中，用戶一般不必關(guān)心第二十三張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 方向標(biāo)志DF（Direction Flag）用于串操作指令中，控制地址的變化方向：設(shè)置DF0，存儲(chǔ)器地址自動(dòng)增加；設(shè)置DF1，存儲(chǔ)器地址自動(dòng)減少CLD指令復(fù)位方向標(biāo)志：DF0STD指令置位方向標(biāo)志：DF1第二十四張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 中斷允許標(biāo)志IF（Interrupt-enable Flag）控制可屏

14、蔽中斷是否可以被處理器響應(yīng)：設(shè)置IF1，則允許中斷；設(shè)置IF0，則禁止中斷CLI指令復(fù)位中斷標(biāo)志：IF0STI指令置位中斷標(biāo)志：IF1第二十五張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 陷阱標(biāo)志TF（Trap Flag）用于控制處理器進(jìn)入單步操作方式：設(shè)置TF0，處理器正常工作；設(shè)置TF1，處理器單步執(zhí)行指令單步執(zhí)行指令處理器在每條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)編號(hào)為1的內(nèi)部中斷這種內(nèi)部中斷稱為單步中斷所以TF也稱為單步標(biāo)志利用單步中斷可對(duì)程序進(jìn)行逐條指令的調(diào)試這種逐條指令調(diào)試程序的方法就是單步調(diào)試第二十六張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、8088/8086的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)存

15、儲(chǔ)信息的地方。掌握數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，以及存儲(chǔ)器的分段管理對(duì)以后的匯編程序設(shè)計(jì)非常重要你能區(qū)別寄存器、存儲(chǔ)器(主存)、外存(包括硬盤、光盤、磁帶等存儲(chǔ)介質(zhì))嗎？第二十七張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月寄存器、存儲(chǔ)器和外存的區(qū)別：寄存器是微處理器（CPU）內(nèi)部暫存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，以名稱表示，例如：AX，BX.等存儲(chǔ)器也就是平時(shí)所說的主存，也叫內(nèi)存，可直接與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主存利用地址區(qū)別外存主要指用來長(zhǎng)久保存數(shù)據(jù)的外部存儲(chǔ)介質(zhì)，常見的有硬盤、光盤、磁帶、U盤等。外存的數(shù)據(jù)只能通過主存間接地與CPU交換數(shù)據(jù)程序及其數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)久存放在外存，在運(yùn)行需要時(shí)才進(jìn)入主存第二十八張，PPT共五十三頁(yè)，

16、創(chuàng)作于2022年6月1、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式計(jì)算機(jī)中信息的單位二進(jìn)制位Bit：存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)：0或1字節(jié)Byte：8個(gè)二進(jìn)制位，D7D0字Word：16位，2個(gè)字節(jié)，D15D0雙字DWord：32位，4個(gè)字節(jié)，D31D0最低有效位LSB：數(shù)據(jù)的最低位，D0位最高有效位MSB：數(shù)據(jù)的最高位，對(duì)應(yīng)字節(jié)、字、雙字分別指D7、D15、D31位第二十九張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月存儲(chǔ)單元及其存儲(chǔ)內(nèi)容：每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)；被稱為存儲(chǔ)器地址每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容0002H單元存放有一個(gè)數(shù)據(jù)34H表達(dá)為0002H34H第三十張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月D7D0字節(jié)D15D

17、0字D31D0雙字D7 D000006H78H00005H56H00004H12H00003H34H00002H00001H00000H低地址第三十一張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月多字節(jié)數(shù)據(jù)存放方式：多字節(jié)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中占連續(xù)的多個(gè)存儲(chǔ)單元：存放時(shí)，低字節(jié)存入低地址，高字節(jié)存入高地址；表達(dá)時(shí)，用它的低地址表示多字節(jié)數(shù)據(jù)占據(jù)的地址空間。圖中0002H“字”單元的內(nèi)容為：0002H = 1234H0002H號(hào)“雙字”單元的內(nèi)容為：0002H = 78561234H 80 x86處理器采用“低對(duì)低、高對(duì)高”的存儲(chǔ)形式，被稱為“小端方式Little Endian”。 相對(duì)應(yīng)還存在“大端方式

18、Big Endian”。第三十二張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月數(shù)據(jù)的地址對(duì)齊：同一個(gè)存儲(chǔ)器地址可以是字節(jié)單元地址、字單元地址、雙字單元地址等等（視具體情況來確定）字單元安排在偶地址（xxx0B）、雙字單元安排在模4地址（xx00B）等，被稱為“地址對(duì)齊（Align）”對(duì)于不對(duì)齊地址的數(shù)據(jù)，處理器訪問時(shí)，需要額外的訪問存儲(chǔ)器時(shí)間應(yīng)該將數(shù)據(jù)的地址對(duì)齊，以取得較高的存取速度第三十三張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、 存儲(chǔ)器的分段管理8088CPU有20條地址線最大可尋址空間為2201MB物理地址范圍從00000HFFFFFH8088CPU將1MB空間分成許多邏輯段（Segme

19、nt）每個(gè)段最大限制為64KB段地址的低4位為0000B這樣，一個(gè)存儲(chǔ)單元除具有一個(gè)唯一的物理地址外，還具有多個(gè)邏輯地址第三十四張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月物理地址和邏輯地址：8088CPU存儲(chǔ)系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)每個(gè)物理存儲(chǔ)單元都有一個(gè)唯一的20位編號(hào)，就是物理地址，從00000H FFFFFH分段后在用戶編程時(shí)，采用邏輯地址，形式為段基地址 : 段內(nèi)偏移地址分隔符物理地址 14700H邏輯地址 1460H:100H第三十五張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月段地址說明邏輯段在主存中的起始位置8088規(guī)定段地址必須是模16地址：xxxx0H省略低4位0000B，段地址就可以用16

20、位數(shù)據(jù)表示，就能用16位段寄存器表達(dá)段地址偏移地址說明主存單元距離段起始位置的偏移量每段不超過64KB，偏移地址也可用16位數(shù)據(jù)表示物理地址和邏輯地址：第三十六張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月物理地址和邏輯地址的轉(zhuǎn)換：將邏輯地址中的段地址左移4位，加上偏移地址就得到20位物理地址一個(gè)物理地址可以有多個(gè)邏輯地址邏輯地址1460:100、1380:F00物理地址14700H 14700H14600H 100H14700H13800H F00H14700H段地址左移4位加上偏移地址得到物理地址第三十七張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月段寄存器8088有4個(gè)16位段寄存器CS（代碼段

21、）指明代碼段的起始地址SS（堆棧段）指明堆棧段的起始地址DS（數(shù)據(jù)段）指明數(shù)據(jù)段的起始地址ES（附加段）指明附加段的起始地址每個(gè)段寄存器用來確定一個(gè)邏輯段的起始地址，每種邏輯段均有各自的用途第三十八張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 代碼段寄存器CS（Code Segment）代碼段用來存放程序的指令序列代碼段寄存器CS存放代碼段的段地址指令指針寄存器IP指示下條指令的偏移地址處理器利用CS:IP取得下一條要執(zhí)行的指令第三十九張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 堆棧段寄存器SS（Stack Segment）堆棧段確定堆棧所在的主存區(qū)域堆棧段寄存器SS存放堆棧段的段地址堆棧指針寄

22、存器SP指示堆棧棧頂?shù)钠频刂诽幚砥骼肧S:SP操作堆棧頂?shù)臄?shù)據(jù)第四十張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 數(shù)據(jù)段寄存器DS（Data Segment）數(shù)據(jù)段存放運(yùn)行程序所用的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)段寄存器DS存放數(shù)據(jù)段的段地址各種主存尋址方式（有效地址EA）得到存儲(chǔ)器中操作數(shù)的偏移地址處理器利用DS:EA存取數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)第四十一張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 附加段寄存器ES（Extra Segment）附加段是附加的數(shù)據(jù)段，也保存數(shù)據(jù)：附加段寄存器ES存放附加段的段地址各種主存尋址方式（有效地址EA）得到存儲(chǔ)器中操作數(shù)的偏移地址處理器利用ES:EA存取附加段中的數(shù)據(jù)串操作指令將附加

23、段作為其目的操作數(shù)的存放區(qū)域第四十二張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月如何分配各個(gè)邏輯段？程序的指令序列必須安排在代碼段程序使用的堆棧一定在堆棧段程序中的數(shù)據(jù)默認(rèn)是安排在數(shù)據(jù)段，也經(jīng)常安排在附加段，尤其是串操作的目的區(qū)必須是附加段數(shù)據(jù)的存放比較靈活，實(shí)際上可以存放在任何一種邏輯段中第四十三張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月邏輯段的分配及寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系示意第四十四張，PPT共五十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月段超越的使用（前綴指令）：沒有指明時(shí)，一般的數(shù)據(jù)訪問在DS段；使用BP訪問主存，則在SS段默認(rèn)的情況允許改變，需要使用段超越前綴指令；8088指令系統(tǒng)中有4個(gè)：CS:；代碼段超越，使用代碼段的數(shù)據(jù)SS: ；堆棧段超越，使用堆棧段的數(shù)據(jù)DS: ；數(shù)據(jù)段超越，使用數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)E