[工学]微处理器.ppt

微处理器概述 微型计算机中的处理器称为微处理器,是被集成在大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)上的. 微处理器内部包含运算器(ALU)、控制器和寄存器组等组成部分，各部分之间通过芯片内部总线连接起来。 关于8086/8088 8086 CPU是Intel系列的16位微处理器，有16根数据线和20根地址线，所以其寻址空间是220=1MB。 8088 CPU是准16位微处理器，其内部寄存器、内部运算部件以及内部操作都是按16位设计的，但对外的数据线只有8位。 在这里主要从指令执行全过程来讨论CPU的内部结构，这种结构与CPU的物理结构相区别，因此也称为编程结构。 3.1 8086／8088微处理器 8086 CPU从功能上可分为两部分：总线接口部件（BIU）执行部件（EU） 3.1.1 结构及执行过程 总线接口部件 功能： 从内存取指令送到指令队列； CPU执行指令时，总线接口部件要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口取数据，或将数据送到指定的内存单元或者外设的端口。 BIU组成部分 四个段地址寄存器，即CS，16位代码段寄存器；DS，16位数据段寄存器；ES，16位附加段寄存器；SS，16位堆栈段寄存器； 16位指令指针寄存器IP； 20位的地址加法器； 六字节的指令队列缓冲器； 8086/8088的BIU指令队列和20位地址加法器的作用： 8086的指令队列缓冲器为六个字节，8088的指令队列缓冲器为四个字节。无论8086还是8088，都会在执行指令的同时，从内存中取下一条指令或几条指令，取来的指令就放在指令队列缓冲器中。CPU执行完一条指令就可以立即执行下一条指令，称为流水线技术，减少了CPU为取指令而等待的时间，从而提高了CPU的效率。 地址加法器用来产生20位地址。8086可用20位地址寻址1MB的内存空间，但8086内部所有的寄存器都是16位的，所以需要一个附加的机构来根据16位寄存器提供的信息计算出20位的物理地址，这个机构就是20位的地址加法器。 执行部件 功能： 从指令队列中取出指令； 对指令进行译码，发出相应的传送数据或算术运算的控制信号； 接收由总线接口部件传送来的数据，或把数据传送到总线接口部件； 进行算术运算。 EU组成部分 通用寄存器AX，BX，CX，DX； 专用寄存器BP，SP，SI，DI； 算术逻辑运算单元ALU； 数据暂存寄存器； EU控制电路； 标志寄存器FLAGS； 通用寄存器 AX，BX，CX，DX； AH，AL； BH，BL； CH，CL； DH，DL。 AX也称为16位累加器，AL为8位累加器。 8086指令系统中有许多指令都是通过累加器来执行的。 专用寄存器 基址指针寄存器BP； 堆栈指针寄存器SP； 源变址寄存器SI； 目的变址寄存器DI。 寻址时通常会用到这些专用寄存器。 算术逻辑运算单元ALU 16位的运算器； 可用于8位或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。 数据暂存寄存器 协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据。 EU控制电路 从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码电路分析，发出相应的控制命令，控制ALU数据的流向。 如果是运算操作，操作数经过暂存寄存器送入ALU，运算结果经过ALU数据总线送到相应的寄存器，同时标志寄存器F根据运算结果改变状态。 标志寄存器FLAGS 标志寄存器共有16位，其中7位未用。 其中6个标志位反映CPU指令运行后的运行状态信息，分别为SF、ZF、PF、CF、AF和OF。这些标志位用于根据指令执行后的操作结果进行判断转移。 3个控制标志，分别为DF、IF和TF。控制标志可由编程员通过指令进行设置，有专门的指令对控制标志置0或置1。 [例3.1]将下面两个数进行加法运算，看标志位的变化情况。 0010 0011 0100 0101 +) 0011 0010 0001 1001 0101 0101 0101 1110 SF＝0， 因为最高位为0； ZF＝0， 因为运算结果不为0； PF＝0， 因为低8位运算结奇数个1； CF＝0， 因为最高位无有进位； AF＝0， 因为D3位没有向D4位产生进位； OF＝0， 由于D14位没向D15位产生进位，D15位也没有进位。 溢出判断 当字节运算的结果超出了范围－128～＋127，或者当字运算的结果超出范围－32768～＋32767时称为溢出。 进行加法运算时，每当判断出次高位向最高位产生进位，而最高位没有进位时，便知产生了溢出，于是OF＝1；或者反过来，每当判断出次高位向最高位无进位，而最高位却往前有进位时，便知也产生了溢出，于是OF＝1。 减法运算时，每当判断出次高