80x86CPU的体系结构PPT课件.ppt
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1、80 x86CPU80 x86CPU的体系结的体系结构构图图 8086/8088CPU8086/8088CPU引脚信号引脚信号 一、一、一、一、8086/8088 CPU8086/8088 CPU8086/8088 CPU8086/8088 CPU内部编程结构内部编程结构内部编程结构内部编程结构1.1.功能结构功能结构 8086/8088 8086/8088 CPUCPU内内内内部部部部结结结结构构构构从从从从功功功功能能能能上上上上可可可可以以以以分分分分为为为为两两两两部分:部分:部分:部分:总总总总线线线线接接接接口口口口单单单单元元元元BIU(Bus BIU(Bus BIU(Bus B
2、IU(Bus Interface Interface Interface Interface Unit)Unit)Unit)Unit):负负负负责完成责完成责完成责完成CPUCPUCPUCPU与存储器或与存储器或与存储器或与存储器或I/OI/OI/OI/O设备之间的数据传送。设备之间的数据传送。设备之间的数据传送。设备之间的数据传送。执执执执行行行行单单单单元元元元EU(Execution EU(Execution EU(Execution EU(Execution Unit)Unit)Unit)Unit):不不不不与与与与系系系系统统统统外外外外部部部部直接相连,负责译码和执行指令。直接相连
3、,负责译码和执行指令。直接相连,负责译码和执行指令。直接相连,负责译码和执行指令。图图 8086CPU8086CPU基本结构框图基本结构框图 2020位位总线接口单元总线接口单元总线接口单元总线接口单元BIUBIUBIUBIU的组成:的组成:的组成:的组成:4 4 4 4个段地址寄存器:个段地址寄存器:个段地址寄存器:个段地址寄存器:CSCSCSCS、DSDSDSDS、SSSSSSSS、ESESESES。IP16IP16IP16IP16位的指令指针寄存器。位的指令指针寄存器。位的指令指针寄存器。位的指令指针寄存器。20202020位物理地址加法器和总线控制电路。位物理地址加法器和总线控制电路。
4、位物理地址加法器和总线控制电路。位物理地址加法器和总线控制电路。6 6 6 6个字节的指令队列缓冲器。个字节的指令队列缓冲器。个字节的指令队列缓冲器。个字节的指令队列缓冲器。执行单元执行单元执行单元执行单元EUEUEUEU的组成:的组成:的组成:的组成:16161616位算术逻辑单元位算术逻辑单元位算术逻辑单元位算术逻辑单元ALUALUALUALU。16161616位标志寄存器位标志寄存器位标志寄存器位标志寄存器FLAGSFLAGSFLAGSFLAGS。16161616位位位位通通通通用用用用寄寄寄寄存存存存器器器器组组组组:AXAXAXAX、BXBXBXBX、CXCXCXCX、DXDXDXD
5、X、SPSPSPSP、BPBPBPBP、SISISISI、DIDIDIDI。数据暂存寄存器:暂存数据。数据暂存寄存器:暂存数据。数据暂存寄存器:暂存数据。数据暂存寄存器:暂存数据。EUEUEUEU控控控控制制制制电电电电路路路路:是是是是控控控控制制制制、定定定定时时时时与与与与状状状状态态态态逻逻逻逻辑辑辑辑电电电电路路路路,接接接接收收收收从从从从BIUBIUBIUBIU中中中中指指指指令令令令队队队队列列列列取取取取来来来来的的的的指指指指令令令令,经经经经过过过过指指指指令令令令译译译译码码码码形形形形成成成成各各各各种种种种定时控制信号,对定时控制信号,对定时控制信号,对定时控制信号
6、,对EUEUEUEU的各个部件实现定时操作。的各个部件实现定时操作。的各个部件实现定时操作。的各个部件实现定时操作。二、二、8086/80888086/8088的内部寄存器的内部寄存器 1.1.通用寄存器通用寄存器 通通用用寄寄存存器器(8(8个个):包包括括四四个个数数据据寄寄存存器器AX(AH/AL),AX(AH/AL),BX(BH/BL),CX(CH/CL),DX(DH/DL)BX(BH/BL),CX(CH/CL),DX(DH/DL),两两个个地地址址指指针针寄寄存存器器(SP,BP)(SP,BP)和两个变址寄存器和两个变址寄存器(SI,DI)(SI,DI)。数据寄存器数据寄存器AXAX
7、、BXBX、CXCX、DXDX 数据寄存器一般用于存放参与运算的操作数或运算结果。数据寄存器一般用于存放参与运算的操作数或运算结果。每个数据寄存器都是每个数据寄存器都是1616位的,可将高、低位的,可将高、低8 8位分别作为两个位分别作为两个独立的独立的8 8位寄存器来用。高位寄存器来用。高8 8位分别记作位分别记作AHAH、BHBH、CHCH、DHDH,低,低8 8位分别记作位分别记作ALAL,BLBL,CLCL,DLDL。AX(Accumulator)AX(Accumulator):累累加加器器,是是算算术术运运算算主主要要寄寄存存器器,此此外外,所有的所有的I/OI/O指令都使用该寄存器
8、与外设端口交换信息。指令都使用该寄存器与外设端口交换信息。BX(Base)BX(Base):基基址址寄寄存存器器,8086/8088CPU8086/8088CPU中中有有两两个个基基址址寄寄存存器器BXBX和和BPBP。在在计计算算存存储储器器地地址址时时,常常用用BXBX存存放放操操作作数数在在内内存存中中数数据据段段内内的的基基准准地地址址,而而BPBP用用来来存存放放操操作作数数在在堆堆栈栈段段内内的的基基准准地址。地址。CX(Counter)CX(Counter):计计数数寄寄存存器器,在在设设计计循循环环程程序序时时使使用用该该寄寄存存器器存存放放循循环环次次数数,在在数数据据串串操
9、操作作指指令令中中用用来来存存放放数数据据串串元元素素的的个数。个数。DX(Data)DX(Data):数数据据寄寄存存器器。在在寄寄存存器器间间接接寻寻址址的的I/OI/O指指令令中中存存放放I/OI/O端端口口地地址址;在在做做双双字字运运算算时时,DXDX与与AXAX一一起起存存放放一一个个双双字长操作数,字长操作数,DXDX存放高存放高1616位数,位数,AXAX存放低存放低1616位数位数。地址指针寄存器地址指针寄存器SPSP、BPBP SP(Stack SP(Stack Pointer)Pointer):堆堆栈栈指指针针寄寄存存器器。在在使使用用堆堆栈栈操操作作指指令令(PUSH(
10、PUSH或或POP)POP)对对堆堆栈栈进进行行操操作作时时,每每执执行行一一次次进进栈栈或或出出栈栈操操作作,系系统统会会自自动动将将SPSP的的内内容容减减2 2或或加加2 2,以以使使其其始终指向栈顶,始终指向栈顶,与与SSSS联用。联用。BP(Base BP(Base Pointer)Pointer):基基址址指指针针寄寄存存器器。作作为为通通用用寄寄存存器器,它它可可以以用用来来存存放放数数据据,但但更更经经常常更更重重要要的的用用途途是是存存放放操作数在堆栈段内的基准地址。操作数在堆栈段内的基准地址。变址寄存器变址寄存器SISI、DIDI SI(Source Index)SI(So
11、urce Index):源变址寄存器。:源变址寄存器。DI(Destination Index)DI(Destination Index):目的变址寄存器。:目的变址寄存器。这两个寄存器通常用在字符串操作时存放操作数的偏移这两个寄存器通常用在字符串操作时存放操作数的偏移地址,其中地址,其中SISI存放源串在数据段内的偏移地址,存放源串在数据段内的偏移地址,DIDI存放目的存放目的串在附加数据段内的偏移地址。串在附加数据段内的偏移地址。2.2.段寄存器段寄存器 8086/8088 8086/8088 CPUCPU具具有有寻寻址址1MB1MB字字节节存存储储空空间间的的能能力力,但但是是其其指指令
12、令中中给给出出的的寄寄存存器器只只有有1616位位的的,使使CPUCPU不不能能直直接接寻寻址址1MB1MB的空间。的空间。为为此此,8086/80888086/8088对对存存储储器器进进行行分分段段管管理理,即即将将程程序序代代码码或或数数据据分分别别放放在在代代码码段段、数数据据段段、堆堆栈栈段段或或附附加加数数据据段中,每个逻辑段最长可为段中,每个逻辑段最长可为64KB64KB。段段地地址址分分别别放放在在对对应应的的段段寄寄存存器器中中,代代码码或或数数据据在在段段内的偏移地址由有关寄存器或立即数给出。内的偏移地址由有关寄存器或立即数给出。CS(Code Segment)CS(Cod
13、e Segment):代码段寄存器。用来存储程序当前:代码段寄存器。用来存储程序当前使用的代码段的段地址。使用的代码段的段地址。CSCS的内容左移四位再加上指令指针寄的内容左移四位再加上指令指针寄存器存器IPIP的内容就是下一条要读取的指令在存储器中的的内容就是下一条要读取的指令在存储器中的2020位物理位物理地址。地址。DS(Data Segment)DS(Data Segment):数据段寄存器。用来存放程序当前使:数据段寄存器。用来存放程序当前使用的数据段的段地址。用的数据段的段地址。DSDS的内容左移四位再加上由指令中存储的内容左移四位再加上由指令中存储器寻址方式给出的偏移地址即得到对
14、数据段指定单元进行读写器寻址方式给出的偏移地址即得到对数据段指定单元进行读写的的2020位物理地址。位物理地址。SS(Stack Segment)SS(Stack Segment):堆栈段寄存器。用来存放程序当前所:堆栈段寄存器。用来存放程序当前所使用的堆栈段的段地址。使用的堆栈段的段地址。堆栈是存储器中开辟的按先进后出原堆栈是存储器中开辟的按先进后出原则组织的一个特殊存储区,主要用于调用子程序或执行中断服则组织的一个特殊存储区,主要用于调用子程序或执行中断服务程序时保护断点和现场。务程序时保护断点和现场。ES(Extra Segment)ES(Extra Segment):附加段寄存器。用来
15、存放程序当前使:附加段寄存器。用来存放程序当前使用的附加数据段的段地址。用的附加数据段的段地址。附加数据段常用来存放字符串操作附加数据段常用来存放字符串操作时的目的字符串。时的目的字符串。3.3.控制寄存器控制寄存器 IP(Instruction IP(Instruction Pointer)Pointer):指指令令指指针针寄寄存存器器。用用来来存存放放下下一一条条要要读读取取的的指指令令在在代代码码段段内内的的偏偏移移地地址址,与与CSCS段段寄寄存存器器联用,用户程序不能直接访问联用,用户程序不能直接访问IPIP。FLAGSFLAGS:标标志志寄寄存存器器。它它是是一一个个1616位位的
16、的寄寄存存器器,但但只只用用了了其其中中9 9位位,这这9 9位位包包括括6 6个个状状态态标标志志位位,3 3个个控控制制标标志志位位,如如下下图所示。图所示。图图 8086/8088的标志寄存器的标志寄存器 状态标志位:状态标志位:6位位 CF(Carry CF(Carry Flag)Flag):进进位位标标志志位位。当当进进行行加加减减运运算算时时,若若最最高高位位发发生生进进位位或或借借位位则则CF=1CF=1,否否则则为为0 0。通通常常用用于于判判断断无无符符号号数数运运算算结结果果是是否否超超出出了了计计算算机机所所能能表表示示的的无无符符号数的范围。号数的范围。PF(Parit
17、y Flag)PF(Parity Flag):奇偶标志位。:奇偶标志位。当指令执行结果中当指令执行结果中含有偶数个含有偶数个1 1时,时,PF=1PF=1,否则,否则PF=0PF=0。AF(Auxiliary Flag)AF(Auxiliary Flag):辅助进位标志位。:辅助进位标志位。当执行加当执行加法或减法运算指令时,低半部分向高半部分有进位或借法或减法运算指令时,低半部分向高半部分有进位或借位,则位,则AF=1AF=1,否则为,否则为0 0。ZF(Zero ZF(Zero Flag)Flag):零零标标志志位位。若若当当前前的的运运算算结结果果为为0 0,则则ZF=1ZF=1,否则为
18、,否则为0 0。SF(Sign SF(Sign Flag)Flag):符符号号标标志志位位。当当运运算算结结果果的的最最高高位位为为1 1时,时,SF=1SF=1,否则为,否则为0 0。OF(Overflow OF(Overflow Flag)Flag):溢溢出出标标志志位位。当当运运算算结结果果超超出出了了带带符符号号数数所所能能表表示示的的数数值值范范围围,即即溢溢出出时时,OF=1OF=1,否否则则为为0 0。用来判断带符号数运算结果是否溢出。用来判断带符号数运算结果是否溢出。控制标志位:控制标志位:3 3位位位位 用来控制用来控制CPUCPU的操作,由程序设置或清除。它们是:的操作,由
19、程序设置或清除。它们是:TF(Trap TF(Trap Flag)Flag):跟跟踪踪(陷陷阱阱)标标志志位位。为为测测试试程程序序的的方方便便而而设设置置。若若将将TFTF置置1 1,则则CPUCPU处处于于单单步步工工作作方方式式,每每执执行行一一条条指指令令,自自动动产产生生一一次次单单步步中中断断,可可使使用用户户逐逐条条检检查查指指令令执执行行结结果果;若若TF=0TF=0,则程序正常运行。,则程序正常运行。IF(Interrupt IF(Interrupt Enable Enable Flag)Flag):中中断断允允许许标标志志位位。是是用用来来控控制制可可屏屏蔽蔽中中断断的的标
20、标志志位位。若若IF=1IF=1,表表示示允允许许CPUCPU响响应应外外部部从从INTRINTR引引脚脚上上发发来来的的可可屏屏蔽蔽中中断断请请求求;若若IF=0IF=0,则则禁禁止止CPUCPU响响应应可可屏屏蔽蔽中断请求信号。中断请求信号。IFIF的状态对非屏蔽中断和内部中断没有影响。的状态对非屏蔽中断和内部中断没有影响。DF(Direction DF(Direction Flag)Flag):方方向向标标志志位位。若若将将DFDF置置1 1,则则串串处处理理指指令令操操作作后后使使变变址址寄寄存存器器SISI和和DIDI递递减减;若若将将DFDF置置0 0,则则串串处处理理指指令操作后
21、使变址寄存器令操作后使变址寄存器SISI和和DIDI递增。递增。一、一、8086/80888086/8088的引脚信号的引脚信号 80868086与与8088 CPU8088 CPU内部结构基本相同,外部采用内部结构基本相同,外部采用4040条引条引脚的双列直插式封装,如下图所示引脚信号。脚的双列直插式封装,如下图所示引脚信号。8086/8088 CPU8086/8088 CPU具有两种工作模式:最小模式和最大具有两种工作模式:最小模式和最大模式,模式,8 8条引脚(条引脚(24243131脚)在两种工作模式中具有不同脚)在两种工作模式中具有不同的功能。的功能。2.2 8086/80882.2
22、 8086/8088引脚信号及工作模式引脚信号及工作模式 图图 8086/8088CPU8086/8088CPU引脚信号引脚信号 8086 8086是是IntelIntel系列的系列的1616位微处理器,采用位微处理器,采用N N沟道、耗尽型的硅沟道、耗尽型的硅栅工艺栅工艺(HMOS)(HMOS)制造,内部包含约制造,内部包含约2900029000个晶体管。个晶体管。80868086有有4040条引脚,有条引脚,有1616根数据线和根数据线和2020根地址线,可寻址的地根地址线,可寻址的地址空间为址空间为2 22020即即1MB1MB。时钟频率:时钟频率:80868086为为5MHz5MHz,
23、8086-28086-2为为8MHz8MHz,8086-18086-1为为10MHz10MHz。80888088一种准一种准1616位微处理器,推出位微处理器,推出80888088的主要目的是为了与当的主要目的是为了与当时已有的一整套时已有的一整套IntelIntel外围接口芯片直接兼容使用。外围接口芯片直接兼容使用。80888088的内部的内部寄存器、内部运算部件以及内部操作与寄存器、内部运算部件以及内部操作与80868086基本相同,但外部性基本相同,但外部性能有区别。能有区别。80868086的外部数据总线是的外部数据总线是1616位的,但位的,但80888088外部的数据总外部的数据总
24、线是线是8 8位的。位的。2.1 8086/8088 CPU2.1 8086/8088 CPU的编程结构的编程结构 1.1.各引脚功能各引脚功能 (1 1)地址)地址/数据总线数据总线ADAD1515ADAD0 0(Address Data Bus)(Address Data Bus)分时复用的地址数据线。传输地址时三态输出,传输数据分时复用的地址数据线。传输地址时三态输出,传输数据时可双向三态输入时可双向三态输入/输出。输出。(2 2)地址)地址/状态线状态线A A1919/S/S6 6A A1616/S/S3 3(Address/Status)(Address/Status)分时复用的地址
25、状态线,三态输出。分时复用的地址状态线,三态输出。在总线周期的在总线周期的T T1 1状态状态作为地址总线的高作为地址总线的高4 4位,位,A A1919A A1616与与ADAD1515ADAD0 0一起构成访问存储一起构成访问存储器的器的2020位物理地址,当位物理地址,当CPUCPU访问访问I/OI/O端口时,端口时,A A1919A A1616保持为保持为“0”0”;在总线周期的其它时间作为状态线用,在总线周期的其它时间作为状态线用,S S6 6S S3 3用来输出用来输出状态信息,状态信息,其中:其中:S S4 4和和S S3 3用于表示当前使用的段寄存器,如下用于表示当前使用的段寄
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