第2章微处理器与指令系统-wy01资料

代码段 （64KB）
堆栈段 （64KB）
……
31000H 数据段与附加
数据段重叠 （64KB）
40FFFH
…
分段方式不唯 一，各段之间可 以连续、分离、 部分重叠或完全 重叠，这主要取 决于对各个段寄 存器的预置内容。
…
…
• 物理地址和逻辑地址
物物理理地地址址是1MB存储 空间中的某一单元地址， 用20位地址码表 示,CPU访问存储器时， 地址总线上送出的就是 物理地址。
【例】 若数据段寄存器DS＝2100H，试确定该存储区段物理地 址的范围。
一个逻辑段的最大容量为64KB； 第一个存储单元的偏移地址为0； 最后一个存储单元的偏移地址为FFFFH。 该数据区段由低至高相应存储单元的偏移地址为：
0000H～ FFFFH。
存储区的首地址＝ DS×16＋偏移地址 ＝ 2100H×16＋0000H＝21000H
逻逻辑辑地地址址在编程时采 用，由段基址和偏移地 址组成，两者均为16位。
20000H 20A00H
0A00H
内存
• 逻辑地址与物理地址的变换
逻辑地址与20位物理地址的变换关系： 物理地址=段基址×16+偏移地址
逻辑地址
15
0
15
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0
段基址
左移四位
段基址 0000
偏移地址
地址 加法器
∑
19
0
20位物理地址
读取指令的的控制信号， 外部总线开始总线操作； 3. 读取指令送入到指令队列中， 等待执行； 4. EU单元从队列中取一条指令到EU控制电路，译码指令需要做的系列
操作，包括寄存器的内容送累加器； 5. 操作结果经过内部数据总线， 存放到寄存器或内部暂存器，同时置
FR； 6. 根据DS寄存器的内容，及指令寻址方式产生的偏移量，经过地址加
法器，形成数据保存地址，并送到外部总线。CPU 发写总线操作命 令，将暂存器的内容， 通过总线， 写到指定内存单元。
2.指令流水线
指令队列的存在使EU和BIU并行工作,取指令和分析、 执行指令操作可重叠进行，形成了两级指令流水线结构， 减少了CPU等待时间，提高了CPU的利用率，加快了整 机运行速度，降低了对存储器存取速度的要求。
8086是全16位微处理器，8088是准16位微处理器。二 者除了外数据总线位数及与此相关的部分逻辑稍有差别外， 内部结构和基本性能相同，指令系统完全兼容。
➢ 内部结构 ➢ 指令流水线 ➢ 存储器分段
2.1.1 8086/8088微处理器
1.内部结构
通用寄存器
AX AH AL
BX BH BL
CX CH CL
DX DH DL
指针寄存器
SP BP
变址寄存器
DI SI
ALU DB
累加器 基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器 堆栈指针 基址指针 目的变址 源变址
16位
20位 AB
地址加法器
∑
DB
CS DS SS ES IP
内部暂存器
8088:8位 8086:16位
指令指针
运算暂存器
ALU
标志寄存器
执行单元(EU)
内存
段的起始单元地址叫 段基址，存放在段寄存 器中。通过4个段寄存 器，CPU每次可同时对 4个段进行寻址。
30000H (段基址)
64KB
FFFFFH
• 存储器分段结构示例
…
CS 1000H SS 2000H DS 3100H ES 3100H
…
10000H
1FFFFH 20000H
2FFFFH
CPU复位 实实地地址址 使CR0的PE=1 方方式式 复位 或PE=0
系统管理方式：使设计 者实现高级管理功能， 如对电源的管理以及为 复位 操作系统和正在运行的 程序提供安全性。
实模式操作方式只允许微处理器寻址第一个1MB存储器 空间;
当微处Pentium理器工作于实地址模式时，存储器的管 理方式与8086微处理器存储器的管理方式完全相同。
2.保护虚拟方式
通常在程序运行过程中，应防止以下情况的发生： ① 应用程序破坏系统程序。 ② 某一应用程序破坏了其他应用程序。 ③ 错误地把数据当作程序运行。
第二章 微处理器和指令系统
2011.9.26
2.1.1 8086/8088 微处理器
8086是1978年推出的全16位微处理器, 8088是1978年推出 的准16位微处理器。二者除外数据总线位数（8086为16位， 8088为8位）及与此相关的部分逻辑稍有差别外,内部结构 和基本性能相同,指令系统完全兼容。
在8086/8088的设计中，引入了两个重要的结构概念： • 指令流水线 • 存储器分段
这两个概念在以后升级的Intel系列微处理器中一直被沿用和发展。 正是这两个概念的引入，使8086/8088比原来的8位MPU在运行速度、 处理能力和对存储空间的访问等性能方面有很大提高。
2.1 8086/8088微处理器
为了避免出现以上情形的发生，所采取的措施称作“保护”。
保护方式：CPU可访问的物理 存储空间为232= 4GB；程序 可用的虚拟地址空间为 246=64TB。段长度在启动页 功能时是4GB，不启动页功能 时 是 1 MB。 可 支 持 多 用 户 和 单用户的多任务操作,并对各 任务提供了多方面的保护机制。
BIU 取指令1 取指令 取数据1 取指令3 存结果1 取指令4 取指令5
2
EU 等待 译码1
执行1
译码2 执行2 译码3
8086/8088的指令“流水”操作
3.存储器分段
8086物理地址（1M=220）
将1MB的物理存储空 间分成若干个逻辑段,每 段大小为64KB。
00000H 00001H 00002H 00003H
存储区的末地址＝DS×16＋偏移地址 ＝2100H×16＋FFFFH ＝30FFFH
2.2 Pentium微处理器
2.2.3 Pentium的四种工作方式
1. 实地址工作模式
最基本的工作方式。 8086/8088的实地址模式保持兼容。 微处Pentium理器的实地址模式具有更强的功能，增
加了寄存器，扩充了指令，可进行32位操作。
EU 控制电路
指令队列
123456
8位 8088
8086
总线接口单元(BIU)
总线 8086/8088 控制电路
外部总线
8086 CPU内部指令执行流程
1. 段寄存器CS 程序指针寄存器IP 内容经过地址加法器形成20 位地址； 2. 由CPU内部地址总线AB ， 经过总线地址控制电路， 向外部总线发