微机原理 第二章

99条基本指令。具有对字节、 99条基本指令。具有对字节、字和字块 条基本指令 进行操作的能力 可处理内部软件和外部硬件中断， 可处理内部软件和外部硬件中断，中断 源多达256 256个 源多达256个 支持单处理器、多处理器系统工作 支持单处理器、 CPU内部结构 2.2.2 8086 CPU内部结构 8086微处理器的内部结构由两大部分组成， 8086微处理器的内部结构由两大部分组成， 微处理器的内部结构由两大部分组成 即总线接口部件BIU和执行部件EU BIU和执行部件 即总线接口部件BIU和执行部件EU
都是16位 都是16位 16 寄存器， 寄存器， 一般用来 存放地址 的偏移量 存取位于当前堆栈段中 的数据所在的偏移地址
堆栈指针寄存器SP 堆栈指针寄存器SP 源变址寄存器SI 源变址寄存器SI
存放当前数据段的偏移地址
目的变址寄存器DI 目的变址寄存器DI
（5）EU控制电路 EU控制电路 控制电路负责从BIU的指令队列缓冲器中 控制电路负责从BIU的指令队列缓冲器中 BIU 取指令，并对指令译码， 取指令，并对指令译码，根据指令要求向 EU内部各部件发出控制命令 内部各部件发出控制命令， EU内部各部件发出控制命令，以完成各条 指令规定的功能。 指令规定的功能。 2.总线接口部件 总线接口部件BIU 2.总线接口部件BIU 负责与外存储器及外部设备接口， 负责与外存储器及外部设备接口，完成 8086CPU与存储器间的信息传送 与存储器间的信息传送。 8086CPU与存储器间的信息传送。 总线接口部件由20位地址加法器、 总线接口部件由20位地址加法器、段寄存 20位地址加法器 16位指令指针 位指令指针、 器、16位指令指针、指令队列缓冲器和总 线控制电路等组成。 线控制电路等组成。
1.执行部件 1.执行部件 执行部件是进行数据处理、 执行部件是进行数据处理、加工和有效地址 计算的部件， 计算的部件，即完成指令译码和执行指令操 它主要由算术逻辑运算单元、 作。它主要由算术逻辑运算单元、标志寄存 通用数据寄存器、专用寄存器组和EU EU控 器、通用数据寄存器、专用寄存器组和EU控 制电路等组成。 制电路等组成。 算术逻辑运算单元（ALU） （1）算术逻辑运算单元（ALU） 是一个16位的运算器，可用于8 是一个16位的运算器，可用于8位、16位二 16位的运算器 16位二 进制算术和逻辑运算， 进制算术和逻辑运算，也可按指令的寻址方 式计算寻址存储器所需的16位偏移量。 16位偏移量 式计算寻址存储器所需的16位偏移量。
（2）标志寄存器 是一个16位的寄存器，反映CPU运算的状态特 是一个16位的寄存器，反映CPU运算的状态特 16位的寄存器 CPU 征和存放某些控制标志。8086使用了 使用了9 征和存放某些控制标志。8086使用了9位
CF进位标志：当执行一个加法（或减法）运算使 CF进位标志：当执行一个加法（或减法） 进位标志 最高位产生进位（或借位） CF为 否则为0 最高位产生进位（或借位）时，CF为1，否则为0 PF奇偶标志：当指令执行结果的低8 PF奇偶标志：当指令执行结果的低8位中含有偶数 奇偶标志 PF为 否则为0 个1时，PF为1，否则为0 AF辅助进位标志：当执行一个加法（或减法）运 AF辅助进位标志：当执行一个加法（或减法） 辅助进位标志 算使结果的低4位向高位有进位（或借位） AF为 算使结果的低4位向高位有进位（或借位）时，AF为 否则为0 1，否则为0
8086微处理器 2.2 8086微处理器
8086微处理器是美国Intel公司1978年推 8086微处理器是美国Intel公司1978年推 微处理器是美国Intel公司1978 出的一种高性能的16 微处理器。 16位 出的一种高性能的16位微处理器。 8086主要特征 2.2.1 8086主要特征 16位数据总线 16位数据总线 20位地址总线 20位地址总线 24位操作数寻址 24位操作数寻址 16位端口地址线可寻址2 I/O端口 16位端口地址线可寻址216个I/O端口 位端口地址线可寻址 7种基本寻址方式
AX在算术运算中用作累加器；BX在计算存储器 AX在算术运算中用作累加器；BX在计算存储器 在算术运算中用作累加器 地址时常用作基址寄存器；CX在串操作指令及 地址时常用作基址寄存器；CX在串操作指令及 循环中用作计数器等。 循环中用作计数器等。 （4）专用寄存器 基数指针寄存器BP 基数指针寄存器BP
2.1.3 微处理器的特点与分类 1.微处理器的特点 1.微处理器的特点 体积小， 体积小，功耗低 可靠性高， 可靠性高，使用环境要求低 系统设计灵活， 系统设计灵活，使用方便 2.微处理器的分类 2.微处理器的分类 按微处理器位数分类： 16位 按微处理器位数分类：4位， 8位，ห้องสมุดไป่ตู้16位， 32位 64位 32位，64位
2. 微处理器的功能部件 随着超大规模集成技术的发展， 随着超大规模集成技术的发展，微处理器的内 部结构越来越复杂，功能越来越高。 部结构越来越复杂，功能越来越高。 微处理器内部主要功能部件也由8086的两个功 微处理器内部主要功能部件也由8086的两个功 8086 能部件（执行部件、总线接口部件） 能部件（执行部件、总线接口部件）扩展到有 总线接口部件、高速缓存部件（Cache）、 ）、取 总线接口部件、高速缓存部件（Cache）、取 译码部件、指令缓冲池部件、调度/ 指/译码部件、指令缓冲池部件、调度/执行部 寄存器组部件等。 件、寄存器组部件等。
运算器：具有算术运算和逻辑运算功能， 运算器：具有算术运算和逻辑运算功能，是 对数据进行加工处理的部件，又称为算术逻辑 对数据进行加工处理的部件，又称为算术逻辑 单元。 单元。 控制器：主要由指令寄存器、译码器、 控制器：主要由指令寄存器、译码器、程序 计数器、操作控制器等组成。 计数器、操作控制器等组成。负责对程序规定 的控制信息进行分析、控制，协调输入、 的控制信息进行分析、控制，协调输入、输出 操作或内存访问。 操作或内存访问。 寄存器： 微处理器内部的暂时存储单元 寄存器：是微处理器内部的暂时存储单元
这些段寄存器的内容与有效的地址偏移量一起 可确定内存的物理地址。 可确定内存的物理地址。 存储器中的每个存储单元都可以用两个形式 的地址来表示：实地址（或称物理地址） 的地址来表示：实地址（或称物理地址）和 逻辑地址。 逻辑地址。 物理地址是用唯一的20位二进制数所表示的 物理地址是用唯一的20位二进制数所表示的 20 地址，CPU与存储器交换信息时使用物理地址 与存储器交换信息时使用物理地址。 地址，CPU与存储器交换信息时使用物理地址。 程序中不能使用物理地址， 程序中不能使用物理地址，而要使用逻辑地 址。 段地址和偏移地址一样都是16 16位无符号二进 段地址和偏移地址一样都是16位无符号二进 制整数，其取值范围为0000H 0000H—FFFFH 制整数，其取值范围为0000H FFFFH
（3）数据寄存器 数据寄存器用于暂存计算过程中所用到的操 作数及结果。 作数及结果。 数据寄存器既可作为16位 也可作为8 数据寄存器既可作为16位，也可作为8位数据 16 寄存器使用。当用作16位时，称为AX BX， 16位时 AX， 寄存器使用。当用作16位时，称为AX，BX， CX，DX；当用作8位时，AH，BH，CH，DH存放 CX，DX；当用作8位时，AH，BH，CH，DH存放 高位字节，AL，BL，CL，DL存放低位字节 存放低位字节。 高位字节，AL，BL，CL，DL存放低位字节。 这样， 16位寄存器就可当作 位寄存器就可当作8 这样，4个16位寄存器就可当作8个8位寄存器 来使用。 来使用。 4个16位的数据寄存器除用作通用寄存器外， 16位的数据寄存器除用作通用寄存器外， 位的数据寄存器除用作通用寄存器外 还有各自的用途。 还有各自的用途。
系统 总线
总 线 接 口
第一级 取指 指令 Cache
取指/ 取指/译码部件
装载 调度/ 调度/执行部件 第一级 数据 Cache 指令缓冲池
第二级 Cache Cache 总线
部 件
存储
回退部件
寄存器组
微处理器内部功能结构图
2.1.2 微处理器的工作过程 微处理器的工作过程是执行程序的过程， 微处理器的工作过程是执行程序的过程，而 执行程序就是顺序执行一条条指令。 执行程序就是顺序执行一条条指令。微处理 器执行指令步骤如下： 器执行指令步骤如下： 取指令 指令译码 取操作数 执行运算 回送结果 周而复始地进行
（1）段寄存器
8086有20条地址线，存储器的地址必须用20位二进制 8086有20条地址线，存储器的地址必须用20位二进制 条地址线 20 数表示，可是它的ALU只能处理16位的地址运算， ALU只能处理16位的地址运算 数表示，可是它的ALU只能处理16位的地址运算，而且 与地址有关的寄存器都是16 16位 因此8086 20位地址 8086把 与地址有关的寄存器都是16位。因此8086把20位地址 的存储器分成若干个段来表示。 的存储器分成若干个段来表示。 段的起始地址的高16位地址称为该段的段地址。 段的起始地址的高16位地址称为该段的段地址。段内 16位地址称为该段的段地址 再由16位二进制数来寻址，段内寻址的16位二进制数 再由16位二进制数来寻址，段内寻址的16位二进制数 16位二进制数来寻址 16 地址是存储单元到段首址的距离，称为段内偏移地址， 地址是存储单元到段首址的距离，称为段内偏移地址， 简称偏移地址。 简称偏移地址。 所以一个存储单元的地址由段地址和偏移地址两部分 组成，用冒号连接段地址和偏移地址， 段地址： 组成，用冒号连接段地址和偏移地址，即 段地址：偏 移地址。像这样表示的地址称为逻辑地址。 移地址。像这样表示的地址称为逻辑地址。
ZF零标志：若当前的运算结果为零，ZF为 ZF零标志：若当前的运算结果为零，ZF为1，否 零标志 则为0 则为0 SF符号标志： SF符号标志：它和运算结果的最高位相同 符号标志 OF溢出标志：当补码运算有溢出时，OF为 OF溢出标志：当补码运算有溢出时，OF为1，否 溢出标志 则为0 则为0 TF跟踪标志：为方便程序调试而设置。若TF置1， TF跟踪标志：为方便程序调试而设置。 TF置 跟踪标志 8086处于单步工作方式 否则将正常执行程序。 处于单步工作方式， 8086处于单步工作方式，否则将正常执行程序。 IF中断允许标志： IF中断允许标志：用来控制可屏蔽中断的响应 中断允许标志 DF方向标志： DF方向标志：用来控制数据串操作指令的步进方 方向标志 DF置 则串操作过程中地址会自动递减， 向，若DF置1，则串操作过程中地址会自动递减，否 则自动递增。 则自动递增。
8086微处理器具有4个段寄存器，每个都是16 8086微处理器具有4个段寄存器，每个都是16 微处理器具有 用于存放逻辑地址中的段地址部分。 位，用于存放逻辑地址中的段地址部分。 代码段寄存器CS： 代码段寄存器CS：存放当前执行程序所在代 CS 码段的段基址 数据段寄存器DS： 数据段寄存器DS：存放程序当前使用的数据 DS 段的段基址 堆栈段寄存器SS： 堆栈段寄存器SS：存放程序当前使用的堆栈 SS 段的段基址 附加段寄存器ES： 附加段寄存器ES：存放程序当前使用的附加 ES 段的段基址
第二章 微处理器
本章要点： 本章要点： 微处理器的原理与组成 8086微处理器的结构工作原理 微处理器的结构工作原理 80286、80386、80486和Pentium微处理器 、 、 和 微处理器 的主要特征
2.1 微处理器的原理与组成 2.1.1 微处理器的基本结构 微处理器是一种采用大规模集成电路技术， 微处理器是一种采用大规模集成电路技术， 将具有运算器和控制器功能的电路及相关 电路集成在一片芯片上的大规模或超大规 模集成电路。 模集成电路。 1.微处理器的硬件组成 1.微处理器的硬件组成 一般而言，微处理器芯片上集成有控制器、 一般而言，微处理器芯片上集成有控制器、 运算器、寄存器， 运算器、寄存器，以及连接它们的内部总线 等部件。 等部件。