第二章系统结构-课件.ppt

第二章 8086系统结构 通过学习，使学生掌握8086微处理器的基本应用；掌握8086微处理器的组成及其寄存器结构；掌握8086微处理器的存储器和系统配置. 第2章 8086微处理器 微处理器是微机的硬件核心 主要包含运算器和控制器，以及寄存器和内部总线 重点掌握微处理器内部各寄存器的作用和外部引脚的作用，熟悉微处理器的结构和工作过程 2.1 8086的功能结构 8086微处理器的内部结构包含两个功能模块： 模块之一：总线接口单元BIU，主要负责CPU对存储器和外设的访问，即读取指令和操作数 模块之二：执行单元EU ，主要负责指令译码、执行和数据运算 8086内部结构 总线接口单元BIU 工作过程： 1)通过CS:IP形成20位物理地址,即：CS中的段基址左移4位，再与IP中的16位偏移地址相加； 2)将地址送往地址总线； 3)总线控制逻辑发出读信号，启动存储器，按给定地址从存储器中取出指令，送到指令队列中等待执行 执行单元EU 工作过程： 1)从BIU的指令队列中取出指令代码，经过指令译码器译码后执行该指令所规定的操作功能。 2)若执行指令需要访问存储器或I/O端口去取操作数，则EU将操作数的偏移地址通过数据总线送给BIU，与段地址一起在BIU中形成20位物理地址，申请访问存储器或I/O端口，取得操作数送给EU，EU根据指令要求向EU内部各部件发送控制命令，完成执行指令的功能 EU和BIU的操作原则 BIU中的指令队列有2个或2个以上字节为空时，BIU自动启动总线周期，取指填充指令队列。直至队列满，进入空闲状态。 EU每执行完一条指令，从指令队列队首取指。系统初始化后，指令队列为空，EU等待BIU从内存取指，填充指令队列。 EU取得指令，译码并执行指令。若指令需要取操作数或存操作结果，需访问存储器或I/O，EU向BIU发出访问总线请求。 当BIU接到EU的总线请求，若正忙（正在执行取指总线周期），则必须等待BIU执行完当前的总线周期，方能响应EU请求；若BIU空闲，则立即执行EU申请总线的请求。 EU执行转移、调用和返回指令时，若下一条指令不在指令队列中，则队列被自动清除，BIU根据本条指令执行情况重新取指和填充指令队列。 BIU与EU的动作管理 CPU执行指令的过程，可分为如下六个步骤： 1.取指（fetch）； 2.译码（decoding); 3.计算有效地址（EA：Effective Address）； 4.取操作数； 5.执行 6.存储运算结果 概括的说，可分为“取指令”和“执行指令”两个步骤。 早期的计算机将这两步采用先后轮流动作（串行），CPU效率较低。 在流水线方式下，BIU与EU同时动作（并行）完成指令周期，CPU效率高。 可见，3条指令共需8个时间单位，即可全部执行完；如果完全串行执行，则需3X6＝18个时间单位。显然，采用“流水线”技术可以显著提高计算机的处理速度。 2.2 8086的寄存器组 对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器 1. 8086的8个通用寄存器 8086的16位通用寄存器是： AX BX CX DX （数据寄存器） SI DI BP SP （地址寄存器） 每个数据寄存器可以分成高8位和低8位两个独立的寄存器： AH BH CH DH （高8位） AL BL CL DL （低8位） 数据寄存器 数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以存放地址 每个寄存器常见用法： AX－－累加器，使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等； BX－－基址寄存器，常用做存放存储器地址； CX－－计数器，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器； DX－－数据寄存器，常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址。 变址寄存器 变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址，也可以存放数据 SI是源变址寄存器 DI是目的变址寄存器 串操作类指令中，SI和DI具有特别的功能：SI表示源串中当前字符的地址，DI表示目标串中当前字符的地址。 指针寄存器SP、BP SP为堆栈指针寄存器，专用于指示栈顶的偏移地址，寻址内存堆栈内的数据 BP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中某个存储单元的偏移地址 SP/BP寄存器与SS段寄存器联合使用可以确定堆栈段中的存储单元地址 堆栈（Stack） 堆栈是先进后出FILO的主存区域，最大64KB 段寄存器SS指示堆栈段的段地址 栈指针寄存器SP指示栈顶位置，操作总是在栈顶进行 栈底是堆栈段的最高地址 注意： 寄存器的特殊用途和隐含性质