第二章-80X86计算机组织-课件.ppt
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- 第二 80 X86 计算机 组织 课件
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1、第第2章章 80 x86计算机组织计算机组织2.1 2.1 80X8680X86微处理器微处理器2.22.2基于微处理器的计算机系统构成基于微处理器的计算机系统构成2.32.3中央处理机中央处理机2.42.4存储器存储器2.52.5外部设备外部设备2.1 80X86 计算机的基本结构微型计算机硬件系统结构主要是由三部分组成,它们是:中央处理器CPU、存储器、输入输出设备,如图1所示。图1 计算机的基本结构 2.1.12.1.1中央处理器中央处理器中央处理器又称为微处理器,内部由运算器、控制器和寄存器三部分组成。运算器也称为算术逻辑部件,是用来执行指令所要求的算术运算、逻辑运算和数据传送等操作。
2、控制器是控制执行步骤;从内存中取出指令,分析指令的操作码,完成操作数的存取,发出相应的控制命令等。2.1.2 2.1.2 总线结构总线结构总线负责传送地址、数据和控制信息,因此包括:数据总线DB(Data Bus)地址总线AB(Address Bus)控制总线CB(Control Bus)三类总线的主要任务是负责CPU与内存、外存、外部设备交换信息。1.数据总线DB 数据总线是用来传送数据的。CPU与内存、I/O设备之间通过数据总线传送数据,80 x86系列的数据总线有8位、16位、32位和64位。2.地址总线AB 地址总线是用来传送地址的。内存中的每个字节都对应着一个唯一的地址。地址总线的位
3、数与寻址空间有着直接的关系。例如:8086/8088地址总线20根,则可访问的地址为:220=1,048,576=1M 则8086/8088最大可用的存储空间为1M字节。3.控制总线CB 控制总线是传送控制信息的。存储器是计算机的记忆部件,包括内存(主存)和外部存储器(辅助存储器),存储器中存放的是指令和数据。存储器由若干存储单元构成,存储单元的最小单位是字节。将所有的存储单元按顺序编号,即每一个字节有一个唯一的编号,这些编号称为存储单元的地址(也称为物理地址)。IBMPC机及其兼容机的存储器系统结构基本是相同的,存储器系统主要分为3个主要部分:程序暂驻区(TPA)、系统内存区、扩展存储区(X
4、MS)2.1.3 2.1.3 存储器存储器在微机系统中最常用的外部设备有:键盘显示器打印机外部存储器等CPU与外部设备交换信息是通过I/O接口电路来完成的。2.1.4 2.1.4 外部设备外部设备外部设备外部设备与主机(CPU 和存储器)的通信是通过外设接口(Interface)进行的,每个接口包括一组寄存器。数据寄存器:存放外设和主机间传送的数据状态寄存器:保存外设或接口的状态信息命令寄存器:保存CPU发给外设或接口的控制命令,外设中每个寄存器有一个端口(Port)地址,构成一个独立于内存的 I/O 地址空间:0000H FFFFH寄存器分为3类:通用寄存器、控制寄存器、段寄存器。如图80X
5、86寄存器组2.2 80X86 CPU 2.2 80X86 CPU 的寄存器的寄存器 8086/8088微处理器8086/8088的主要特性:Intel 8086/8088采用高速运算性能的HMOS工艺制造,内含29000个晶体管,封装在标准的40引脚双列直插式塑封管壳内。采用两个+5V电源供电。数据总线:8086:16位,8088:8位。地址总线:20位,其中8086的低16位与数据总线复用;8088的低8位与数据总线复用。内存空间:20位地址线可直接寻址1MB存储空间。寻址方式:7种基本的寻址方式,提供了灵活的操作数存取方法。指令系统:100条基本指令除能完成数据传送、算数运算、逻辑运算、
6、控制转移和处理器控制功能外,内部还设有硬件乘除法与串处理指令电路,可以对位、字节、字节串、字串、压缩和非压缩型BCD码等多种数据类型进行处理。时钟频率:8088:4.7MHz;8086:5MHz;8086-2:8MHz。中断功能:可处理内部软件和外部硬件中断,中断源多达256个。工作模式:支持单处理器处理器、多处理器两种模式。8086/8088的编程结构所谓编程结构:从程序员和使用者的角度来看的结构。这种结构与CPU内部的物理结构和实际布局有区别,8088编程结构如下页图所示,从编程结构图中可以看到,8088分为两个部分:1、总线接口部件 BIU(Bus Interface Unit)2、执行
7、部件EU(Execution Unit)8086CPU的功能结构内部结构组成(1)执行单元(EU)(a)组成u16位算术逻辑单元位算术逻辑单元ALU;u16位状态标志寄存器位状态标志寄存器FLAG;u8个个16位通用寄存器组位通用寄存器组(AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI)u16位数据暂存器;位数据暂存器;uEU控制电路;控制电路;(b)功能从从BIU指令队列中读取指令;指令队列中读取指令;由由EU控制电路对指令进行译码分析,指出操控制电路对指令进行译码分析,指出操作性质及对象;作性质及对象;在在EU中计算出操作数的中计算出操作数的16位地址偏移量送位地址偏移量送给给BIU,由,
8、由BIU的的形成形成20位绝对地址;位绝对地址;将取来的操作数经系统数据总线送将取来的操作数经系统数据总线送ALU进行进行指定操作;指定操作;运算结果经内部总线送到指定位置运算结果经内部总线送到指定位置(a)部件4 4个个1616位段寄存器位段寄存器CS,DS,SS,ES;CS,DS,SS,ES;1616位指令偏移地址寄存器位指令偏移地址寄存器IP;IP;6 6个字节指令队列个字节指令队列ISQ;ISQ;形成形成2020位物理地址的加法器位物理地址的加法器;与与EUEU通讯的内部寄存器;通讯的内部寄存器;总线控制逻辑;总线控制逻辑;(2)总线接口单元)总线接口单元(b)功能:实现实现CPUCP
9、U与存储器或与存储器或I/OI/O口之间的数据传送。口之间的数据传送。根据根据CSCS和和IPIP取指令进入指令队列。取指令进入指令队列。由由EUEU从指令队列中取指令,并根据从指令队列中取指令,并根据EUEU请求请求BIUBIU将将2020位操作地址传送给存储器;位操作地址传送给存储器;取来操作数经总线控制逻辑传送到内部取来操作数经总线控制逻辑传送到内部EUEU数数据总线,由据总线,由EUEU完成内部操作;完成内部操作;操作结果若操作结果若EUEU提出请求,则由提出请求,则由BIUBIU负责产生负责产生2020位实际目标地址,将结果写入存储器里;位实际目标地址,将结果写入存储器里;(2 2)
10、总线接口单元)总线接口单元寄存器结构及操作寄存器结构及操作在在8086/8088CPU8086/8088CPU中,把寄存器分成四大类:中,把寄存器分成四大类:数据寄存器;数据寄存器;地址指针和变址寄存器;地址指针和变址寄存器;段基址寄存器;段基址寄存器;控制寄存器;控制寄存器;(一)数据寄存器(一)数据寄存器用来存放操作数及中间结果的通用寄存器称为数据寄用来存放操作数及中间结果的通用寄存器称为数据寄存器。存器。16位寄存器:位寄存器:AX,BX,CX,DX(可以分成两个(可以分成两个8位的位的使用)使用)8位寄存器:位寄存器:AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL有些存储器有特殊功能:
11、如有些存储器有特殊功能:如AX和和AL为累加器,乘法为累加器,乘法指令中专用;指令中专用;BX可以作为基址指针,可以作为基址指针,CX为计数寄存为计数寄存器。器。AX-1)作为累加器用,在加法运算中参与运算,结果存于累加其中;2)所有的I/O指令都使用这一寄存器与外部设备传送信息BX-作为通用寄存器使用,在计算存储器地址的时候,它经常用作基址寄存器CX-1)作为通用寄存器使用;2)常用来保存计数值,如在移位指令、循环指令和串处理指令中用作隐含的计数器DX-1)作为通用寄存器使用;2)在一些指令中,通常用它来存放数据,所以又称为数据寄存器;3)在做双字长运算时,将DX和AX组合在一起存放双字长数
12、,用DX存放高位字;4)对某些I/O操作时,DX用来存放端口的地址(二)地址指针和变址寄存器(二)地址指针和变址寄存器指针寄存器包括堆栈指针寄存器指针寄存器包括堆栈指针寄存器SPSP(stack stack pointerpointer)和基数指针寄存器)和基数指针寄存器BP(base pointer)BP(base pointer),变址寄存器包括源变址寄存器变址寄存器包括源变址寄存器SI(source index)SI(source index)和目的变址寄存器和目的变址寄存器DI(destination index)DI(destination index)。这。这4 4个寄存器都是个寄
13、存器都是1616位寄存器。位寄存器。这些寄存器在运算过程中也可用来存放操作数这些寄存器在运算过程中也可用来存放操作数(只只能以字为单位能以字为单位),但经常的用途是在段内寻址时,但经常的用途是在段内寻址时提供偏移地址。提供偏移地址。SP和BP一般与段寄存器SS联用,以确定堆栈段中某一存储单元的地址,SP用以指示栈顶的偏移地址,而BP可作为堆栈区中的一个基地址,用以确定在堆栈中的操作数地址。SI和DI一般与段寄存器DS联用,以确定数据段中某一存储单元的地址。SI和DI具有自动增量和自动减量的功能,这一点使在串操作指令中用作变址非常方便,SI作为隐含的源变址和DS联用,DI作为隐含的目的变址和ES
14、联用,从而达到在数据段和附加段中寻址的目的。(三)段基址寄存器(三)段基址寄存器段基址寄存器用于存放段基址寄存器用于存放4 4个当前段的起始地址。个当前段的起始地址。4 4个段为:个段为:代码段代码段CSCS,数据段,数据段DSDS,堆栈段,堆栈段SSSS和附加段和附加段ESES。1 1、存储器的段、存储器的段8086/8088CPU8086/8088CPU对可寻址的对可寻址的1MB1MB空间划分为很多个逻辑空间划分为很多个逻辑段,每个逻辑小于段,每个逻辑小于64KB64KB,段内地址是连续的。,段内地址是连续的。CPUCPU规定规定4 4个段寄存器存放当前可寻址的段基址。个段寄存器存放当前可
15、寻址的段基址。CSCS指示当前的代码段;指示当前的代码段;DSDS指示当前的数据段;指示当前的数据段;SSSS指示当前的堆栈段;指示当前的堆栈段;ESES指示当前的附加段;指示当前的附加段;(三)段基址寄存器(三)段基址寄存器为了方便编写程序,为了方便编写程序,4 4个段寄存器是隐含使用的,但也允个段寄存器是隐含使用的,但也允许段超越许段超越DEBUG DEBUG 命令的使用命令的使用(1)(1)1、输入 DEBUG 运行DEBUG程序,显示提示符_。2、退出DEBUG命令:Q 3、显示CPU内部所有寄存器内容和标志位状态:R 显示和修改标志位状态 RF:4、汇编命令:A 起始地址,若不输入指
16、令打回车键退出A命令。5、单步命令:T=起始地址 运行指令数,进入子程序内部。6、反汇编命令:U 起始地址 结束地址7、修改寄存器命令:R 寄存器名8、显示内存命令:D 起始地址 结束地址DEBUG DEBUG 命令的使用命令的使用(2)(2)9、运行命令:G=起始地址 结束(断点)地址10、修改内存命令:E 起始地址,连续修改打空格键。打回车键退出E命令。11、文件命名命令:N 盘号:文件名 12、读文件命令:L 内存地址 13、写文件命令:W 内存地址 14、读扇区命令:L 内存地址 盘号(0-A:,1-B:)扇区号 扇区数 15、写扇区命令:W 内存地址 盘号 扇区号 扇区数 16、内存
17、搬家命令:M 起始地址 结束地址 目的地址 0101 0100 0011 1001+0100 0101 0110 10101001 1001 1010 0011高位高位=1,SF=1,NG低低8位中偶数为位中偶数为4个,个,PF=1,PE运算结果不为运算结果不为0,ZF=0,NZ低低4位向前有进位,位向前有进位,AF=1,AC最高位向前没有进位,最高位向前没有进位,CF=0,NC运算结果溢出,运算结果溢出,OF=1,OV(五)指令指针寄存器(五)指令指针寄存器IPIP1 1、指令指针寄存器指令指针寄存器IPIP 指令指针寄存器指令指针寄存器IPIP始终指向当前代码段始终指向当前代码段(CS)(
18、CS)所要取出的下一条指令的地址。每取出一个字所要取出的下一条指令的地址。每取出一个字节指令后,节指令后,IPIP自动加自动加1 1。可以用转移指令、调。可以用转移指令、调用指令及中断和复位等改变用指令及中断和复位等改变IPIP值。值。2.3存储器一个存储单元存放的信息为存储单元的内容字节单元内容:地址00004H的内容为34H,表示为(0004H)=34H。字单元内容:多用偶地址来表示字单元的地址,字的低字节在偶地址上为偶地址,地址00004H的字单元内容为1234H,表示为(00002H)=1234H。如下图所示。某单元内容的内容:某单元的内容为要寻找的单元地址,该地址所指的内容为要寻找的
19、内容。某单元内容的内容(0004H0004H)=1234H=1234H(1234H1234H)=FFEEH=FFEEH则记(则记(0004H0004H)=FFEEH=FFEEH;两个括号表示内容的内容,即地两个括号表示内容的内容,即地址址0004H0004H单元的内容的内容为单元的内容的内容为FFEEHFFEEH。存储单元的的内容:一个存储单元里面存放的有效信息。由于机器字长是16位,而字数据必须转换为字节数据才能存放到存储器中。所以一个字数据存入存储器中占用连续的二个存储单元:低位字节存入低地址,高位字节存入高地址。字单元的地址采用它的低地址来表示。存储器的分段8086/8088系统中1MB
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