第二章：微处理器 Pentium4米处理器 wite B02B6 BRRRBERBE8R8868 pentium'4 intel. 00微处理器 80286微处理器 intel. pentium eL时 8008量处理期 Pentium微处理器 【第二章】微处理器 1
第二章：微处理器 【第二章】微处理器 1
概述 微处理器是微型计算机的运算及控制部件，也称中央处 理单元，由算术逻辑部件、控制部件、寄存器组和片内总线等 几部分组成。 16位的8086于1978年开发出来，它在性能上有了更 大的提高，具有16位数据的处理能力，并且8086已 被广泛应用于个人电脑上，晶体管的集成度已达到 了29000个，运行速度达到了10MHz,采用了新的硅 栅H-M0S技术，使用4微米的工艺制造技术，并在场 8086微处理器 效应管加载偏置以提高晶体管的工作速度，开关速 40双列直插组件 度近似于STTL(Schottky TTL电路)，达到了2ns。 应当说，8086是现代个人电脑微处理器的最初架构。 【第二章】微处理器
概述 ———微处理器是微型计算机的运算及控制部件，也称中央处 理单元，由算术逻辑部件、控制部件、寄存器组和片内总线等 几部分组成。 16位的8086于1978年开发出来，它在性能上有了更 大的提高，具有16位数据的处理能力 位数据的处理能力，并且8086已 被广泛应用于个人电脑上，晶体管的集成度已达到 了29000个，运行速度达到了 运行速度达到了10MHz，采用了新的硅 栅H-MOS技术，使用4微米的工艺制造技术，并在场 效应管加载偏置以提高晶体管的工作速度，开关速 度近似于STTL(Schottky TTL电路)，达到了2ns。 应当说 8086是现代个人电脑微处理器的最初架构 40双列直插组件 【第二章】微处理器 2 应当说，8086是现代个人电脑微处理器的最初架构
性能指标和编程结构 性能指标 字长：CPU能同时处理的数据位数，如8,16,32,64位等。 主频：CPU的时钟频率，如10MHz,133MHz,800MHz,2.4GHz等。 编程结构 是指从程序员和使用者的角度看到的结构，它与CPU内部物 理结构和实际布局是有区别的。从功能上讲8086分为总线接口部性 (BU)和执行部件(EU两部分。 【第二章】微处理器 3
性能指标和编程结构 性能指标 字长：CPU能同时处理的数据位数，如 8，16，32，64位等。 主频：CPU的时钟频率，如10MHz，133MHz，800MHz，2.4GHz等 。 编程结构 ——是指从程序员和使用者的角度看到的结构，它与CPU内部物 理结构和实际布局是有区别的 。从功能上讲8086分为 总线接 部件 口 (BIU) 和 执行部件(EU) 两部分。 【第二章】微处理器 3
微处理器结构 20位∠ 通用 AH AL BH BL 地址加法器 寄存器 CH CL DH DL cS 6位 SP DS 专用 BP SS 输入/输出 外部 寄存器 DI ES 控制电路 SI IP 总线 亚 内部暂存器 正 716位 运算寄存器 交 ALU 执行部分 控制电路 123456 指令队列缓冲器 标志 执行部件(EU) 总线接口部件(BIU) 【第二章】微处理器
微处理器结构 AH AL 20 位 BH BL CH CL DH DL SP CS DS 地址加法器 16 位 通用 寄存器 SP BP DI SI DS SS ES IP 内部 输入/输出 控制电路 外部总线 专用 寄存器 内部暂 存 器 16 位 运算寄存器 ALU 执行部分 控制电路 1 2 3 4 5 6 标志 控制电路 指令队列缓冲器 【第二章】微处理器 4 执行部件 （EU ） 总线接口部件 （BIU ）
执行部件 负责指令的执行，将指令译码 累加器 并利用内部的寄存器和ALU对数据进 AH AL 通用 BH BL 行所需处理。 寄存器 CH CL DH DL 专用 SP BP 寄存器 DI SI 正 716位 SP 堆栈指针寄存器 运算寄存器 BP 基数指针寄存器 匹 SI 源变址寄存器 ALU 执行部分 DI 目的变址寄存器 控制电路 标志 【第二章】微处理器 5
执行部件 ——负责指令的执行，将指令译码 累加器 并利用内部的寄存器和ALU对数据进 通用 行所需处理。 寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL 累加器 寄存器 SP BP DI 专用 寄存器 SI 16位 SP 堆栈指针寄存器 运算寄存器 执行部分 16位 SP 堆栈指针寄存器 BP 基数指针寄存器 SI 源变址寄存器 ALU DI 目的变址寄存器 标志 执行部分 控制电路 DI 目的变址寄存器 【第二章】微处理器 5 标志
标志寄存器FR 151413121110 9 8 7 654 32 1 0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 状态标志 在执行后决定算术逻辑部件ALU的状态，会影响后面的操作。 控制标志 人为指令设置的，对特定的功能起控制作用。 CF 进位标志 加法运算：进位/减法运算：借位/循环指令。 奇偶标志 运算结果的低8位中所含1的个数为偶数。 状态标志 F 辅助进位标志 低四位是否有半进位，即低四位有否进位/借位。 零标志 当前运算结果为零。 SF 符号标志 与运算结果最高位相同，表示运算执行结果的符号。 OF 溢出标志 运算过程中产生溢出。 控制标志 TF 跟踪标志 CPU按跟踪方式执行指令。 IF 中断标志 0:CPU不响应可屏蔽中断/1：响应可屏蔽中断。 DF 方向标志 0:串操作地址增加/1：串操作地址减少。 【第二章】微处理器 6
标志寄存器FR OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 状态标志—— 在执行后决定算术逻辑部件ALU的状态，会影响后面的操作。 控制 志 人为指令 的 对特定的功能 控制作 CF 进位标志 加法运算：进位/减法运算：借位/循环指令。 控制标志—— 人为指令设置的，对特定的功能起控制作用。 PF 奇偶标志 运算结果的低8位中所含1的个数为偶数。 AF 辅助进位标志 低四位是否有半进位，即低四位有否进位/借位。 ZF 零标志 当前运算结果为零 状 态 标 ZF 零标志 当前运算结果为零。 SF 符号标志 与运算结果最高位相同，表示运算执行结果的符号。 OF 溢出标志 运算过程中产生溢出 标 志 TF 跟踪标志 CPU按跟踪方式执行指令。 IF 中断标志 0：CPU不响应可屏蔽中断/1：响应可屏蔽中断。 OF 溢出标志 运算过程中产生溢出。 控 制 标 【第二章】微处理器 6 中断标志 不响应可屏蔽中断/ 响应可屏蔽中断。 DF 方向标志 0：串操作地址增加/1：串操作地址减少。 标 志
存储器结构 8086系统中存储器按字节编址，可寻址空间为1M(220)字节，每个字节对应的地址 为20位二进制数，称为物理地址； 存储空间分成若干个逻辑段， 每个逻辑段≤64K字节，可分成16个逻辑段(0-15)。 00000 允许逻辑段在整个存储空间 64K字节 0段 浮动，即段与段之间可以部 OFFFF 10000 分重叠、完全重叠、连续排 64K字节 1段 逻辑段0 列、断续排列，整个存储空 1FFFF 间可设置若干个逻辑段。 罗温F几1 467AE 逻辑段2 对于任何一个物理地址，只 要有段基址和段内偏移地址 逻辑段3 就可以确定。 F0000 64K字节 15段 FFFFF : 【第二章】微处理器 7
存储器结构 ——8086系统中存储器按字节编址，可寻址空间为1M(220)字节，每个字节对应的地址 为20位 进制数 二 ，称为 物 地理 址 ； ——存储空间分成若干个逻辑段，每个逻辑段≤64K字节，可分成16个逻辑段(0-15)。 0 段 00000 0FFFF 10000 64K字节 … 逻辑段 允许逻辑段在整个存储空间 浮动，即段与段之间可以部 分重叠、完全重叠、连续排 1 段 … 10000 1FFFF 64K字节 逻辑段0 逻辑段1 列、断续排列，整个存储空 间可设置若干个逻辑段。 … … 逻辑段2 对于任何一个物理地址，只 要有段基址和段内偏移地址 467AE 15 段 F0000 64K字节 逻辑段3 就可以确定。 【第二章】微处理器 7 15 段 FFFFF …
物理地址和逻辑地址 00000 段基址 物理地址是实际地址， 16字节的存储空间称为 2000 具有20位的地址值， 物理地址 一节，逻辑段应从节的 22200 是唯一标识1M字节存 2200偏移地址 整数边界开始，即段首 储空间的某个字节的 1M 物理地址的低4位为 地址。 逻辑段 “0”,取高16位称段 逻辑地址由16位的段 基址，放在段寄存器DS、 基址和16位的偏移地 CS、SS或ES中。段内的 偏移地址放在IP或SP中。 址组成。 物理地址=段基址×16+偏移地址 例：代码段寄存器CS=2000H,指令指针寄存器存放的偏移地址P=1300H, 求该字节的物理地址。 21300H 2000H ×16+ 1300H 【第二章】微处理器
物理地址和逻辑地址 物理地址是实际地址， …16字节的存储空间称为 00000 物理地址 2000 0 段基址 具有20位的地址值， 是唯一标识1M字节存 储空间的某个字节的 一节，逻辑段应从节的 整数边界开始，即段首 物理地址的低4位为 高 位称 物理地址 22200 2000 0 2200偏移地址 1M 地址。 逻辑地址由16位的段 基址和16位的偏移地 逻辑段 … “0”，取高16位称段 基址，放在段寄存器DS、 CS、SS或ES中。段内的 偏移地址放在IP 或SP 中 1M 基址和16位的偏移地 址组成。 …偏移地址放在IP 或SP 中 。 物理地址 = 段基址 × 16 + 偏移地址 例：代码段寄存器CS 2000H = ，指令指针寄存器存放的偏移地址 指令指针寄存器存放的偏移地址IP 1300H = ， 求该字节的物理地址。 21300H = 2000H × 16 + 1300H 【第二章】微处理器 8
逻辑段物理地址计算方式 IP CS 代码段 SI、DI或BX 数据段 DS SP或BP 堆栈段 SS 【第二章】微处理器 9
逻辑段物理地址计算方式 【第二章】微处理器 9
8086的/O编址 ◆8086和外部设备之间是通过/O芯片联系的，每个/O芯片都有一个或几 个端口，一个端口往往又对应了芯片内部的一个或一组寄存器。系统为每 个端口分配一个地址，即端口号。 ◆8086允许有64K个8位的/0端口，两个编号相邻的8位端☐可组成一个 16位端口。指令系统中有访问8位和16位端☐的输入输出指令。 ◆CPU执行输入(N)和输出(OUT)指令时，硬件电路会产生有效的RD和 WF信号，同时使M/ō信号处于低电平，通过外部电路的逻辑组合产生对 /O端口的读写信号。 ◆系统设计时，也可将/O端口和存储器统一编址，这样可采用储存器读写 指令的多种寻址方式、灵活性好，功能强。但要从硬件上保证读写/O端口 时M/而为低电平。 【第二章】微处理器 10
8086的I/O编址 8086和外部设备之间是通 和外部设备之间是通过I/O芯片联系的，每个I/O芯片都有 个或几 一 个端口，一个端口往往又对应了芯片内部的一个或一组寄存器。系统为每 个端口分配一个地址，即端口号。 8086允许有64K个8位的I/O端口，两个编号相邻的8位端口可组成一个 16位端口。指令系统中有访问 指令系统中有访问8位和16位端口的输入输出指令 位端口的输入输出指令。 CPU执行输入(IN)和输出(OUT)指令时，硬件电路会产生有效的RD和 WR信号，同时使M/IO信号处于低电平，通过外部电路的逻辑组合产生对 通过外部电路的逻辑组合产生对 I/O端口的读写信号。 系统设计时，也可将I/O端口和存储器统 编址 端口和存储器统一编址，这样可采用储存器读写 这样可采用储存器读写 指令的多种寻址方式、灵活性好，功能强。但要从硬件上保证读写I/O端口 时M/IO为低电平 【第二章】微处理器 10