微处理器与指令系统

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1、第二章微处理器和指令系统2011.9.182-2.1.18086/8088微处理器8086是1978年推出的全16位微处理器,8088是1978年推出的准16位微处理器。二者除外数据总线位数（8086为16位，8088为8位）及与此相关的部分逻辑稍有差别外,内部结构和基本性能相同,指令系统完全兼容。在8086/8088的设计中，引入了两个重要的结构概念：指令流水线存储器分段这两个概念在以后升级的Intel系列微处理器中一直被沿用和发展。正是这两个概念的引入，使8086/8088比原来的8位MPU在运行速度、处理能力

2、和对存储空间的访问等性能方面有很大提高。2-2.18086/8088微处理器内部结构指令流水线存储器分段8086是全16位微处理器，8088是准16位微处理器。二者除了外数据总线位数及与此相关的部分逻辑稍有差别外，内部结构和基本性能相同，指令系统完全兼容。2-1.内部结构2.1.18086/8088微处理器20位ABEU控制电路总线控制电路通用寄存器累加器基址寄存器计数寄存器数据寄存器堆栈指针基址指针目的变址源变址指针寄存器变址寄存器地址加法器运算暂存器ALU标志寄存器指令指针内部暂存器指令队列总线接口单元(BIU)执

3、行单元(EU)外部总线8086/8088DB8088:8位8086:16位∑CSDSSSESIP1234568位80888086AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPDISIALUDB16位2-8086CPU内部指令执行流程段寄存器CS程序指针寄存器IP内容经过地址加法器形成20位地址；由CPU内部地址总线AB，经过总线地址控制电路，向外部总线发读取指令的的控制信号，外部总线开始总线操作；读取指令送入到指令队列中，等待执行；EU单元从队列中取一条指令到EU控制电路，译码指令需要做的系列操作，包括寄存器

4、的内容送累加器；操作结果经过内部数据总线，存放到寄存器或内部暂存器，同时置FR；根据DS寄存器的内容，及指令寻址方式产生的偏移量，经过地址加法器，形成数据保存地址，并送到外部总线。CPU发写总线操作命令，将暂存器的内容，通过总线，写到指定内存单元。2-2.指令流水线指令队列的存在使EU和BIU并行工作,取指令和分析、执行指令操作可重叠进行，形成了两级指令流水线结构，减少了CPU等待时间，提高了CPU的利用率，加快了整机运行速度，降低了对存储器存取速度的要求。BIUEU8086/8088的指令“流水”操作取指令1取指令2

5、译码1取数据1执行1取指令3译码2存结果1执行2取指令4译码3取指令5等待2-3.存储器分段8086物理地址（1M=220）2-将1MB的物理存储空间分成若干个逻辑段,每段大小为64KB。64KB30000H(段基址)段的起始单元地址叫段基址，存放在段寄存器中。通过4个段寄存器，CPU每次可同时对4个段进行寻址。内存00000H00001H00002H00003HFFFFFH2-2-分段方式不唯一，各段之间可以连续、分离、部分重叠或完全重叠，这主要取决于对各个段寄存器的预置内容。1000H2000H3100H3100H

6、代码段（64KB）堆栈段（64KB）数据段与附加数据段重叠（64KB）CS10000H20000H31000HSSDSES1FFFFH2FFFFH……40FFFH……………存储器分段结构示例2-2-物理地址是1MB存储空间中的某一单元地址，用20位地址码表示,CPU访问存储器时，地址总线上送出的就是物理地址。逻辑地址在编程时采用，由段基址和偏移地址组成，两者均为16位。内存20000H20A00H0A00H物理地址20A00H逻辑地址2000物理地址和逻辑地址2-逻辑地址与20位物理地址的变换关系：物理地址=段基址

7、×16+偏移地址偏移地址段基址段基址000020位物理地址逻辑地址150150左移四位190∑地址加法器逻辑地址与物理地址的变换2-【例】若数据段寄存器DS＝2100H，试确定该存储区段物理地址的范围。一个逻辑段的最大容量为64KB；第一个存储单元的偏移地址为0；最后一个存储单元的偏移地址为FFFFH。该数据区段由低至高相应存储单元的偏移地址为：0000H～FFFFH。存储区的首地址＝DS×16＋偏移地址＝2100H×16＋0000H＝21000H存储区的末地址＝DS×16＋偏移地址＝2100H×16＋FFFFH＝3

8、0FFFH2-2.2.3Pentium的四种工作方式实地址工作模式最基本的工作方式。8086/8088的实地址模式保持兼容。微处Pentium理器的实地址模式具有更强的功能，增加了寄存器，扩充了指令，可进行32位操作。实模式操作方式只允许微处理器寻址第一个1MB存储器空间;当微处Pentium理器工作于实地址模式时，存储器的管理方