微机原理课件第2章

6个状态标志(也称为条件码)----寄存ALU运算结果的 状态信息

3个控制标志----寄存CPU的工作状态信息
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标志寄存器图示
符号标志SF用来反映运算 在运算过程中，如果发生低 中断允许标志IF位用来决定CPU是否响 奇偶标志 PF 用于标志运算 进位标志 CF主要用来反映运 结果的符号位，它与运 溢出标志位 OF 用于反映有符号数加减 方向标志 DF 位用来决定在“数据串操 4位向高4位的进位或借位 应 CPU 外部的可屏蔽中断发出的中 结果的低 8位中“1”的个 算是否产生进位或借位。 算结果的最高位相同。 运算所得结果是否溢出。如果运算 作”指令执行时的步进方向； DF=1 时，辅助进位标志 AF 的 断请求。但不管该标志为何值， 零标志ZF用来反映运算 数的奇偶性。如果“ 1” 状态控制标志 TF 位用来 如果运算结果的最高位产 对于有符号数就反映运 结果超过当前运算位数所能表示的 表示由高字节向低字节方向进行 — 值将被置为 1 CPU 都必须响应 CPU 外部的不可屏 结果是否为 0的个数为偶数，则 。如果运 PF的 控制 CPU是正常 (TF=0) 生了一个进位或借位，此 算结果的正负号。运算 范围，则称为溢出， OF 的值被置为 称为递减方式 蔽中断请求，以及 CPU 内部产生的 算结果为 0 ，则其值为 1 值为 1 执行，还是单步 (TF=1) 时其值为 1 结果为正数时， SF的值 1，否则， OF的值被清为 0 中断请求； IF=1表示开中断 执行 为0

需要存储在相邻两个存储单元中的数据称为一个“字”， 叫做字数据

字数据的存储：低字节存于低地址单元，高字节存于
高地址单元

存放该字数据低字节的存储单元的地址，叫做该字数 据的存储地址
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存储器中数据的存储方式
存储单元地址 3CH ……
00A22H 00B06H 00B07H 03A03H 03A04H
但，入场卷上的编号只能是两位数
将全部座位先分为两个区域；各区域的编号用两 位数编制（如10、20） 各区域可容纳100人，编号为00---99 你的实际座位号应为：区域号*10+座位号
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解决的办法


存储器的逻辑分段原则

逻辑段的划分原则上不受限制

各段之间可连续、可分开、可部分重叠、还可完全

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指令队列缓冲器

指令队列缓冲器

8086 的指令队列为6个字节 8088 的指令队列为4个字节

指令队列缓冲器的指令存放状态

实现CPU的流水 线处理操作
顺序指令执行：指令队列存放紧接在执行指令后面的
那一条指令

执行转移指令：立即清除指令队列中的内容，从新的 地址取入指令，并立即送往执行单元，然后再从新单 元开始重新填满队列
物理地址 =段基地址× 10H+偏移地址
CS, DS, SS, ES 之一 存储单元实际地址 由基变地址或指针 寄存器以及其他的 指令寻址方式得到
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逻辑地址到物理地址的变换例
BIU中的地址加法器，实现逻辑地址到物理地址的变换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例：
假设 （ DS）=3200H 若指令中给出的偏移地址： 1050H
物理地址 = 3200H×10H +1050H = 33050H
8086/ 8088 的地址总线（AB）为20位 ∴ 直接寻址范围是 220 = 1 MB个存储单元
但是: 8086/ 8088 的寄存器、ALU都是16位，送出的也只
能是16位的地址数据 ∴ 最多表示 216 = 64 KB 个地址编号
就是说：16位的寄存器和ALU不能直接存放和处理20位 的地址数据
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地址存储与寄存器
BX基址寄存器
基址或变址寄存器，
存储相应的偏移地址
BP基址指针寄存器 SP堆栈指针寄存器 IP指令指针寄存器 DI目的变址寄存器 SI源变址寄存器 CS代码段段基址寄存器 DS数据段段基址寄存器 ES附加段段基址寄存器
段寄存器，存储各
段的段基本地址
SS堆栈段段基址寄存器
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存储器地址的两种表示方式
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3. 地址指针寄存器

常用于存放段内寻址时的偏移地址

SP：堆栈指针寄存器，存放当前堆栈段中
栈顶的偏移地址

BP：基址指针寄存器，存放位于堆栈中的 某个存储单元的偏移地址

在寻址操作时一般均与SS搭配使用
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4. 变址寄存器

SI：源变址寄存器 DI：目标变址寄存器 变址寄存器常用于指令的间接寻址或相对寻址；存放 当前数据段中某一个存储单元的偏移地址
际地址
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执行部件EU的组成及作用
算术逻辑单元（运算器）
8个通用寄存器 1个标志寄存器 EU部分控制电路
取指令，指令译码 执行指令，完成运算
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总线接口部件BIU的组成及作用
地址加法器 6字节指令队列缓冲器 4个16位段寄存器 计算20位的存储器地址 16位指令指针寄存器 完成CPU与内存间以及CPU与I/O接口间的信息传送 输入输出控制电路 分两种情况: 预取指令时：利用CPU执行指令而总线空闲，从 内存中取出指令放入指令队列(等待CPU取走) EU执行指令时：按EU的指令，向内存或I/O接口 写运算结果，从内存或I/O接口取数据 控制外部总线，保证各种信息的正确传送
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2. 段寄存器
4个16位段寄存器，用于存放各逻辑段的段基地址；不 可互换的使用 CS(Code Segment )：代码段寄存器 用于存放当前执行程序所在段的段基地址 DS(Data Segment )：数据段寄存器 用于存放当前使用数据所在段的段基地址 ES(Extra Segment )：附加段寄存器 用于存放当前附加数据段的段基地址 SS(Stack Segment )：堆栈段寄存器 用于存放当前堆栈段的段基地址
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8086存储器的分体结构

8086CPU是按16位结构设计，可以通过两个存储体 直接读/写一个字数据；也可以只从一个存储体中读 /写一个8位的字节数据

SEL为奇偶地址存储体的“片选”信号


奇偶地址存储体的选择由BHE信号和A0决定
所以读/写字数据或字节数据就会有几种不同的情况
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存储器的分段和物理地址的形成

与DS配合使用 用SI存放源操作数的偏移地址 用DI存放目标操作数的偏移地址
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5. 指令指针寄存器
IP寄存器 —— 指令指针寄存器，存放下一次要取
出执行的指令的偏移地址 •与CS结合使用构成真正的指令物理地址 (CS*16+IP) •用户不能直接更新使用，只能由系统自动更新
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部分寄存器一般用途示意
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存储器的逻辑分段

CPU对存储器实行“分段”管理
即将存储空间分为若干逻辑段，每个逻辑段长度≤64 KB； 16位的总线足可以管理和标记它

某存储单元的实际地址用段的基本地址（段基址）加该存储 单元在该段中的相对位置（偏移地址）共同表示
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比喻

假设

教室内有200个座位，都编有3位数的号码 必须按号入座
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标志寄存器置位问题

状态标志位由ALU运算的结果置位

控制标志位需要在程序中用专门的指令置位
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运算对标志位的影响的例
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第2主题问题 8086/8088的存储器组织
主要内容：
存储器组织 8086存储器的分体结构
存储器的分段和物理地址的形成
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存储器的组织

在存储器中，以字节为单位存取数据 存储地址即为存储单元编号，称为地址
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• 存储内容的表示：
（00A22H）=3CH
存储单元地址 字数据3A0DH的存 储地址为：00B06H
低字节 高字节 存储内容
0DH
3AH
…… 5EH 32H …
字数据325EH的存 储地址为：03A03H
规则字与非规则字

存放一个字数据的低字节地址如果是偶数地址，则
称为“规则字” 存放一个字数据的低字节地址如果是奇数地址，则 称为“非规则字” 存取“规则字”与“非规则字”，其操作过程不同
重叠

但要求：段的分配只能从地址低4位均为0的内存单 元开始
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存储器分段图示
最大64KB，最小16B
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存储器分段例
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段首地址、段基地址和偏移地址
60000H 60002H 00H 12H
段首地址(20位)
××× ••• ×××
偏移地址 =0002H
0000 一定为0
段基地址（16位）
每个段都从低4位为0的存储单元开始 段首地址的高16位称为段基地址 偏移地址为相对于段首地址的偏移量
8086/8088提供20条地址总线，可寻址的存储空间为
220=1MB

每个存储单元的地址均为20位(但一般用5个十六进制 数书写)

地址范围为：00000H--0FFFFFH
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字节数据与字数据的存储

存储在一个存储单元中的数据称为字节数据


字节数据的存储：按顺序存放
其存储单元的地址，叫做该字节数据的存储地址
主要内容： 8086/8088CPU的内部结构
8086/8088CPU的寄存器结构
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8086/8088CPU的内部结构
8086/8088 CPU的内部结构基本相同
均由两个独立的工作部件组成 一个称为执行部件（EU） 一个称为总线接口部件 （BIU）
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8086/8088CPU的内部结构
指令队列的设置使指令的取 8088CPU外部数据 寄存器是中央处理器内的组成部份 总线为8位、指令 寄存器是有限存贮容量的高速存 出与执行并行进行，以提 队列为4字节 取指令、指令译码、产生 贮部件，它们可用来暂存指令、 高了程序的运行速度 并传送操作信号 地址加法器的作用是根据 数据和地址。 输出输入控制电路实现总指令:确定运算与操作 段寄存器存放的段基地 线控制，决定读或写、数据:运算或读写操作的对象 址与EU送出的16为偏移 地址:标记和确定内存空间中具体 对内存或对I/O接口 地址计算得到20位的实 的存储位置
段基地址CS 段基地址SS 段基地址DS或ES
某数据地址SI 栈内某数据地址BP 某指令地址IP 某数据地址DI 堆栈顶地址SP 代码段 堆栈段 数据段或附加数据段
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6. 标志寄存器

FR(FLAGS) —— 状态标志寄存器

8086/8088CPU设有一个16位的状态标志寄存器；使用
其中的9位作为状态标志位和控制标志位

物理地址和逻辑地址是两种存储单元地址的表示和标 记方法

物理地址：存储单元所具有的实际地址

由20位二进制代码构成 由两部分构成 段基地址 ：偏移地址

逻辑地址：在程序中（指令中）书写和使用的地址

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物理地址的形成方式
由逻辑地址(即段基地址和偏移地址)通过计算,转换得到
（20位） （16位） （16位）
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8086/8088CPU的内部(编程用)寄存器

包括14个16位的寄存器
4个数据寄存器(AX,BX,CX,DX)
4个段寄存器(CS,DS,ES,SS) 2个地址指针寄存器(BP,SP) 2个变址寄存器(SI,DI) 2个控制寄存器(IP,FLAGS)
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1. 数据寄存器
含4个16位寄存器，也可分别作为 2个8位的字节寄存器 使用；常用来存放参与运算的操作数或运算结果 • AX(Accumulator)（AH、AL）——累加寄存器 常用于数据运算或与外设交换数据 • BX(Base)（BH、BL）——基址寄存器 在间接寻址中用于存放内存的基地址 • CX(Count)（CH、CL）—— 计数寄存器 在循环、移位等操作中用于计数 • DX(Data)（DH、DL）—— 数据寄存器 常用于数据的传送或配合AX进行双字节运算


(即所使用的总线周期数不同)
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8086存储器的分体结构
在8086系统中，将其可寻址的1 MB存储器分为
两个存储体；即奇地址存储体和偶地址存储体， 各为512 KB
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8086存储器的分体结构
◆奇地址存储体与系统高8位数据总线相连，偶地址存储体 与系统低8位数据总线相连 奇高偶低 ◆读/写偶地址体时，数据从低8位数据总线上传送 ◆读/写奇地址体时，数据从高8位数据总线上传送 特别提示：关注BHE、A0和SEL信号
微机原理及应用
张元涛 重庆科技学院电气与信息工程学院
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第2章 微型计算机中的微处理器
重点掌握的知识
（1）掌握8086/8088CPU的内部结构
（2）掌握寄存器结构 （3）掌握存储器的组织特点以及物理地址的计算方法
（4）掌握I/O端口的编址方式
（5）掌握最大最小两种工作模式配置
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第1主题问题 8086/8088CPU的编程结构