第2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點

1、第2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點 第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點8086 MPU的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點2.2微型計算機的組成原理微型計算機的組成原理2.1第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.1 微型計算機的組成原理微型計算機的組成原理 一臺微型計算機由四大塊組成，即一臺微型計算機由四大塊組成，即主機，外部設(shè)主機，外部設(shè)備，接口和總線備，接口和總線。 其中的主機由其中的主機由CPU、主存貯器、主存貯器 組成，下面分組成，下面分別介紹。別介紹。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.1.1 主存貯器主存貯器主機內(nèi)部

2、的存貯器叫主機內(nèi)部的存貯器叫主存貯器主存貯器, 也叫內(nèi)存也叫內(nèi)存,內(nèi)存要求工作速內(nèi)存要求工作速度快度快,可與可與CPU匹配匹配, 所以內(nèi)存均由半導(dǎo)體存貯器芯片組成所以內(nèi)存均由半導(dǎo)體存貯器芯片組成, 一片存貯芯片由一片存貯芯片由地址譯碼器地址譯碼器,存貯體存貯體和和讀寫控制電路讀寫控制電路組成組成 ， 如圖如圖2-2所示所示地址譯碼器地址譯碼器存貯體存貯體讀寫控制讀寫控制地址總線地址總線ABAB控制總線控制總線 CBCB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBDB圖圖2-2 存儲芯片結(jié)構(gòu)示意圖存儲芯片結(jié)構(gòu)示意圖第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點1.存貯體存貯體把若干個存貯元器件按矩陣排列

3、形式形成若干個存貯把若干個存貯元器件按矩陣排列形式形成若干個存貯單元單元,用來存放二進制代碼用來存放二進制代碼,一個存貯元器件可放一位二進一個存貯元器件可放一位二進制代碼制代碼,這些二進制代碼可以表示為一條指令這些二進制代碼可以表示為一條指令(指令字指令字),也也可以是一個操作數(shù)或狀態(tài)字等等?？梢允且粋€操作數(shù)或狀態(tài)字等等。l位單元位單元：一個存貯單元只能存放一位二進制代碼，：一個存貯單元只能存放一位二進制代碼，0或或1。l字節(jié)單元字節(jié)單元：八位二進制數(shù)叫做一個字節(jié)，那么一個字節(jié)單元可：八位二進制數(shù)叫做一個字節(jié)，那么一個字節(jié)單元可以存放以存放8個二進制代碼。個二進制代碼。1KB=1024B ,1

4、MB=1024KB,1GB=1024MBl字單元字單元：習(xí)慣上把兩個字節(jié)為一個字，所以字單元可存放：習(xí)慣上把兩個字節(jié)為一個字，所以字單元可存放16位位二進制代碼。二進制代碼。 一個字一個字=2個字節(jié)個字節(jié)= 16位位第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點為了便于對存貯單元進行為了便于對存貯單元進行管理及操作，把每一個存貯單管理及操作，把每一個存貯單元都編上號，叫作元都編上號，叫作地址地址，一個，一個具有具有256個存貯單元的地址從個存貯單元的地址從00FFH 。存貯器的訪問：有兩種操存貯器的訪問：有兩種操作，作，讀操作讀操作、寫操作寫操作。l 從存貯器中取出操作數(shù)叫從存

5、貯器中取出操作數(shù)叫“讀讀”操作。操作。l 往存貯器中存放數(shù)據(jù)叫往存貯器中存放數(shù)據(jù)叫“寫寫”操操作。作。00H00H01H01H02H02H存儲體存儲體FEHFEH B5B5FFHFFH第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2地址譯碼器地址譯碼器地址譯碼器接收由地址譯碼器接收由CPU送來的地址送來的地址經(jīng)譯碼后，便指向?qū)?yīng)該地址的存貯單元經(jīng)譯碼后，便指向?qū)?yīng)該地址的存貯單元，所以訪問存貯器時，首先要由地址譯碼，所以訪問存貯器時，首先要由地址譯碼器尋找存貯單元地址。器尋找存貯單元地址。如兩位地址如兩位地址A1，A0，對應(yīng)，對應(yīng)4個存貯個存貯單元的地址，單元的地址，如表如表2

6、-1同理，三位地址可訪問同理，三位地址可訪問8個存貯單元，個存貯單元，n位地址數(shù)位地址數(shù), 可訪問可訪問2n個存貯單元個存貯單元A1A0對應(yīng)存儲單元000號011號102號113號3號單元號單元2號單元號單元1號單元號單元0 0號單元號單元A0A12:4譯譯碼碼器器表表2-1地址對應(yīng)存儲單元表地址對應(yīng)存儲單元表圖圖2-4 2位地址的譯碼器位地址的譯碼器第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點3讀讀/寫控制電路寫控制電路接收CPU送來的讀（用RD表示）或?qū)懀ㄓ肳R表示）命令，可對已經(jīng)被選中的存貯單元進行讀操作或?qū)懖僮鳌?存貯器的外圍電路存貯器的外圍電路存貯器的外圍電路協(xié)助存

7、貯器工作，包括存貯器地址寄存器（MAR）和存貯器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點5存貯器硬件系統(tǒng)及其存貯器硬件系統(tǒng)及其工作原理工作原理1）存貯器硬件系統(tǒng)）存貯器硬件系統(tǒng) 存貯器系統(tǒng)如圖存貯器系統(tǒng)如圖2-5所所示，它由存貯地址寄存器示，它由存貯地址寄存器MAR、地址譯碼器、存、地址譯碼器、存貯體、讀貯體、讀/寫控制及存貯數(shù)寫控制及存貯數(shù)據(jù)寄存器據(jù)寄存器MDR組成，存組成，存貯地址寄存器貯地址寄存器MAR與地與地址總線址總線AB相連，存貯數(shù)相連，存貯數(shù)據(jù)寄存器據(jù)寄存器MDR與數(shù)據(jù)總與數(shù)據(jù)總線線DB相連相連.第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型

8、計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2）存貯器的工作過程）存貯器的工作過程（1）存數(shù)操作）存數(shù)操作例如，把數(shù)據(jù)例如，把數(shù)據(jù)4AH送入送入05H單元，需要下面五步完成單元，需要下面五步完成l CPU把地址把地址05H通過地址總線通過地址總線AB送入送入MARl MAR的內(nèi)容經(jīng)地址譯碼器譯碼后選中的內(nèi)容經(jīng)地址譯碼器譯碼后選中05H單元。單元。l CPU再把寫入的數(shù)據(jù)（再把寫入的數(shù)據(jù)（4AH）通過數(shù)據(jù)總線）通過數(shù)據(jù)總線DB送入送入MDR中中l(wèi) CPU發(fā)來寫命令（發(fā)來寫命令（WR=1）l 在寫命令作用下，把在寫命令作用下，把MDR中的中的4AH寫入到選中的寫入到選中的05H單元單元第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點

9、章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點（2）取數(shù)操作）取數(shù)操作取數(shù)操作正好與存數(shù)操作相反，其過程如下：取數(shù)操作正好與存數(shù)操作相反，其過程如下：例如，已知地址為例如，已知地址為FEH單元中存有一個數(shù)據(jù)單元中存有一個數(shù)據(jù)B9H。把該。把該數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)B9H取出，送入存貯數(shù)據(jù)寄存器取出，送入存貯數(shù)據(jù)寄存器MDR的過程為：的過程為： CPU通過地址總線通過地址總線AB先把地址先把地址FEH送入存貯地址寄存器送入存貯地址寄存器MAR中中 MAR的內(nèi)容經(jīng)地址譯碼器譯碼后選中的內(nèi)容經(jīng)地址譯碼器譯碼后選中FEH單元單元 CPU發(fā)讀命令（發(fā)讀命令（RD=1） 在讀命令作用下，從被選中的在讀命令作用下，從被選中的FEH單元內(nèi)把數(shù)

10、據(jù)單元內(nèi)把數(shù)據(jù)B9H取出送入存貯取出送入存貯數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器MDR中中第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.1.2 中央處理器中央處理器CPUCPU也叫作微處理器也叫作微處理器MPU，CPU是把運算器、控制是把運算器、控制器合稱為中央處理器。器合稱為中央處理器。CPU有如下功能：有如下功能：l 可以完成算術(shù)運算和邏輯運算，也可對數(shù)據(jù)進行變換加工等工作。可以完成算術(shù)運算和邏輯運算，也可對數(shù)據(jù)進行變換加工等工作。l 可到存貯器中讀取指令，并對其譯碼分析后具體執(zhí)行指令的任務(wù)?？傻酱尜A器中讀取指令，并對其譯碼分析后具體執(zhí)行指令的任務(wù)。l 可向全機各部件提供所需要的控制信

11、號和定時時鐘?？上蛉珯C各部件提供所需要的控制信號和定時時鐘。l 可與存貯器、外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送。可與存貯器、外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送。l 可控制程序的執(zhí)行流向可控制程序的執(zhí)行流向第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般是由內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般是由運算器運算器和和控制器控制器兩大部分組成。兩大部分組成。1運算器運算器 可完成算術(shù)運算，也能完成邏輯運算還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位，對兩個數(shù)據(jù)比較（CMP）、測試（TEST）。 總之，是對計算機中的信息或數(shù)據(jù)進行處理和運算的部件。以算術(shù)運算為以算術(shù)運算為例，運算器的例，運算器的組成如圖組成如圖2-6所所示。示。ACC ALUMD

12、RPSWDB圖圖2-6 運算器結(jié)構(gòu)圖運算器結(jié)構(gòu)圖第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點1）ALU是算術(shù)邏輯運算單元，用來處理各種數(shù)據(jù)信息，具體完成加、減、乘、除算術(shù)運算和與、或、非、異或邏輯運算的地方2）累加器）累加器ACC和和MDR寄存器：寄存器：兩個存放操作數(shù)的寄存器3）程序狀態(tài)字寄存器）程序狀態(tài)字寄存器PSW程序狀態(tài)字用來反映操作結(jié)果特征的地方，例如： 101101+100110=010011101101+）100110 010011第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點兩數(shù)相加的結(jié)果為兩數(shù)相加的結(jié)果為010011，其特征是最高位產(chǎn)生進位，

13、其特征是最高位產(chǎn)生進位，為什么不把結(jié)果寫成為什么不把結(jié)果寫成1010011呢？呢？ 因為存放操作數(shù)的寄存器是因為存放操作數(shù)的寄存器是6位長，加出的結(jié)果仍然位長，加出的結(jié)果仍然為為6位數(shù)，多出的位數(shù)，多出的1位（進位）放在位（進位）放在程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSW中某一位上，表示這次操作結(jié)果產(chǎn)生進位的特征。中某一位上，表示這次操作結(jié)果產(chǎn)生進位的特征。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點設(shè)設(shè)PSW也為也為8位，那么最大可有位，那么最大可有8種特征種特征，不一定所有，不一定所有機器都有機器都有8種，但大部分有，如下所示：種，但大部分有，如下所示：lCY：進位：進位

14、/借位標志借位標志lAC：半進位：半進位/半借位標志半借位標志lZ：零標志：零標志lOV：溢出標志：溢出標志lP：奇偶標志：奇偶標志這些結(jié)果特征主要用途是向這些結(jié)果特征主要用途是向CPU提供執(zhí)行程序流程控提供執(zhí)行程序流程控制的依據(jù)。在編程設(shè)計中具有重要作用。制的依據(jù)。在編程設(shè)計中具有重要作用。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點先補第先補第1章緒論章緒論PPT的的65頁內(nèi)容頁內(nèi)容（十進制整數(shù)轉(zhuǎn)為二進制數(shù)十進制整數(shù)轉(zhuǎn)為二進制數(shù)）2控制器：控制器： 按時間的先后順序向其它各部件發(fā)出控制信按時間的先后順序向其它各部件發(fā)出控制信號，保證各部件協(xié)調(diào)一致的工作，使各種操作一步一步

15、的號，保證各部件協(xié)調(diào)一致的工作，使各種操作一步一步的完成，要保證控制器的工作，控制器結(jié)構(gòu)由以下電路組成完成，要保證控制器的工作，控制器結(jié)構(gòu)由以下電路組成，如圖，如圖2-7所示所示程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC微操作控制線路微操作控制線路指令譯碼器指令譯碼器ID指令寄存器指令寄存器IR時序發(fā)生器時序發(fā)生器存貯器存貯器內(nèi)部總線內(nèi)部總線+1圖圖2-7 控制器結(jié)構(gòu)原理圖控制器結(jié)構(gòu)原理圖第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點1)指令寄存器指令寄存器IR指令是指揮機器完成各種操作的命令，解題程序就是指令是指揮機器完成各種操作的命令，解題程序就是用一條條指令編寫出來的，在用一條條指令編寫出

16、來的，在CPU解題之前，編寫好的解解題之前，編寫好的解題程序放在存貯器內(nèi)，題程序放在存貯器內(nèi)，CPU解題時，控制器先到存貯器中解題時，控制器先到存貯器中取出一條指令，這條被取出的指令送入到控制器中的指令取出一條指令，這條被取出的指令送入到控制器中的指令寄存器寄存器IR，在這里等待執(zhí)行。因為執(zhí)行一條指令需要一，在這里等待執(zhí)行。因為執(zhí)行一條指令需要一定的時間，在這段時間內(nèi)，指令不能消失，所以暫時先放定的時間，在這段時間內(nèi)，指令不能消失，所以暫時先放在在IR中。中。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點指令格式如下圖所示指令格式如下圖所示即：一條指令由即：一條指令由操作碼操作

17、碼、操作數(shù)操作數(shù)兩個字段組成。兩個字段組成。（1）操作碼（）操作碼（OP Code）字段）字段 它是告訴機器本條指令將完成什么操作，是加法操作還是減法操作，是轉(zhuǎn)移操作還是停機操作，所以一條指令必須有OP Code字段（1字節(jié)=8位）。（2）操作數(shù)）操作數(shù)/地址字段（地址字段（OPD/ADDR）該字段指明參加本次操作的操作數(shù)是多少或者操作數(shù)來自什么地方，即操作數(shù)的地址，這部分是可選項，有的指令沒有這項。操作碼操作碼操作數(shù)操作數(shù)/地址地址第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2）指令譯碼器）指令譯碼器ID一條指令可完成一種操作，如何讓機器知道就必須通過指令譯碼器，對OP C

18、ODE字段進行譯碼分析，才知道本條指令完成的操作，例如 ADD 加法，操作碼OP CODE經(jīng)指令譯碼器后方知下面作加法，隨即把存放兩個加數(shù)的寄存器相應(yīng)門打開，讓操作數(shù)送往ALU進行加法運算，并把結(jié)果送入ACC。指令譯碼器指令譯碼器ID就是分析解釋指令的地方就是分析解釋指令的地方。3）微操作控制線路）微操作控制線路經(jīng)過對指令分析后，根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制命令，完成指令的執(zhí)行，微操作控制線路就是完成此任務(wù)的。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點4）時序發(fā)生器）時序發(fā)生器時序是按時間順序發(fā)出的各種控制信號，時序是由時時序是按時間順序發(fā)出的各種控制信號，時序是由時序發(fā)生器

19、產(chǎn)生的，包括：序發(fā)生器產(chǎn)生的，包括：（1）指令周期：）指令周期： 完成一條指令執(zhí)行的時間叫作指令周期完成一條指令執(zhí)行的時間叫作指令周期，包括，包括取指令取指令和和執(zhí)行指令執(zhí)行指令兩個時間之和。不同指令所用的兩個時間之和。不同指令所用的指令周期長度也不同指令周期長度也不同（2）機器周期）機器周期完成一個完成一個基本操作基本操作所需要的時間叫作機器周期，例如所需要的時間叫作機器周期，例如訪問（讀或?qū)懀┐尜A器，從送被訪問存貯單元地址開始到訪問（讀或?qū)懀┐尜A器，從送被訪問存貯單元地址開始到讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)為止，這段時間叫作機器周期，取出讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)為止，這段時間叫作機器周期，取出指令叫指令叫取

20、指周期取指周期，取操作數(shù)叫，取操作數(shù)叫存貯器讀周期存貯器讀周期，寫入數(shù)據(jù)叫，寫入數(shù)據(jù)叫存貯器寫周期存貯器寫周期。 一個一個指令周期包含一到多個機器周期。指令周期包含一到多個機器周期。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點（3）時鐘周期）時鐘周期 T1 T2 T3 T4 時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)，時鐘就是時鐘發(fā)生器時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)，時鐘就是時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的一連串的脈沖信號，不能有停止的時候，好比人的產(chǎn)生的一連串的脈沖信號，不能有停止的時候，好比人的心跳一樣，在時鐘的支持下，才有機器周期、指令周期的心跳一樣，在時鐘的支持下，才有機器周期、指令周期的產(chǎn)生，時鐘周期是計

21、算機對時間計量的基本單位，任何時產(chǎn)生，時鐘周期是計算機對時間計量的基本單位，任何時序信號都與時鐘脈沖同步，在時鐘脈沖作用下產(chǎn)生節(jié)拍（序信號都與時鐘脈沖同步，在時鐘脈沖作用下產(chǎn)生節(jié)拍（電位信號），在節(jié)拍的作用下才能發(fā)出各種微操作，才能電位信號），在節(jié)拍的作用下才能發(fā)出各種微操作，才能完成指令的執(zhí)行。完成指令的執(zhí)行。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點每種時序信號都應(yīng)含幾個時鐘周期，如訪問存貯器的每種時序信號都應(yīng)含幾個時鐘周期，如訪問存貯器的存貯器讀周期存貯器讀周期，共需要，共需要4個節(jié)拍，個節(jié)拍，T1、T2、T3、T4完成完成，如圖，如圖2-9所示所示.T1T2T3T4

22、時鐘周期是時間計量的基本單位時鐘周期是時間計量的基本單位機器周期包含一到多個時鐘周期。機器周期包含一到多個時鐘周期。指令周期包含一到多個機器周期指令周期包含一到多個機器周期第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點5）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC程序計數(shù)器專門用來提供指令地址的，也叫指令地址程序計數(shù)器專門用來提供指令地址的，也叫指令地址寄存器（請注意寄存器（請注意程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC和和指令寄存器指令寄存器IR 的區(qū)別的區(qū)別），所有到存貯器中取指令都是由，所有到存貯器中取指令都是由PC提供指令地址的提供指令地址的。指令地址有自動加指令地址有自動加1功能，即提供完該條指令地

23、址后功能，即提供完該條指令地址后，便自動加，便自動加1，形成下一條指令地址，所以也稱指令地址，形成下一條指令地址，所以也稱指令地址寄存器為計數(shù)器，它是執(zhí)行程序用的，所以也叫程序計數(shù)寄存器為計數(shù)器，它是執(zhí)行程序用的，所以也叫程序計數(shù)器，用器，用PC表示表示。PC有自動加有自動加1的功能的功能第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.1.3 微型機的工作過程微型機的工作過程 微型機的工作過程就是微型機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程執(zhí)行程序的過程，程序就是工，程序就是工作過程，也是控制器負責控制協(xié)調(diào)整個計算機自動、步調(diào)作過程，也是控制器負責控制協(xié)調(diào)整個計算機自動、步調(diào)一致的工作

24、的過程。一致的工作的過程。 控制器的主要功能控制器的主要功能是從內(nèi)存中取出一條條指令是從內(nèi)存中取出一條條指令(放在放在IR中中)，并指出當前所取指令的下一條指令在內(nèi)存中的地，并指出當前所取指令的下一條指令在內(nèi)存中的地址（址（PC自動加自動加1的功能），對所取指令進行譯碼和分析（的功能），對所取指令進行譯碼和分析（ID），并產(chǎn)生相應(yīng)的電子控制信號），并產(chǎn)生相應(yīng)的電子控制信號(微操作控制線路微操作控制線路)，啟，啟動相應(yīng)的部件執(zhí)行當前指令規(guī)定的操作，周而復(fù)始地使計動相應(yīng)的部件執(zhí)行當前指令規(guī)定的操作，周而復(fù)始地使計算機實現(xiàn)程序的自動執(zhí)行。算機實現(xiàn)程序的自動執(zhí)行。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章

25、微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點 由于指令中的地址碼可能就是參加運算的操作數(shù)在內(nèi)由于指令中的地址碼可能就是參加運算的操作數(shù)在內(nèi)存單元的直接地址，也可能只是參加運算的操作數(shù)在內(nèi)存存單元的直接地址，也可能只是參加運算的操作數(shù)在內(nèi)存單元的間接地址，還可能是與操作數(shù)在內(nèi)存單元的真正地單元的間接地址，還可能是與操作數(shù)在內(nèi)存單元的真正地址總相差一個固定的偏差值的變址尋址的地址。址總相差一個固定的偏差值的變址尋址的地址。 因此因此計算機的指令尋址方式計算機的指令尋址方式可分為：可分為：l直接尋址方式l間接尋址方式l變址尋址方式 詳細在第3章介紹。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點 計算機

26、取出并執(zhí)行一條指令所花費的時間稱為一個計算機取出并執(zhí)行一條指令所花費的時間稱為一個指令周期指令周期，而且通常還進一步將指令周期分為更小的一些，而且通常還進一步將指令周期分為更小的一些周期，如取指周期周期，如取指周期(訪問一次內(nèi)存儲器訪問一次內(nèi)存儲器)、執(zhí)行周期、執(zhí)行周期(分析指分析指令、取操作數(shù)、完成指令操作、準備下一個指令周期令、取操作數(shù)、完成指令操作、準備下一個指令周期-將將指令計數(shù)器加指令計數(shù)器加1等等)。 把計算機執(zhí)行一條指令的把計算機執(zhí)行一條指令的指令周期指令周期按照按照取指周期取指周期和和執(zhí)行周期執(zhí)行周期兩個周期作分別討論。兩個周期作分別討論。 指令周期指令周期=取指周期取指周期+

27、執(zhí)行周期執(zhí)行周期第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點1取指周期取指周期 由于指令是存放在由于指令是存放在主存儲器中，所以在指主存儲器中，所以在指令周期的取指周期中，令周期的取指周期中，計算機通過訪問一次主計算機通過訪問一次主存儲器，將指令從主存存儲器，將指令從主存儲器中讀出并經(jīng)總線送儲器中讀出并經(jīng)總線送入控制器的指令寄存器入控制器的指令寄存器IR中。如右圖中。如右圖2所示所示程序計數(shù)器（程序計數(shù)器（PC）存儲地址寄存器（存儲地址寄存器（MAR）主存儲器（主存儲器（M.M）存儲數(shù)據(jù)寄存器（存儲數(shù)據(jù)寄存器（MDR）指令寄存器（指令寄存器（IR）操作碼操作碼 操作數(shù)地址操作

28、數(shù)地址第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.指令執(zhí)行周期指令執(zhí)行周期 當指令進入指令寄存器當指令進入指令寄存器IR之后，就開始指令執(zhí)行周期。之后，就開始指令執(zhí)行周期。執(zhí)行周期的任務(wù)是執(zhí)行指令要求的操作。為此，計算機要首執(zhí)行周期的任務(wù)是執(zhí)行指令要求的操作。為此，計算機要首先根據(jù)操作碼的性質(zhì)分析得出本條指令是指令還是操作數(shù)，先根據(jù)操作碼的性質(zhì)分析得出本條指令是指令還是操作數(shù)，若是指令，則做取數(shù)操作：形成操作數(shù)地址并將它送入若是指令，則做取數(shù)操作：形成操作數(shù)地址并將它送入MAR。此外，還要根據(jù)本條指令的要求經(jīng)操作碼譯碼器形成執(zhí)。此外，還要根據(jù)本條指令的要求經(jīng)操作碼譯碼器形

29、成執(zhí)行本指令所需要的各個控制命令。而后，依次完成取操作數(shù)行本指令所需要的各個控制命令。而后，依次完成取操作數(shù)，完成本條指令所要求的操作并為下一個指令周期作好準備，完成本條指令所要求的操作并為下一個指令周期作好準備(如屬順序執(zhí)行，則給如屬順序執(zhí)行，則給PC加加1;如屬非順序執(zhí)行，則由控制器如屬非順序執(zhí)行，則由控制器產(chǎn)生新的指令地址產(chǎn)生新的指令地址)，如圖，如圖2-11所示。所示。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點操作碼操作碼 操作數(shù)地址操作數(shù)地址譯碼器譯碼器控制器控制器操作命令操作命令MAR MM主存主存MDR寄存器寄存器累加器累加器ALU地址形成部件地址形成部件第第

30、2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.1.4 微型機的工作過程舉例微型機的工作過程舉例微機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，程序就是工作微機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，程序就是工作過程，即某項工作按什么辦法解決。過程，即某項工作按什么辦法解決。例例1：計算題：計算題 Y=X1+X2-X3計算機欲求解此算式，首先編出它的解題程序來，這個程序?qū)嵱嬎銠C欲求解此算式，首先編出它的解題程序來，這個程序?qū)嶋H上就是解題步驟。際上就是解題步驟。第1步 到存貯器某單元取出操作數(shù)X1，并送入累加器ACC中。第2步 把ACC中的內(nèi)容（即剛?cè)∪氲腦1）與存貯器中另一個操作數(shù)X2相加，其結(jié)果保留在

31、ACC中。第3步 做減法，把ACC中的內(nèi)容（X1+X2的和）與存貯器中的第三個操作數(shù)X3相減，其結(jié)果還留在ACC中。第4步 把計算結(jié)果存放到Y(jié)單元。第5步 停機。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點解此題共分上述5個步驟，可用5條指令表示：第一條：取數(shù)指令取數(shù)指令，用MOV ACC，X1表示第二條：加法指令加法指令用ADD ACC，X2表示第三條：減法指令減法指令 用SUB ACC，X3表示第四條：存數(shù)指令存數(shù)指令用MOV Y，ACC表示第五條：停機指停機指令用HLT表示這五條指令就是求解Y=X1+X2-X3算式的程序。把這個程序存放在存貯器中，入口地址為00H，每條

32、指令占兩個單元（2個字節(jié)），第一個單元為操作碼，第二個單元為操作數(shù)，共9個單元。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點實質(zhì)上，微機的實質(zhì)上，微機的工作過程就是執(zhí)行指工作過程就是執(zhí)行指令的過程，已知指令令的過程，已知指令在存貯器中，執(zhí)行指在存貯器中，執(zhí)行指令分三步：即取出指令分三步：即取出指令（送到令（送到IR）、分析）、分析指令（在指令（在ID）最后才）最后才執(zhí)行指令，可用右邊執(zhí)行指令，可用右邊的流程圖說明微機的的流程圖說明微機的工作過程。工作過程。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點下面結(jié)合圖2-12微機的主機結(jié)構(gòu)圖，詳細分析例例1：計算題：

33、計算題 Y=X1+X2-X3的的5條指令的執(zhí)行過程，第第1條條 取數(shù)指令取數(shù)指令MOV ACC，X1的執(zhí)行過程的執(zhí)行過程第一階段：取指令（也叫取指階段）圖第一階段：取指令（也叫取指階段）圖2-12中的編號表示取指過程。中的編號表示取指過程。l把把PC的內(nèi)容（第一條指令的地址）送到存貯地址寄存器的內(nèi)容（第一條指令的地址）送到存貯地址寄存器MAR，可用傳送表達式（，可用傳送表達式（PC）-MAR表示，這里的（）表示某某內(nèi)容，操作結(jié)果是（表示，這里的（）表示某某內(nèi)容，操作結(jié)果是（MAR）=00H，MAR直接直接把地址送地址譯碼器，經(jīng)譯碼后指向把地址送地址譯碼器，經(jīng)譯碼后指向00H單元（也叫選中該單元

34、），圖單元（也叫選中該單元），圖2-12中的中的lPC的內(nèi)容自動加的內(nèi)容自動加1，形成下一地址，記作（，形成下一地址，記作（PC）+1-PC，（，（PC）=01H 圖圖2-12中中 lCPU發(fā)讀命令，用發(fā)讀命令，用1-R表示，圖表示，圖2-12中的中的 l按照按照MAR提供的地址，到存貯器提供的地址，到存貯器M找到該單元，在讀命令作用下，該單元（找到該單元，在讀命令作用下，該單元（00H）中的內(nèi)容（指令操作碼）取出送入存貯數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容（指令操作碼）取出送入存貯數(shù)據(jù)寄存器MDR，可記作，可記作MMAR -MDR，（MDR）=OP CODE ，圖，圖2-12中的中的lMDR中的內(nèi)容送到指令寄

35、存器中的內(nèi)容送到指令寄存器IR，用（，用（MDR）-IR表示。圖表示。圖2-12中的中的lIR中的指令的操作碼送中的指令的操作碼送ID，進行譯碼分析，記作，進行譯碼分析，記作OPIR -ID。圖。圖2-12中的中的第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點第第1條指令的執(zhí)行條指令的執(zhí)行第二階段，執(zhí)行指令第二階段，執(zhí)行指令 MOV ACC，X1 （也叫執(zhí)行階段）（也叫執(zhí)行階段）l（PC）-MAR，（MAR）=01H ；把PC的內(nèi)容（操作數(shù)X1的地址）送到存貯地址寄存器MARl（PC）+1-PC，（PC）=02H ；

36、 PC的內(nèi)容自動加1，形成下一個地址l 1-R ； CPU發(fā)讀命令l MMAR -MDR，（MDR）=X1 ；按照MAR提供的地址，到存貯器M中找到該單元，在讀命令作用下，該單元（01H）中的內(nèi)容（操作數(shù)X1）取出送入存貯數(shù)據(jù)寄存器MDR；l（MDR）-ACC，（ACC）=X1 ；把存在MDR中的操作數(shù)X1送給累加器ACC第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點執(zhí)行第執(zhí)行第2條加法指令條加法指令 ：ADD ACC，X2第一階段，取指令，也分為第一階段，取指令，也分為6步步l（PC）-MAR，（MAR）=02Hl（PC）+1-PC，（PC）=03H ； PC的內(nèi)容自動加1，

37、形成下一個地址l 1-R ；CPU發(fā)讀命令l MMAR -MDR ； （MDR）中是第二條指令的操作碼l MDR -IR ；第二條指令的操作碼送到指令寄存器IRl OPIR -ID ； IR中的指令的操作碼送指令譯碼器ID，進行譯碼分析，第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點執(zhí)行第執(zhí)行第2條加法指令條加法指令 ：ADD ACC，X2經(jīng)分析后是加法指令，另一個操作數(shù)保存在經(jīng)分析后是加法指令，另一個操作數(shù)保存在03H號內(nèi)存單元，轉(zhuǎn)入執(zhí)行階段號內(nèi)存單元，轉(zhuǎn)入執(zhí)行階段第二階段，執(zhí)行指令階段第二階段，執(zhí)行指令階段l（PC）-MAR，（MAR）=03H；把PC的內(nèi)容（操作數(shù)X2的地

38、址）送到存貯地址寄存器MARl（PC）+1-PC，（PC）=04H ； PC的內(nèi)容自動加1，形成下一個地址l 1-R ； CPU發(fā)讀命令l MMAR -MDR，（MDR）=X2 ； 按照MAR提供的地址，到存貯器M中找到該單元，在讀命令作用下，把該單元（03H）中的內(nèi)容（操作數(shù)X2）取出送入存貯數(shù)據(jù)寄存器MDR；l （ACC）+（MDR）-ACC（ACC）=X1+X2 ； 因（MDR）=X2 （ACC） =X1第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點下面執(zhí)行第三條下面執(zhí)行第三條減法指令減法指令 SUB ACC，X3第一階段，取指令也分為第一階段，取指令也分為6步步l（PC

39、）-MAR，（MAR）=04Hl（PC）+1-PC，（PC）=05Hl 1-R，發(fā)讀命令l MMAR -MDR，（MDR）=第二條指令操作碼l MDR -IRl OPIR -ID 經(jīng)分析后知道，這是一條減肥法指令，減數(shù)在經(jīng)分析后知道，這是一條減肥法指令，減數(shù)在OP CODE的下一個的下一個單元。單元。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點第二階段，執(zhí)行指令階段第二階段，執(zhí)行指令階段l（PC）-MAR，（MAR）=05Hl（PC）+1-PC，（PC）=06Hl 1-Rl MMAR -MDR，（MDR）=X3l（ACC）-（MDR）-ACC ；即 有（ACC）=X1+X2-

40、X3第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點 至此第三條指令執(zhí)行結(jié)束，至此第三條指令執(zhí)行結(jié)束，下面執(zhí)行第四條下面執(zhí)行第四條存數(shù)指令存數(shù)指令MOV Y，ACC 第一階段，取指令也分為第一階段，取指令也分為6步步l（PC）-MAR，（MAR）=06Hl（PC）+1-PC，（PC）=07Hl 1-R，發(fā)讀命令l MMAR -MDR，（MDR）=第二條指令操作碼l MDR -IRl OPIR -ID第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點經(jīng)譯碼分析后可知，本條指令經(jīng)譯碼分析后可知，本條指令 OPIR -ID 是存數(shù)指令，把是存數(shù)指令，把ACC的的內(nèi)容存入到內(nèi)

41、容存入到Y(jié)單元，設(shè)單元，設(shè)Y單元地址為單元地址為07H。第二階段，執(zhí)行指令階段第二階段，執(zhí)行指令階段l（PC）-MAR，（MAR）=07Hl（PC）+1-PC，（PC）=08Hl（ACC）-MDRl 1-W，發(fā)寫命令l（MDR）-MMAR 第四條指令結(jié)束，把ACC的內(nèi)容（X1+X2-X3 ）存入到Y(jié)單元中第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點下面執(zhí)行最后一條指令：下面執(zhí)行最后一條指令：停機指令停機指令 HLT第一階段，取指令也分為第一階段，取指令也分為6步步l（PC）-MAR，（MAR）=08Hl（PC）+1-PC，（PC）=09Hl 1-R，發(fā)讀命令l MMAR -M

42、DR，（MDR）=第二條指令操作碼l MDR -IRl OPIR -ID 經(jīng)譯碼分析后可知，本條指令是停機指令，到此程序執(zhí)行結(jié)束。經(jīng)譯碼分析后可知，本條指令是停機指令，到此程序執(zhí)行結(jié)束。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.2 8086 MPU的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點8086MPU是INTEL公司在1978年6月推出一款典型的16位機。它的地址總線為20位。數(shù)據(jù)總線為16位，時鐘頻率為4MHZ。它的基本原理同基本微機工作原理相同。 但由于追求工作速度，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又有新的改進，具體表現(xiàn)有三大特點，即流水線結(jié)構(gòu)，存儲器結(jié)構(gòu)和編程結(jié)構(gòu)，8086MPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-12。第

43、第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點內(nèi)部暫存器內(nèi)部暫存器 IP ES SS DS CS輸入輸入/輸出輸出控制電路控制電路外部總線外部總線執(zhí)行部分執(zhí)行部分控制電路控制電路1 2 3 4 5 6ALU標志寄存器標志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令隊列緩沖器指令隊列緩沖器執(zhí)行部件執(zhí)行部件 （EU)總線接口部件總線接口部件 （BIU)16位位20位位16位位8位位通用寄存器通用寄存器四個專用寄存器四個專用寄存器SP：堆棧指針：堆棧指針 BP：基址指針：基址指針： SI: 源變址寄存器源變址寄

44、存器 DI:目的源變址寄存器目的源變址寄存器 算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALU：主要是加法器。大部分指令主要是加法器。大部分指令的執(zhí)行由加法器完成。的執(zhí)行由加法器完成。標志寄存器：標志寄存器：16位字利用了位字利用了9位。位。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點20位地址加法器位地址加法器四個段寄存器：四個段寄存器：CS、DS、SS、ESCS管理代碼段管理代碼段;DS管理數(shù)據(jù)段管理數(shù)據(jù)段SS管理堆棧段管理堆棧段;ES管理附加段管理附加段.16位的指令指針寄存器位的指令指針寄存器IP：IP中的內(nèi)容是下一條指令中的內(nèi)容是下一條指令對現(xiàn)行代碼段基地址的偏移量，對現(xiàn)行代碼段基地

45、址的偏移量，6字節(jié)的指令隊列字節(jié)的指令隊列指令隊列共六字節(jié)，總線接指令隊列共六字節(jié)，總線接口部件口部件BIU從內(nèi)存取指令，從內(nèi)存取指令，取來的總是放在指令隊列中；取來的總是放在指令隊列中；執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU從指令隊列取指從指令隊列取指令，并執(zhí)行。令，并執(zhí)行。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.2.1 流水線結(jié)構(gòu)流水線結(jié)構(gòu)前面講過指令的執(zhí)行過程分為取指階段和執(zhí)行階段，且前一條指令執(zhí)行結(jié)束才執(zhí)行該條指令，該條指令執(zhí)行完后再執(zhí)行下面一條指令，一直執(zhí)行到最后一條指令，程序才執(zhí)行完，8086第一個改進就是在執(zhí)行第一條指令的同時把下一條指令取來，這樣無形之中就省去了取下條指

46、令的時間。提高了CPU的工作速度，這些就是采用流水線流水線的技術(shù)，因此把8086的MPU分成兩部分，一部分專門用來取指令，訪問存儲器用總線接口部件總線接口部件BIU，另一部分結(jié)構(gòu)用來執(zhí)行指令的操作叫執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點1.8086MPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086MPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)從圖2-12中可以看出，整個微處理器為實現(xiàn)流水線處理而分成兩大功能部件，即執(zhí)行部件執(zhí)行部件（Execution Unit，EU）與總線接口部件總線接口部件（Bus Interface Unit，BIU）。1）總線接口部件（）總線接口部件（BIU）總線接口部件總線

47、接口部件BIU負責與存儲器、負責與存儲器、I/O接口電路連接，接口電路連接，并形成并形成20位的地址碼和位的地址碼和16位的數(shù)據(jù)，通過總線進行數(shù)據(jù)傳位的數(shù)據(jù)，通過總線進行數(shù)據(jù)傳送。送。BIU由一些專用寄存器、指令隊列緩沖器、地址加法由一些專用寄存器、指令隊列緩沖器、地址加法器等功能部件組成。器等功能部件組成。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點（1）20位地址形成器位地址形成器用來計算20位存儲地址。8086是用20位地址尋址1M字節(jié)的內(nèi)存空間，但8086內(nèi)部所有的寄存器都是16位的。所以需要由一個附加的機構(gòu)來根據(jù)16位寄存器提供的信息來進行20位的物理地址的形成，才

48、能訪問存貯器。四個段地址寄存器四個段地址寄存器CS16位代碼段寄存器。位代碼段寄存器。DS16位數(shù)據(jù)段寄存器。位數(shù)據(jù)段寄存器。ES16位附加段寄存器。位附加段寄存器。SS16位堆棧段寄存器。位堆棧段寄存器。指令指針寄存器指令指針寄存器IP第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點地址合成器地址合成器將段寄存器內(nèi)容左移4位（相當于16），然后再與偏移地址相加而成的。偏移地址來自EU，有的直接用EU中的16位寄存器，如SI，DI，SP，BP，和BX，有的也有用兩個寄存器在ALU中相加出來的。這些地址通過ALU數(shù)據(jù)總線傳送到BIU中的暫存器，然后再送入中合成，但是形成存放指令的2

49、0位物理地址的偏移地址是BIU中的IP，20位物理地址PA，合成框圖如圖2-13。 段寄存器段寄存器16位位*10H16位偏移地址位偏移地址0 0 0 020位物理地址位物理地址第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點（2）指令寄存器）指令寄存器指令寄存器IR則由指令隊列器擔當。指令隊列緩存器是一組寄存器（8位），用來暫存從存儲器中取出來的指令，有6個字節(jié)（8088為4個字節(jié)）。指令隊列采用“FIFO”（先進行出）的管理方式，允許預(yù)取6字節(jié)的指令代碼。即通過地址加法器根據(jù)CS和IP的內(nèi)容得到一個指令的物理地址。取指和執(zhí)行指令的操作是并行的，從而提高了CPU的效率。第第2

50、2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點（3）總線控制邏輯）總線控制邏輯 負責BIU的操作，向內(nèi)與CPU相連，向外與存儲器/I/O口有聯(lián)系，當與存儲器聯(lián)系時，啟動一次總線周期，訪問一次存儲器（讀周期/寫周期），一個總線周期內(nèi)先提供提供偶數(shù)地址，后提供奇數(shù)地址，偶數(shù)地址訪問低8位數(shù)據(jù)，奇地址訪問高8位數(shù)據(jù)。用于產(chǎn)生存儲器讀/寫，I/O讀/寫控制信號。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2） 執(zhí)行部件（執(zhí)行部件（EU）執(zhí)行部件EU是執(zhí)行程序的的核心部件，完成指令譯碼、運算及其它操作的執(zhí)行。執(zhí)行部件由ALU（算術(shù)邏輯運算部件）、通用寄存器組、狀態(tài)標志寄存器以及

51、控制電路組成。功能是完成指令的譯碼和執(zhí)行指令的工作，向BIU提供偏移地址（16位）。（1）算術(shù)邏輯運算部件）算術(shù)邏輯運算部件ALU16位ALU用來對8位或16位操作數(shù)進行算術(shù)邏輯運算。（2）標志寄存器（）標志寄存器（FR）16位標志寄存器用來表示ALU運算后的結(jié)果特征，為下一條指令的執(zhí)行提供操作信息。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2） 執(zhí)行部件（執(zhí)行部件（EU）執(zhí)行部件EU是執(zhí)行程序的的核心部件，完成指令譯碼、運算及其它操作的執(zhí)行。執(zhí)行部件由ALU（算術(shù)邏輯運算部件）、通用寄存器組、狀態(tài)標志寄存器以及控制電路組成。功能是完成指令的譯碼和執(zhí)行指令的工作，向BIU提

52、供偏移地址（16位）。（3）通用寄存器）通用寄存器共有8個16位的寄存器組，AX，BX，CX，DX稱為通用寄存器組。SP，BP，DI，SI為專用寄存器組。（4）控制部件）控制部件主要用于取指令的控制和時序控制。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2.2.2 8086MPU的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)所謂編程結(jié)構(gòu)是指8086在程序編寫中運用哪些寄存器，在8086的EU和BIU兩部分中包含有一些工作寄存器，這些寄存器用到存放計算過程中的各種信息，如操作數(shù)地址、操作數(shù)及運算的中間結(jié)果等。微處理器從寄存器中存取數(shù)據(jù)比從存微處理器從寄存器中存取數(shù)據(jù)比從存儲器中存取數(shù)據(jù)要快得多儲器中存取

53、數(shù)據(jù)要快得多，因此，在計算過程中，合理利用寄存器保存操作數(shù)、中間結(jié)果或其它信息，能提高程序的運行效率。根據(jù)這些寄存器所起的作用，8086寄存器組可以分為通用寄存器通用寄存器、專用寄存器專用寄存器和段寄存器段寄存器三類，如圖2-3所示。下面分別介紹這些寄存器。 第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點1)通用寄存器通用寄存器通用寄存器包括了通用寄存器包括了8個個16位的寄存器：位的寄存器：AX、BX、CX、DX、SP、BP、DI及及SI。 其中其中AX、BX、CX、DX在一般情況下作為通用的數(shù)在一般情況下作為通用的數(shù)據(jù)寄存器，用來暫時存放計算過程中所用到的操作數(shù)、結(jié)據(jù)寄存器

54、，用來暫時存放計算過程中所用到的操作數(shù)、結(jié)果或其他信息。它們還可分為兩個獨立的果或其他信息。它們還可分為兩個獨立的8位寄存器使用位寄存器使用，命名為，命名為AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL和和DH,使之使之與與8位機兼容。位機兼容。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點1)通用寄存器通用寄存器4個通用數(shù)據(jù)寄存器除通用功能外，還有如下專門用途：個通用數(shù)據(jù)寄存器除通用功能外，還有如下專門用途：lAX作為累加器用，所以它是算術(shù)運算的主要寄存器。在乘除指令中指定用來存放操作數(shù)。另外，所有的I/O指令都使用AX或AL與外部設(shè)備傳送信息。lBX在計算存儲器偏移地址時，可作為

55、基址寄存器使用。lCX常用來保存計數(shù)值，如在移位指令、循環(huán)指令和串處理指令中用作隱含的計數(shù)器。lDX在作雙字長運算時，可把DX和AX組合在一起存放一個雙字長數(shù)，DX用來存放高16位數(shù)據(jù)。此外，對某些I/O操作，DX可用來存放I/O的端口地址。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點SP、BP、SI、DI四個四個16位寄存器可以象數(shù)據(jù)寄存器位寄存器可以象數(shù)據(jù)寄存器一樣在運算過程中存放操作數(shù)，但它們只能以字（一樣在運算過程中存放操作數(shù)，但它們只能以字（16位）位）為單位使用。此外，它們更經(jīng)常的用途是在存儲器尋址時為單位使用。此外，它們更經(jīng)常的用途是在存儲器尋址時，提供偏移地址

56、。因此，它們可稱為指針或變址寄存器（，提供偏移地址。因此，它們可稱為指針或變址寄存器（變址地址指針）。變址地址指針）。lSP稱為堆棧指針指示器或堆棧指示器，用來指出棧頂?shù)钠频刂?。lBP稱為基址指針寄存器，在尋址時作為基地址寄存器產(chǎn)生偏移地址使用，但它必須與堆棧段寄存器SS聯(lián)用來確定堆棧段中的存儲單元地址。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點SP、BP、SI、DI四個四個16位寄存器可以象數(shù)據(jù)寄存器位寄存器可以象數(shù)據(jù)寄存器一樣在運算過程中存放操作數(shù)，但它們只能以字（一樣在運算過程中存放操作數(shù)，但它們只能以字（16位）位）為單位使用。此外，它們更經(jīng)常的用途是在存儲器尋址

57、時為單位使用。此外，它們更經(jīng)常的用途是在存儲器尋址時，提供偏移地址。因此，它們可稱為指針或變址寄存器（，提供偏移地址。因此，它們可稱為指針或變址寄存器（變址地址指針）。變址地址指針）。lSI為源變址寄存器，在串處理指令中，SI作為隱含的源變址寄存器與DS聯(lián)用，以確定數(shù)據(jù)段中的存儲單元地址，并有自動增量和自動減量的變址功能。lDI為目的變址寄存器，在串處理指令中，DI和附加段寄存器ES聯(lián)用，以達到在附加段中尋址的目的，然后DI自動增量或減量。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點2) 專用寄存器專用寄存器8086的專用寄存器包括的專用寄存器包括IP、SP和和FLAGS三個

58、三個16位寄存位寄存器。器。lIP為指令指針寄存器，它用來存放將要執(zhí)行的下一條指令地址的偏移地址，它與段寄存器CS聯(lián)合形成代碼段中指令的物理地址。在計算機中，控制程序的執(zhí)行流程就是通過控制IP的值來實現(xiàn)的。lSP為堆棧指針寄存器，它與堆棧段寄存器SS聯(lián)用來確定堆棧段中棧頂?shù)牡刂?，也就是說SP用來存放棧頂?shù)钠频刂贰FLAGS為標志寄存器，這是一個存放條件碼標志、控制標志的16位寄存器。15-1211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點16位標志寄存器含有位標志寄存器含有9個有效標志位。其中個有效標志位。其中

59、6位用于狀位用于狀態(tài)標志位，態(tài)標志位，3位用于控制標志。位用于控制標志。狀態(tài)標志位（狀態(tài)標志位（6個）：個）：用來為下一條指令執(zhí)行指明用來為下一條指令執(zhí)行指明ALU處于的狀態(tài)，也稱為條件標志處于的狀態(tài)，也稱為條件標志位或程序狀態(tài)字。這些狀態(tài)會影響后面的操作。位或程序狀態(tài)字。這些狀態(tài)會影響后面的操作。lCF（Carry Flag）進位標志位：運算中發(fā)生進位或借位時，CF=1；否則，CF=0。用STC指令可置CF=1，CLC指令置CF=0。CMC指令對CF求反；循環(huán)指令也會影響該標志位。lA(Auxiliary Carry Flag)輔助進位標志位：字節(jié)操作時，在運算結(jié)果的低位向高位有進位（加法）

60、或有借位（減法）；在字操作時，低字節(jié)向高字節(jié)有進位（加）或借位（減）時，則，否則。該標志一般在BCD碼運算中作為是否進行十進制調(diào)整的判斷依據(jù)。第第2 2章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點章微型計算機原理及結(jié)構(gòu)特點狀態(tài)標志位（狀態(tài)標志位（6個）：個）：lOF（Overflow Flag）溢出標志位：當運算結(jié)果超出機器的表示范圍時，OF=1；否則OF=0。如：帶符號數(shù)的操作數(shù)，當按字節(jié)運算超出128+127；按字運算超出32768+32767范圍時，OF=1；lSF（Sign Flag）符號標志位：在有符號運算數(shù)的算術(shù)運算時，當運算結(jié)果為負時，SF=1；否則SF=0。lZF(Zero Flag)零標志位：