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[理学]微机原理 第二章

(1)算术逻辑运算单元(ALU)
是一个16位的运算器,可用于8位、16位二 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。
(2)标志寄存器
是一个16位的寄存器,反映CPU运算的状态特 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 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位中含有偶数 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 算使结果的低4位向高位有进位(或借位)时,AF为 1,否则为0
8086微处理器是美国Intel公司1978年推 出的一种高性能的16位微处理器。 2.2.1 8086主要特征 16位数据总线
20位地址总线
24位操作数寻址
16位端口地址线可寻址216个I/O端口
7种基本寻址方式
99条基本指令。具有对字节、字和字块 进行操作的能力
可处理内部软件和外部硬件中断,中断 源多达256个
存取位于当前堆栈段中 的数据所在的偏移地址
存放当前数据段的偏移地址
(5)EU控制电路
控制电路负责从BIU的指令队列缓冲器中 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,以完成各条 指令规定的功能。 2.总线接口部件BIU
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。
第二章 微处理器
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 80286、80386、80486和Pentium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, 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。
ZF零标志:若当前的运算结果为零,ZF为1,否 则为0
SF符号标志:它和运算结果的最高位相同
OF溢出标志:当补码运算有溢出时,OF为1,否 则为0
TF跟踪标志:为方便程序调试而设置。若TF置1, 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:用来控制可屏蔽中断的响应
4个16位的数据寄存器除用作通用寄存器外, 还有各自的用途。
AX在算术运算中用作累加器;BX在计算存储器 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。
(4)专用寄存器
都是16位 寄存器, 一般用来 存放地址 的偏移量
基数指针寄存器BP 堆栈指针寄存器SP 源变址寄存器SI 目的变址寄存器DI
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、 运算器、寄存器,以及连接它们的内部总线 等部件。
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 单元。
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。负责对程序规定 的控制信息进行分析、控制,协调输入、输出 操作或内存访问。
8086微处理器具有4个段寄存器,每个都是16 位,用于存放逻辑地址中的段地址部分。
代码段寄存器CS:存放当前执行程序所在代 码段的段基址
总线接口部件由20位地址加法器、段寄存 器、16位指令指针、指令队列缓冲器和总 线控制电路等组成。
(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 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位。因此8086把20位地址 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。段内 再由16位二进制数来寻址,段内寻址的16位二进制数 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。
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,即 段地址:偏 移地址。像这样表示的地址称为逻辑地址。系统总来自总线线接

第二级

Cache
Cache

总线
第一级 取指 指令 Cache
取指/译码部件
装载 调度/执行部件
第一级 数据
Cache 存储 回退部件
指令缓冲池
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,而 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:
支持单处理器、多处理器系统工作 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, 即总线接口部件BIU和执行部件EU
1.执行部件
执行部件是进行数据处理、加工和有效地址 计算的部件,即完成指令译码和执行指令操 作。它主要由算术逻辑运算单元、标志寄存 器、通用数据寄存器、专用寄存器组和EU控 制电路等组成。
取指令 指令译码 周而复始地进行 取操作数 执行运算 回送结果
2.1.3 微处理器的特点与分类 1.微处理器的特点 体积小,功耗低 可靠性高,使用环境要求低 系统设计灵活,使用方便 2.微处理器的分类 按微处理器位数分类:4位, 8位, 16位, 32位,64位
2.2 8086微处理器
寄存器:是微处理器内部的暂时存储单元
2. 微处理器的功能部件
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。
微处理器内部主要功能部件也由8086的两个功 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 指/译码部件、指令缓冲池部件、调度/执行部 件、寄存器组部件等。
DF方向标志:用来控制数据串操作指令的步进方 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。
(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。
数据寄存器既可作为16位,也可作为8位数据 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 高位字节,AL,BL,CL,DL存放低位字节。 这样,4个16位寄存器就可当作8个8位寄存器 来使用。
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