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1、微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用第二章第二章微处理器与系统结构微处理器与系统结构u2.1微处理器的基本结构及主要性能指标微处理器的基本结构及主要性能指标u2.28086/8088微处理器微处理器u2.38086系统的组成系统的组成u2.4存储器组织存储器组织u2.58086总线时序总线时序微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用2.1微处理器的基本结构微处理器的基本结构u微机的运算器和控制器集成在一个芯片，称中央处微机的运算器和控制器集成在一个芯片，称中央处微机的运算器和控制器集成在一个芯片，称中央处微机的运算器和控制器集成在一个芯片，称中央处理器理器理
2、器理器CPUCPU或微处理器或微处理器或微处理器或微处理器MPUMPUuCPUCPU按字长：按字长：按字长：按字长：4 4位、位、位、位、8 8位、位、位、位、1616、3232和和和和6464位位位位u按结构分类：单片微处理器和位片微处理器按结构分类：单片微处理器和位片微处理器按结构分类：单片微处理器和位片微处理器按结构分类：单片微处理器和位片微处理器u微处理器内部基本结构一般由微处理器内部基本结构一般由微处理器内部基本结构一般由微处理器内部基本结构一般由算术逻辑单元算术逻辑单元算术逻辑单元算术逻辑单元、寄存寄存寄存寄存器阵列器阵列器阵列器阵列、控制单元控制单元控制单元控制单元、总线和总线缓
3、冲器总线和总线缓冲器总线和总线缓冲器总线和总线缓冲器四个部分组四个部分组四个部分组四个部分组成。有些还集成有存储器和成。有些还集成有存储器和成。有些还集成有存储器和成。有些还集成有存储器和I/OI/O接口接口接口接口微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用算术逻辑单元算术逻辑单元ALUu有加、与、或、非、移位硬件操作功能有加、与、或、非、移位硬件操作功能有加、与、或、非、移位硬件操作功能有加、与、或、非、移位硬件操作功能u可完成加、减、乘、除、求补，逻辑与、或、非、可完成加、减、乘、除、求补，逻辑与、或、非、可完成加、减、乘、除、求补，逻辑与、或、非、可完成加、减、乘、除、求补
4、，逻辑与、或、非、异或，移位，异或，移位，异或，移位，异或，移位，BCDBCD调整，定点调整，定点调整，定点调整，定点/浮点运算浮点运算浮点运算浮点运算u输出结果和结果状态输出结果和结果状态输出结果和结果状态输出结果和结果状态微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用控制与定时部件控制与定时部件控制器控制器微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用控制器的一般组成控制器的一般组成u控制器任务：逐渐取出指令、分析指令、执行指令。控制器任务：逐渐取出指令、分析指令、执行指令。控制器任务：逐渐取出指令、分析指令、执行指令。控制器任务：逐渐取出指令、分析指令、执行指令。指令
5、：操作码指令：操作码指令：操作码指令：操作码+地址码地址码地址码地址码/操作数操作数操作数操作数u由由由由指令部件指令部件指令部件指令部件、时序部件时序部件时序部件时序部件和和和和微操作控制电路微操作控制电路微操作控制电路微操作控制电路组成组成组成组成指令部件指令部件指令部件指令部件程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器PCPC：给出待执行指令的首地址：给出待执行指令的首地址：给出待执行指令的首地址：给出待执行指令的首地址指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器IRIR：存放当前要执行的指令码，包括操作码：存放当前要执行的指令码，包括操作码：存放当前要执行的指令码，包括操作码：存放当前要执行
6、的指令码，包括操作码和地址码（操作数）和地址码（操作数）和地址码（操作数）和地址码（操作数）指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器IDID：分析操作码并经译码后产生相应操作的：分析操作码并经译码后产生相应操作的：分析操作码并经译码后产生相应操作的：分析操作码并经译码后产生相应操作的控制信号控制信号控制信号控制信号微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用控制器的一般组成控制器的一般组成时序部件时序部件时序部件时序部件：产生微机各部件所需定时信号：产生微机各部件所需定时信号：产生微机各部件所需定时信号：产生微机各部件所需定时信号时钟系统时钟系统时钟系统时钟系统n脉冲源：用外接晶振
7、产生一定周期和宽度的脉冲源：用外接晶振产生一定周期和宽度的脉冲源：用外接晶振产生一定周期和宽度的脉冲源：用外接晶振产生一定周期和宽度的脉冲信号。时钟周期或脉冲信号。时钟周期或脉冲信号。时钟周期或脉冲信号。时钟周期或T T状态是状态是状态是状态是CPUCPU操作的操作的操作的操作的最小时间单位最小时间单位最小时间单位最小时间单位n时钟启时钟启时钟启时钟启/停逻辑：按指令的控制要求，准确停逻辑：按指令的控制要求，准确停逻辑：按指令的控制要求，准确停逻辑：按指令的控制要求，准确地开地开地开地开/关时钟脉冲关时钟脉冲关时钟脉冲关时钟脉冲n时钟脉冲分配器：产生微机各部分所需要的时钟脉冲分配器：产生微机各
8、部分所需要的时钟脉冲分配器：产生微机各部分所需要的时钟脉冲分配器：产生微机各部分所需要的能按一定顺序逐个出现的节拍脉冲信号，以能按一定顺序逐个出现的节拍脉冲信号，以能按一定顺序逐个出现的节拍脉冲信号，以能按一定顺序逐个出现的节拍脉冲信号，以控制和协调控制和协调控制和协调控制和协调CPUCPU各微操作有节奏地动作各微操作有节奏地动作各微操作有节奏地动作各微操作有节奏地动作微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用指令周期、总线周期与时钟周期的关系指令周期、总线周期与时钟周期的关系机器周期机器周期机器周期机器周期(总线周期总线周期总线周期总线周期,M,M周期周期周期周期)：一般由：一
9、般由：一般由：一般由3535个时个时个时个时钟周期组成，期间可完成一个基本操作，如钟周期组成，期间可完成一个基本操作，如钟周期组成，期间可完成一个基本操作，如钟周期组成，期间可完成一个基本操作，如存储器读存储器读存储器读存储器读/写、写、写、写、I/OI/O读读读读/写写写写指令周期：一般为指令周期：一般为指令周期：一般为指令周期：一般为1515个机器周期，包括一条个机器周期，包括一条个机器周期，包括一条个机器周期，包括一条指令的取出和执行所需的时间指令的取出和执行所需的时间指令的取出和执行所需的时间指令的取出和执行所需的时间微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用控制器的一般
10、组成控制器的一般组成微操作控制部件微操作控制部件微操作控制部件微操作控制部件：由指令译码器、节拍发生器、节拍脉：由指令译码器、节拍发生器、节拍脉：由指令译码器、节拍发生器、节拍脉：由指令译码器、节拍发生器、节拍脉冲及外部状态信号等组合而产生的控制微机各部件的部冲及外部状态信号等组合而产生的控制微机各部件的部冲及外部状态信号等组合而产生的控制微机各部件的部冲及外部状态信号等组合而产生的控制微机各部件的部件件件件组合逻辑控制：用组合逻辑实现的微操作控制。修改组合逻辑控制：用组合逻辑实现的微操作控制。修改组合逻辑控制：用组合逻辑实现的微操作控制。修改组合逻辑控制：用组合逻辑实现的微操作控制。修改不方
11、便，快不方便，快不方便，快不方便，快微程序控制微程序控制微程序控制微程序控制(存储逻辑控制存储逻辑控制存储逻辑控制存储逻辑控制)：将每条指令的微程序存：将每条指令的微程序存：将每条指令的微程序存：将每条指令的微程序存放在只读存储器中，并由放在只读存储器中，并由放在只读存储器中，并由放在只读存储器中，并由CPUCPU逐条取出执行以实现微逐条取出执行以实现微逐条取出执行以实现微逐条取出执行以实现微操作控制。便于检查修改，慢操作控制。便于检查修改，慢操作控制。便于检查修改，慢操作控制。便于检查修改，慢可编程逻辑阵列控制：通过程序设计而执行特定逻辑可编程逻辑阵列控制：通过程序设计而执行特定逻辑可编程逻
12、辑阵列控制：通过程序设计而执行特定逻辑可编程逻辑阵列控制：通过程序设计而执行特定逻辑功能的组合逻辑结构。兼有两种控制的优点功能的组合逻辑结构。兼有两种控制的优点功能的组合逻辑结构。兼有两种控制的优点功能的组合逻辑结构。兼有两种控制的优点微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用总线与总线缓冲器总线与总线缓冲器u总线是微机部件间传送信息的导线集合总线是微机部件间传送信息的导线集合总线是微机部件间传送信息的导线集合总线是微机部件间传送信息的导线集合u内总线连接累加器、内总线连接累加器、内总线连接累加器、内总线连接累加器、ALUALU、R R与与与与FLAGFLAG等。有单等。有单等。
13、有单等。有单总线、双总线和多总线结构总线、双总线和多总线结构总线、双总线和多总线结构总线、双总线和多总线结构u片外总线可分为片间总线、系统总线和外总线。片外总线可分为片间总线、系统总线和外总线。片外总线可分为片间总线、系统总线和外总线。片外总线可分为片间总线、系统总线和外总线。前两种用来连接前两种用来连接前两种用来连接前两种用来连接CPUCPU、MM、I/OI/O等。通常又分为等。通常又分为等。通常又分为等。通常又分为ABAB、DBDB和和和和CBCBu总线缓冲器通过三态逻辑电路将挂在总线上的某总线缓冲器通过三态逻辑电路将挂在总线上的某总线缓冲器通过三态逻辑电路将挂在总线上的某总线缓冲器通过三
14、态逻辑电路将挂在总线上的某些部件在电气连接上与总线脱开些部件在电气连接上与总线脱开些部件在电气连接上与总线脱开些部件在电气连接上与总线脱开微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用寄存器阵列寄存器阵列u存放待处理数据的寄存器：存放待处理数据的寄存器：存放待处理数据的寄存器：存放待处理数据的寄存器：累加器和通用寄存器累加器和通用寄存器累加器和通用寄存器累加器和通用寄存器u存放地址的寄存器：存放地址的寄存器：存放地址的寄存器：存放地址的寄存器：PCPC、SPSP、指针和变址寄存器、指针和变址寄存器、指针和变址寄存器、指针和变址寄存器u存放控制和状态信息的寄存器：存放控制和状态信息的寄
15、存器：存放控制和状态信息的寄存器：存放控制和状态信息的寄存器：IRIR和和和和FLAGFLAGu起数据缓冲作用的寄存器：起数据缓冲作用的寄存器：起数据缓冲作用的寄存器：起数据缓冲作用的寄存器：数据和地址总线缓冲器数据和地址总线缓冲器数据和地址总线缓冲器数据和地址总线缓冲器微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微处理器主要性能指标微处理器主要性能指标u主频主频主频主频：即微处理器：即微处理器：即微处理器：即微处理器时钟频率时钟频率时钟频率时钟频率。如。如。如。如Pentium4 2GHzPentium4 2GHz同系列的微处理器，主频越高，速度越快。同系列的微处理器，主频越高，
16、速度越快。同系列的微处理器，主频越高，速度越快。同系列的微处理器，主频越高，速度越快。但主频相同的微处理器，速度不一定都相同，因结构但主频相同的微处理器，速度不一定都相同，因结构但主频相同的微处理器，速度不一定都相同，因结构但主频相同的微处理器，速度不一定都相同，因结构有差异有差异有差异有差异u外频外频外频外频：微处理器：微处理器：微处理器：微处理器外部总线工作频率外部总线工作频率外部总线工作频率外部总线工作频率。如。如。如。如Pentium4 Pentium4 2GHz2GHz的外频为的外频为的外频为的外频为400MHz400MHzu地址线宽度地址线宽度地址线宽度地址线宽度：决定访存空间。如
17、：决定访存空间。如：决定访存空间。如：决定访存空间。如3636位地址线访问位地址线访问位地址线访问位地址线访问2 23636=64GB64GB存储单元存储单元存储单元存储单元u数据线宽度数据线宽度数据线宽度数据线宽度：决定微处理器与外部存储器、输入：决定微处理器与外部存储器、输入：决定微处理器与外部存储器、输入：决定微处理器与外部存储器、输入/输出部件之间一次交换的二进制数据位数。如输出部件之间一次交换的二进制数据位数。如输出部件之间一次交换的二进制数据位数。如输出部件之间一次交换的二进制数据位数。如8 8、1616、3232、6464位。位。位。位。微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用
18、微机原理及应用微处理器主要性能指标微处理器主要性能指标u高速度缓存高速度缓存高速度缓存高速度缓存(CACHE)(CACHE)：L1/L2L1/L2Write-throughWrite-through缓存，只对读有效缓存，只对读有效缓存，只对读有效缓存，只对读有效write-backwrite-back缓存，对读写都有效缓存，对读写都有效缓存，对读写都有效缓存，对读写都有效u内置内置内置内置协处理器协处理器协处理器协处理器：加快数值运算：加快数值运算：加快数值运算：加快数值运算u超标量结构超标量结构超标量结构超标量结构：一个时钟周期内执行一条以上的指：一个时钟周期内执行一条以上的指：一个时钟周期
19、内执行一条以上的指：一个时钟周期内执行一条以上的指令。令。令。令。低标量结构：一条指令至少需要一个以上的时钟周期低标量结构：一条指令至少需要一个以上的时钟周期低标量结构：一条指令至少需要一个以上的时钟周期低标量结构：一条指令至少需要一个以上的时钟周期u工作电压工作电压工作电压工作电压：微处理器正常工作所需要的电压，早：微处理器正常工作所需要的电压，早：微处理器正常工作所需要的电压，早：微处理器正常工作所需要的电压，早期为期为期为期为5V5V，后来有，后来有，后来有，后来有3.3V,2.8V,1.5V3.3V,2.8V,1.5V等。等。等。等。u制造工艺制造工艺制造工艺制造工艺：晶体管之间的最小
20、线距，：晶体管之间的最小线距，：晶体管之间的最小线距，：晶体管之间的最小线距，0.350.35 m,m,0.250.25 m,m,0.180.18 m,m,0.130.13 mm等等等等微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微处理器标识微处理器标识微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微处理器类型微处理器类型(Intel)u4004：4位位u8085/8088：8位位u8086、80286：16位位u80386、80486、80586：32位位uPentium、PentiumPRO、PentiumII、PentiumIII、Pentium4：32/64位位微
21、机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用2.28086/8088微处理器微处理器uINTEL78年推出（年推出（79年推出年推出8088）u4万多个晶体管万多个晶体管(8088为为2.9万个晶体管万个晶体管)u时钟频率时钟频率4.77MHZu数据线数据线16位（位（8088的数据线的数据线8位）位）u地址线地址线20位位u40脚脚DIP封装封装u81年推出年推出PersonalComputer（个人计算机、（个人计算机、微机）微机）微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用8086CPU功功能能结结构构图图EU控控制制器器ALU暂暂存存器器标志寄存器标志寄存器8位队
22、位队列总线列总线总总线线控控制制逻逻辑辑内部总线内部总线16位位地址加法器地址加法器20位地位地址总线址总线16位位数数据据总总线线执执行行部部件件EU总总线线接接口口部部件件BIU1 2 3 4 5 6指令队列指令队列通用寄存器通用寄存器AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPDISICSDSSSES8088808880868086IP暂存器暂存器8 80 08 86 6总总总总线线线线微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用一、一、8086执行部件执行部件EUu算术逻辑单元算术逻辑单元ALUALU(Arithmetic and Logic Unit)(Ari
23、thmetic and Logic Unit)进行所有的算术和逻辑运算进行所有的算术和逻辑运算计算寻址单元的十六位偏移地址计算寻址单元的十六位偏移地址EA(Effect Address)EA(Effect Address)u EU EU控制器控制器接收指令队列中的指令，接收指令队列中的指令，进行指令译码、分析，形成进行指令译码、分析，形成各种控制信号，实现各种控制信号，实现EUEU各个部件完成规定动作的控制各个部件完成规定动作的控制u标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器F Fu通用寄存器通用寄存器通用寄存器通用寄存器微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用标志寄存器标志寄存
24、器Fu唯一能唯一能按位操作按位操作的寄存器的寄存器u只定义了其中只定义了其中9位位，另外，另外7位未定义（不用）位未定义（不用）6 6位状态位状态位状态位状态标志：标志：标志：标志：OFOF、SFSF、ZFZF、PFPF、CFCF、AFAF3 3位控制位控制位控制位控制标志：标志：标志：标志：DFDF、IFIF、TFTFOF DF IF TF SF ZF AF PF CFD15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用状态标志状态标志u反映指令对数据作用之后，结果的状态（不是结反映指令对数据作用之后，结果的状态
25、（不是结反映指令对数据作用之后，结果的状态（不是结反映指令对数据作用之后，结果的状态（不是结果本身）。这些状态将控制后续指令的执行果本身）。这些状态将控制后续指令的执行果本身）。这些状态将控制后续指令的执行果本身）。这些状态将控制后续指令的执行vOF(OverflowFlag)OF(OverflowFlag)：溢出标志溢出标志溢出标志溢出标志(指补码指补码指补码指补码)，F.11F.11OF=1OF=1：在运算过程中，如操作数超过了机器表示的范在运算过程中，如操作数超过了机器表示的范在运算过程中，如操作数超过了机器表示的范在运算过程中，如操作数超过了机器表示的范围称为溢出。围称为溢出。围称为溢
26、出。围称为溢出。OF=0OF=0：在运算过程中，如操作数未超过了机器能表示在运算过程中，如操作数未超过了机器能表示在运算过程中，如操作数未超过了机器能表示在运算过程中，如操作数未超过了机器能表示的范围称为不溢出。的范围称为不溢出。的范围称为不溢出。的范围称为不溢出。求解方法：最高位进位求解方法：最高位进位求解方法：最高位进位求解方法：最高位进位 次高位进位次高位进位次高位进位次高位进位字节允许范围：字节允许范围：字节允许范围：字节允许范围：-128+127-128+127字允许范围：字允许范围：字允许范围：字允许范围：-32768+32767-32768+32767微机原理及应用微机原理及应用
27、微机原理及应用微机原理及应用状态标志状态标志uCF（CarryFlag）：进位）：进位/借位标志，借位标志，F.0CF=1CF=1：最高位需要向前产生进位：最高位需要向前产生进位：最高位需要向前产生进位：最高位需要向前产生进位/借位。借位。借位。借位。CF=0CF=0：最高位不会向前产生进位：最高位不会向前产生进位：最高位不会向前产生进位：最高位不会向前产生进位/借位。借位。借位。借位。uAF（AuxiliaryCarryFlag）：辅助进位标）：辅助进位标志，志，F.4AF=1AF=1：数据的第：数据的第：数据的第：数据的第3 3位（半个字节）需要向前产位（半个字节）需要向前产位（半个字节）
28、需要向前产位（半个字节）需要向前产生进位生进位生进位生进位/借位。借位。借位。借位。AF=0AF=0：数据的第：数据的第：数据的第：数据的第3 3位（半个字节）不会向前产位（半个字节）不会向前产位（半个字节）不会向前产位（半个字节）不会向前产生进位生进位生进位生进位/借位。借位。借位。借位。微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用状态标志状态标志uSFSF（SignFlagSignFlag）：符号标志）：符号标志）：符号标志）：符号标志，F.7SF=1SF=1：运算结果的最高位为：运算结果的最高位为：运算结果的最高位为：运算结果的最高位为1 1，如果为带符号，如果为带符号，如果
29、为带符号，如果为带符号数，则为负数。数，则为负数。数，则为负数。数，则为负数。SF=0SF=0：运算结果的最高位为：运算结果的最高位为：运算结果的最高位为：运算结果的最高位为0 0，如果为带符号，如果为带符号，如果为带符号，如果为带符号数，则为正数。数，则为正数。数，则为正数。数，则为正数。带符号数的最高位为符号位；而无符号数的带符号数的最高位为符号位；而无符号数的带符号数的最高位为符号位；而无符号数的带符号数的最高位为符号位；而无符号数的 最最最最高位为数值位。高位为数值位。高位为数值位。高位为数值位。uZFZF（ZeroFlagZeroFlag）：全零标志，）：全零标志，）：全零标志，）：
30、全零标志，F.6F.6ZF=1ZF=1：运算结果为全：运算结果为全：运算结果为全：运算结果为全0 0。不包括进位的情况。不包括进位的情况。不包括进位的情况。不包括进位的情况ZF=0ZF=0：运算结果不为：运算结果不为：运算结果不为：运算结果不为0 0。微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用状态标志状态标志uPF(ParityFlag)：奇偶标志：奇偶标志PF=1:PF=1:结果的低结果的低结果的低结果的低8 8位中有偶数个位中有偶数个位中有偶数个位中有偶数个1 1。PF=0:PF=0:结果的低结果的低结果的低结果的低8 8位中有奇数个位中有奇数个位中有奇数个位中有奇数个1 1
31、。u有些运算操作将影响全部状态标志，如加有些运算操作将影响全部状态标志，如加法、减法运算法、减法运算u有些操作影响部分状态标志，如移位操作有些操作影响部分状态标志，如移位操作u有些指令的操作不影响任何状态标志，如有些指令的操作不影响任何状态标志，如数据传送指令数据传送指令微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用1 10 00 00 01 11 10 01 10 00 01 11 10 01 11 10 00 00 01 11 10 00 01 10 00 00 00 01 11 10 00 01 1+0 01 11 10 00 01 11 10 01 10 01 10 01 1
32、0 00 01 1运算结果最高位为运算结果最高位为1SF=1；例：例：2个数相加后，分析各标志位的值个数相加后，分析各标志位的值第三位向第四位有进位第三位向第四位有进位AF=1；次高位向最高位有进位次高位向最高位有进位，最高位向前没有进位，最高位向前没有进位，OF=1 0=1最高位没有进位最高位没有进位CF=0；低低8位中位中1的个数为偶数个的个数为偶数个 PF=1；运算结果本身运算结果本身0ZF=0；微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用1 10 00 00 01 11 10 01 10 00 01 11 10 01 11 10 00 00 01 11 10 00 01 1
33、0 00 00 00 01 11 10 00 01 1-0 00 01 10 01 11 10 00 01 10 00 00 01 11 10 00 0运算结果最高位为运算结果最高位为0SF=0；例：例：2个数相减后，分析各标志位的值个数相减后，分析各标志位的值第三位向第四位没有借位第三位向第四位没有借位 AF=0；次高位向最高位没有借位次高位向最高位没有借位，最高位向前没有借位，最高位向前没有借位，OF=0 0=0最高位没有借位最高位没有借位CF=0；低低8位中位中1的个数为奇数个的个数为奇数个 PF=0；运算结果本身运算结果本身0ZF=0；微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理
34、及应用控制标志控制标志u控制标志位的值不由数据运算的结果决定，而由控制标志位的值不由数据运算的结果决定，而由控制标志位的值不由数据运算的结果决定，而由控制标志位的值不由数据运算的结果决定，而由指令直接赋值指令直接赋值指令直接赋值指令直接赋值u控制标志决定后续指令的执行情况控制标志决定后续指令的执行情况控制标志决定后续指令的执行情况控制标志决定后续指令的执行情况uDF(Direction Flag)DF(Direction Flag)：方向控制标志位：方向控制标志位用于串处理指令，控制从前往后、还是从后往前对字用于串处理指令，控制从前往后、还是从后往前对字符串进行操作处理符串进行操作处理DF=1
35、DF=1，每次串处理操作后使变址寄存器，每次串处理操作后使变址寄存器SISI和和DIDI的值递的值递减，使串处理从高地址向低地址方向处理。减，使串处理从高地址向低地址方向处理。DF=0DF=0，每次串处理操作后使变址寄存器，每次串处理操作后使变址寄存器SISI和和DIDI的值递的值递增，使串处理从低地址向高地址方向处理。增，使串处理从低地址向高地址方向处理。微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用控制标志控制标志uIF(Interupt Flag)IF(Interupt Flag)：中断允许：中断允许/禁止标志位禁止标志位IF=1,IF=1,允许外部可屏蔽中断。允许外部可屏蔽中
36、断。CPUCPU可以响应可屏蔽中断可以响应可屏蔽中断请求。请求。IF=0,IF=0,关闭中断。关闭中断。CPUCPU禁止响应可屏蔽中断请求。禁止响应可屏蔽中断请求。IFIF的状态对不可屏蔽中断和内部软中断没有影响。的状态对不可屏蔽中断和内部软中断没有影响。uTF(Trap Flag)TF(Trap Flag)：跟踪：跟踪(陷阱陷阱)标志位标志位TF=1TF=1，每执行一条指令后，自动产生一次内部中断，每执行一条指令后，自动产生一次内部中断，使使CPUCPU处于单步执行指令工作方式，便于进行程序调处于单步执行指令工作方式，便于进行程序调试，用户能检查程序。试，用户能检查程序。TF=0,CPUTF
37、=0,CPU正常工作，不产生陷阱。正常工作，不产生陷阱。微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用控制标志与状态标志的区别控制标志与状态标志的区别u控制标志的值：由系统程序或用户程序根据需要控制标志的值：由系统程序或用户程序根据需要用指令设置。用指令设置。u状态信息：由中央处理器执行运算指令，并根据状态信息：由中央处理器执行运算指令，并根据运算结果而自动设置。运算结果而自动设置。X86 CPUX86 CPU也提供了直接设也提供了直接设置状态标志之值的指令置状态标志之值的指令标志名标志名标志为标志为1 1标志为标志为0 0OFOF溢出溢出(是是/否）否）OVOVNVNVDFDF方向
38、（减量方向（减量/加量加量)DNDNUPUPIFIF中断中断(允许允许/关闭关闭)EIEIDIDISFSF符号符号(负负/正正)NGNGPLPLZFZF零零(是是/否）否）ZRZRNZNZAFAF辅助进位辅助进位(是是/否）否）ACACNANAPFPF奇偶标志奇偶标志(偶偶/奇奇)PEPEPOPOCFCF进位标志进位标志(是是/否）否）CYCYNCNC调调调调试试试试状状状状态态态态时时时时，标标标标志志志志位位位位之之之之值值值值的的的的符符符符号号号号表表表表示示示示微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用AXAXBXBXCXCXDXDX8086的通用寄存器的通用寄存器目的
39、变址指针目的变址指针目的变址指针目的变址指针(Destination(Destination Index)Index)DIDI源变址指针源变址指针源变址指针源变址指针(Source Index)(Source Index)SISI基址指针基址指针基址指针基址指针(Base Pointer)(Base Pointer)BPBP堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针(Stack Pointer)(Stack Pointer)SPSP数据寄存器数据寄存器数据寄存器数据寄存器(Data)(Data)DLDLDHDHDXDX计数寄存器计数寄存器计数寄存器计数寄存器(Count)(Count)CLCLCHCHC
40、XCX基址寄存器基址寄存器基址寄存器基址寄存器(Base)(Base)BLBLBHBHBXBX累加器累加器累加器累加器(Accumulator)(Accumulator)ALALAHAHAXAX数据寄存器数据寄存器 可可分为两个分为两个8 8位，位，主要用于数据主要用于数据操作操作地址指针地址指针主要用于主要用于地址操作地址操作1616位位位位8 88 8微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用通用寄存器通用寄存器u一般，通用寄存器可以用于任何指令的任意操作，一般，通用寄存器可以用于任何指令的任意操作，一般，通用寄存器可以用于任何指令的任意操作，一般，通用寄存器可以用于任何指令
41、的任意操作，可以相互替换可以相互替换可以相互替换可以相互替换u1616位的数据寄存器可分解为位的数据寄存器可分解为位的数据寄存器可分解为位的数据寄存器可分解为2 2个个个个8 8的使用，是同一的使用，是同一的使用，是同一的使用，是同一个物理介质。如果存储了一个个物理介质。如果存储了一个个物理介质。如果存储了一个个物理介质。如果存储了一个1616位的数据，不能位的数据，不能位的数据，不能位的数据，不能同时存储另外的同时存储另外的同时存储另外的同时存储另外的1 1个或个或个或个或2 2个个个个8 8位数位数位数位数u地址寄存器不能分解为地址寄存器不能分解为地址寄存器不能分解为地址寄存器不能分解为8
42、 8位使用位使用位使用位使用u有些操作规定只能使用某个寄存器，即寄存器的有些操作规定只能使用某个寄存器，即寄存器的有些操作规定只能使用某个寄存器，即寄存器的有些操作规定只能使用某个寄存器，即寄存器的特殊用法特殊用法特殊用法特殊用法微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用通用寄存器的特殊用法通用寄存器的特殊用法(默认用法默认用法)寄存器寄存器寄存器寄存器特特特特 殊殊殊殊 用用用用 法法法法AXAX，A AL L乘法乘法/除法指令，作累加器；除法指令，作累加器；I/OI/O操作时，作数据寄存器操作时，作数据寄存器AHAH在在LAHFLAHF指令中用作目的寄存器指令中用作目的寄存器
43、(AH)(AH)标志标志)ALAL在在BCDBCD码及码及ASCIIASCII码运算指令中作为累加器；码运算指令中作为累加器；在在XLATXLAT指令中作为累加器（指令中作为累加器（ALAL）(AL)(AL)（BXBX）)BXBX在间接寻址中作为基址寄存器和变址寄存器在间接寻址中作为基址寄存器和变址寄存器CXCX在循环程序中，作循环次数计数器在循环程序中，作循环次数计数器CLCL在移位和循环移位指令中，作为移位位数和循环移位次数的计数寄在移位和循环移位指令中，作为移位位数和循环移位次数的计数寄存器（指令执行后，（存器（指令执行后，（CLCL）不变）不变）DXDXI/OI/O指令间接寻址时，作为
44、地址寄存器；在乘法指令中作为辅助累加指令间接寻址时，作为地址寄存器；在乘法指令中作为辅助累加器（当乘积或被除数为器（当乘积或被除数为3232位时，存放高位时，存放高1616位数）位数）BPBP在间接寻址中，作为基址寄存器在间接寻址中，作为基址寄存器SPSP在堆栈操作中，作为堆栈指针在堆栈操作中，作为堆栈指针SISI间接寻址时，作为地址寄存器或变址寄存器；在串操作指令中作为间接寻址时，作为地址寄存器或变址寄存器；在串操作指令中作为源变址寄存器源变址寄存器DIDI在间接寻址时，作为地址寄存器或变址寄存器；在串操作指令中作在间接寻址时，作为地址寄存器或变址寄存器；在串操作指令中作为目的变址寄存器为目
45、的变址寄存器微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用8086CPU功功能能结结构构图图8位队位队列总线列总线总总线线控控制制逻逻辑辑内部总线内部总线16位位地址加法器地址加法器20位地位地址总线址总线16位位数数据据总总线线总总线线接接口口部部件件BIU1 2 3 4 5 6指令队列指令队列CSDSSSESEU控控制制器器ALU暂暂存存器器标志寄存器标志寄存器执执行行部部件件EU通用寄存器通用寄存器AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPDISI8088808880868086IP暂存器暂存器8 80 08 86 6总总总总线线线线微机原理及应用微机原理及应用微
46、机原理及应用微机原理及应用二、二、8086总线接口部件总线接口部件BIU(BusInterfaceUnit)BusInterfaceUnit)uBIU负责与负责与M、I/O端口传送数据、地址。端口传送数据、地址。访问存储器时，需要生成访问存储器时，需要生成2020位的物理地址；位的物理地址；要不断从内存中取指令并送到指令队列；要不断从内存中取指令并送到指令队列；CPUCPU执行指令时，要配合执行部件从指定的内执行指令时，要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，并将数据传送存单元或者外设端口中取数据，并将数据传送给执行部件；或把执行部件的操作结果传送给给执行部件；或把执行部件的操作结
47、果传送给指定的指定的MM或或I/OI/O口口微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用指令队列缓冲器指令队列缓冲器u80888088为为4 4字节，字节，80868086为为6 6字节。为字节。为FIFO(FIFO(先进先出先进先出)结构结构u指令队列至少保持有一条指令，且只要有一条指指令队列至少保持有一条指令，且只要有一条指令，令，EUEU就开始执行；就开始执行；u指令队列只要有空，指令队列只要有空，BIUBIU自动执行取指操作，直自动执行取指操作，直到填满为止；到填满为止；u若若EUEU要进行要进行M/IOM/IO存取数据，存取数据，BIUBIU在执行完现行取在执行完现行取指
48、操作周期后进行。指操作周期后进行。u当执行转移指令时，当执行转移指令时，EUEU要求要求BIUBIU从新的地址中重从新的地址中重新取指。队列中原有指令被清除。新取得的第一新取指。队列中原有指令被清除。新取得的第一条指令直接送条指令直接送EUEU执行，随后取得的指令填入队列执行，随后取得的指令填入队列微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用BIU的段寄存器的段寄存器u4 4个个个个1616位段寄存器位段寄存器位段寄存器位段寄存器CSCS、DSDS、SSSS、ESES用来识别当前用来识别当前用来识别当前用来识别当前可寻址的四个段，每个段的功能各不相同可寻址的四个段，每个段的功能各不
49、相同可寻址的四个段，每个段的功能各不相同可寻址的四个段，每个段的功能各不相同CSCS：CodeSegmentRegisterCodeSegmentRegister代码段寄存器，代码段寄存器，代码段寄存器，代码段寄存器，指指示当前执行程序所在存储器的区域示当前执行程序所在存储器的区域DSDS：DataSegmentRegisterDataSegmentRegister数据段寄存器，数据段寄存器，数据段寄存器，数据段寄存器，指指示当前程序所用之数据的存储器区域示当前程序所用之数据的存储器区域。SSSS：StackSegmentRegisterStackSegmentRegister堆栈段寄存器，堆
50、栈段寄存器，堆栈段寄存器，堆栈段寄存器，指指示当前程序所用之堆栈位于的存储器区域示当前程序所用之堆栈位于的存储器区域ESES：ExtraSegmentRegisterExtraSegmentRegister附加段寄存器，附加段寄存器，附加段寄存器，附加段寄存器，指指示当前程序所用之数据位于的另外存储器区域，示当前程序所用之数据位于的另外存储器区域，在字符串操作中常用到在字符串操作中常用到微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用指令指针指令指针uIPIPInstructionPointerInstructionPointer指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器