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第四章 典型 CPU 及指令系统举例

第四章 典型 CPU 及指令系统举例. 学习内容：. 4 ． 1 8086/8088 CPU 的结构 4 ． 2 主存储器 4 ． 3 8086/8088 堆栈 4 ． 4 8086/8088 指令系统 4 ． 5 提高 CPU 性能的一些措施. 学习目标. 理解 8086/8088CPU 的寄存器结构、主存储器、堆栈结构。 掌握 8086/8088 指令系统的寻址方式。 （本章的重点内容） 理解 8086/8088 指令类型。 了解提高 CPU 性能的一些措施与当前常用的实际 CPU 基本组成。. 重点难点：

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第四章 典型 CPU 及指令系统举例

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  1. 第四章 典型CPU及指令系统举例

  2. 学习内容： • 4．1 8086/8088 CPU的结构 • 4．2 主存储器 • 4．3 8086/8088堆栈 • 4．4 8086/8088指令系统 • 4．5 提高CPU性能的一些措施

  3. 学习目标 • 理解8086/8088CPU的寄存器结构、主存储器、堆栈结构。 • 掌握8086/8088指令系统的寻址方式。（本章的重点内容） • 理解8086/8088指令类型。 • 了解提高CPU性能的一些措施与当前常用的实际CPU基本组成。

  4. 重点难点： • 8086/8088指令系统的寻址方式。 • 课时安排：6课时。 • 媒体使用： • 使用多媒体投影，主要采用PowerPoint准备的电子教案。

  5. §4.1 8086/8088CPU §4.1.1 8086/8088CPU的结构 1. 8086/8088内部结构： • 8086/8088CPU采用指令流水线结构，将取指令（或取操作数）与执行指令的功能分别由两个独立部件实现， • 即总线接口部件BIU与执行部件EU 主要任务是完成CPU与主存储器或I/O之间的信息传送。 主要任务是执行指令

  6. 1、执行部件EU：包括一个16位算术逻辑部件ALU、一组通用寄存器、暂存器、标志寄存器和EU控制器。1、执行部件EU：包括一个16位算术逻辑部件ALU、一组通用寄存器、暂存器、标志寄存器和EU控制器。 2、EU主要任务是执行指令。 3、执行部件EU功能见教材P114。

  7. 1、总线接口部件BIU：包括一段寄存器、指令指针、6字节的指令队列、20位总线地址形成部件和总线控制逻辑。1、总线接口部件BIU：包括一段寄存器、指令指针、6字节的指令队列、20位总线地址形成部件和总线控制逻辑。 2、BIU主要任务是完成CPU与主存储器或I/O端口之间的信息传送。 3、总线接口BIU功能见教材P115。 • 总线接口部件BIU见教材P115。

  8. 2. 8086/8088主存地址的形成 段基值：在BIU中设置段寄存器，用以存放20位段起始地址的高16位，称为段基值。 偏移量：由EU或指令指针IP提供段内的偏移量，即一个主存单元与所在段的段基址之间的字节距离。（16位） 段基址：由段基值左移4位后，得到一个物理地址。 二者相加形成20位主存单元的物理地址。

  9. 2. 8086/8088主存地址的形成

  10. 2. 8086/8088主存地址的形成 我们把提供一个20位地址的两个寄存器中的值分别称之为： 20位寄存器中的值称之为段基址（Segment base value） 16位寄存器中的值称之为偏移量（Offset）或有效地址(Effective address) 段基址是由四个段寄存器提供20位的高16位，低四位补0形成的 偏移量是由CPU内的EU部分提供的

  11. §4.1. 8086/8088寄存器 • 1. 段寄存器： • CS（代码段寄存器）——用来存放程序的指令代码序列，用来存放当前代码段段首址的高16位，即段基值。 • DS（数据段寄存器）——存放程序的有关数据，用来存放当前数据段的段基值。 • SS（堆栈段寄存器）——用来存放按后进先出顺序存取的信息。存放当前堆栈段的段基值。 • ES（附加段寄存器）——存放运算结果或辅助数据，存放当前附加段的段基值。

  12. ————8086/8088CPU 1.段寄存器

  13. 2 . 通用寄存器 （1）地址指针寄存 （2）数据寄存器 3. 用于控制的寄存器 （1）指令指针IP： （2）标志寄存器FR 作用类似于PC，当现行指令执行完毕，由IP提供下一条指令地址

  14. §4.2 主存储器§4.2.1 8086/8088主存储器的特点 • 8086/8088CPU有20条地址引出线，因此具有1M字节（210*210=220）的寻址能力，即可以在1M个字节单元中寻找出所需的一个存储单元。 • 在8086/8088主存中，一个字节数据占用一个存储单元。一个字（Word）数据（16位）则占用二个相邻的存储单元，数的低8位（低字节）存放在低地址单元；高8位（高字节）存放在高地址单元，并以低字节所在存储单元地址作为字数据的单元地址。

  15. §4.2.2 主存储器的段结构 • 8086/8088把1MB主存空间按需要划分为若干段（segment）。每个段都由连续的字节单元组成，最大长度为64K（即65536），可作为独立寻址的逻辑单位。 • 一个段起始单元的地址，称为对应段的段基址（20位）。

  16. §4.2.2 主存储器的段结构 • 在程序中设置的段称为逻辑段。 • 主存可分成任意多个段，但在某一时刻，一个程序只能访问4个段寄存器指向的当前段的内容。4个段寄存器CS、DS、SS和ES，分别保存代码段、数据段、堆栈段和附加段这4个当前段的段基址的高16位——段基值。

  17. §4.2.3 逻辑地址与物理地址 • 逻辑地址——段基值：偏移量（书写形式） （1） 段基值：由某个段寄存器（CS,DS,SS,ES）给出，它是段基址的高16位。 （2） 偏移量：（也称偏移地址）由IP或EU按寻址方式产生的有效地址提供，它是段内某存储单元与段基址之间的字节距离。 • 物理地址——是指实际的20位主存单元地址，1MB主存空间的每个存储单元只对应惟一的物理地址，其范围为00000H—FFFFFH。

  18. 逻辑地址——物理地址的转换方式： 将段基值左移4位形成20位段基址，再加上偏移量，产生20位物理地址。 • 逻辑地址的来源 • CPU在执行指令时，是按指令所需的操作类型从不同的来源获得存储单元的逻辑地址，然后形成对应的物理地址以访问主存。（具体内容见教材的P124表4-2逻辑地址的来源）

  19. §4.3 8086/8088堆栈 §4.3.1 堆栈组织 • 8086/8088的堆栈是由SS指定的一段存储区（≤64KB）构成，并采用向上（地址码减小）生成方式，由堆栈指针SP指向栈顶。 • SS提供堆栈段的段基值，SP的内容为栈顶单元相对堆栈段段基址的字节距离（偏移量）。 • 8086/8088堆栈规定以字（2个字节）为单位进行存取。

  20. §4.3.2 堆栈操作 堆栈组织

  21. §4.3.2 堆栈操作 • 先设置堆栈，主要是对堆栈段寄存器SS物堆栈指针SP赋初值。 • 对堆栈的操作均在栈顶进行的，其基本操作的 • 压栈 • 出栈

  22. 压 栈 • 压栈----用压栈指令PUSH可以将通用寄存器、段寄存器或字存储单元内容压入堆栈。 • 执行压栈指令PUSH的操作过程分二步进行： （1）（SP）-2——SP；首先修改栈顶指针，SP减2以指向空字单元（即新栈顶） （2）数据——（SP）；将寄存器或存储单元内容送入SP指向的空字单元中

  23. 压栈指令 (BL)=78H (BH)=56H (SP)-2→SP; (BX) →(SP) BX 56 78 (AL)=34H (SP)-2→SP； (AX) →(SP) AX 12 34 (AH)=12H 压栈之前(SP)

  24. 出栈 • 出栈----用弹出指令POP可以将当前栈顶字单元内容取出送到通用寄存器、段寄存器或字存储单元中。 • 执行出栈指令POP的操作过程分二步进行： （1）（（SP））——寄存器/字单元；将栈顶单元内容送到指定的寄存器或字单元 （2）（SP）+2——SP；修改栈顶指针，SP加2以指向新栈顶

  25. (SP) →BX; (SP)+2→SP (BL)=78H BX 56 78 (BH)=56H (AL)=34H (SP) →AX; (SP)+2→SP AX 12 34 (AH)=12H BX 出栈之后(SP) AX

  26. 堆栈操作-1.压栈 2.出栈

  27. §4.4 8086/8088指令系统 • §4.4.1 8086/8088寻址方式 1 . 寄存器寻址方式：指令所需的操作数存放在CPU的寄存器（通用寄存器或段寄存器）中，通过指令中给出寄存器地址去找到操作数。

  28. 操作码 REC Ri 操作数S 是指令代码中的寻址字段，表示操作数的寄存器地址 • 寻址过程： 例：（BX） =1234H MOV AX，BX ：将BX中的内 容送到AX中 （AX） =1234H

  29. 2. 立即数寻址方式 • 立即数寻址方式：指令所需的操作数直接在指令代码中，随着取指令一起取到BIU的指令队列中。 操作码 操作码 一条指令 AX AX 一条指令 34H F5H 12H （A）MOV AX，1234H （B）MOV AL，0F5H

  30. 3. 存储器寻址方式 • 在汇编语言程序中，一个存储单元的地址采用逻辑地址来表示：（形式：段基值：偏移量） • 段基值：是由某个段寄存器提供，由指令隐含给出。 • 偏移量：是指存放操作数的存储单元与段起始（段基址）之间的字节距离，字由CPU的EU按指令中操作数的寻址方式计算而得到，又称为有效地址EA。 • 有效地址EA：由位移量、基地址、变址量三个地址分量的某种组合求得。

  31. 段基值左移四位 段基址 段基值

  32. （1）直接寻址方式 • 定义：指令所需的操作数存放在存储单元中，操作数的有效地址EA直接由指令代码中的位移量提供。 • 寻址过程： • 在源程序中，直接寻址方式可用数值地址或符号地址来表示。 EA

  33. 用数值地址表示： • 在采用直接寻址方式的汇编指令中，用数值表示操作数的有效地址，则操作数所在段的段寄存器必须指明，不能缺省。 • MOV BX，DS：[1000H] • 完成将当前数据段偏移1000H个字节的字单元内容1234H送入BX中。

  34. 用符号地址表示： • 在源程序中，常用符号地址表示存放操作数的存储单元，所以在汇编指令中，可用符号地址表示的直接寻址方式来存取操作数。 • 若指令中不必给出数据段寄存器名，即隐含使用DS；其他须指定。 • 例题：P130

  35. （2）寄存器间接寻址方式 • 寄存器间接寻址方式：指令所需的操作数在存储单元中，操作数的有效地址EA直接从基址寄存器（BP或BX）或变址寄存器（SI或DI）中获得。 • 见P131的图4-22 寄存器间接寻址方式。 • 若以BX，SI或DI间接寻址时，隐含使用的段寄存器是DS，若以BP间接寻址时，隐含使用的段寄存器是SS。

  36. （2）寄存器间接寻址方式 是指令代码中的寻址字段 寄存器间接寻址方式实际上是将有效地址事先存放在一个寄存器中，如同一个地址指针。因此在程序中只要修改间址寄存器的内容，就可以用一条指令访问不同的存储单元。 SI OR DI EA OR BX OR BP 寻址过程

  37. （3）变址寻址和基址寻址方式 • 变址寻址和基址寻址方式：指令所需的操作数在存储单元中，操作数的有效地址EA是基址寄存器（BP或BX）或变址寄存器（SI或DI）的内容与指令中给出的位移量（8位或16或）两个地址分量之和。 • 使用SI或DI称为变址寻址。 • 使用BX或BP称为基址寻址。

  38. 变址寻址和基址寻址方式 SI OR DI OR EA + BX OR BP

  39. 寻址方式的使用格式： • 变址或基址寻址方式用来访问顺序存放在主存中的一维数组、表格、字符串等。 • 典型用法：是将指令中不能修改的位移量作为基准地址，而变址或基址寄存器内容作为修改量 • 例题4-1：见教材132页。

  40. （4）基址变址寻址方式 SI OR EA + DI BX OR BP 寻址过程

  41. 寻址方式的使用格式： • 基址变址寻址方式用来访问存放在主存中的二维数组。（其寻址方式中有两地址分量可在程序执行过程中进行修改） • 例题4-2：见教材133-134页。

  42. 上半部分表示由CPU的执行部件EU根据寻址方式计算有效地址EA。上半部分表示由CPU的执行部件EU根据寻址方式计算有效地址EA。 下半部分表示由总线接口部件BIU形成操作数的物理地址。按操作数的物理地址就可直接访问操作数的存储单元。

  43. 4. 串操作寻址方式 • 串操作寻址方式： • 串操作指令规定： • 隐含使用SI作为在数据段中的源串（即源操作数）的地址指针 • 隐含使用DI作为在附加段中的目的串的地址指针。 SI 源串有效地址EA DI 目的串有效地址EA

  44. 5. I/O端口寻址 • 了解

  45. §4.4.2 8086/8088指令 • 8086/8088指令按操作数地址划分： 双操作数指令：OPR DEST，SRC 单操作数指令：OPR DEST 无操作数指令：OPR

  46. 8086/8088指令按功能划分： 传送类指令 算术运算类指令 位操作类指令 串操作类指令 程序转移类指令 处理器控制类指令

  47. 一、传送类指令 • 分类：（仅存标志指令SAHF、标志出栈指令POPF对标位有影响） 　数据传送类指令 　交换指令 　标志位传送指令 　地址传送指令

  48. 1．数据传送类指令（Move） • 格式：MOV DEST，SRC • 功能： DEST　（SRC） 　将源地址的内容（源操作数）传送到目的地址中。传送指令执行后源操作数保持不变。

  49. 1．数据传送类指令（Move） • 注意： • MOV指令中的两个操作数可同为字或字节，但两者位数必须一致。 • 目的操作数不能为立即数。 • 两个操作数不能同时为存储器操作数。 • MOV指令中立即数不能直接传送给段寄存器，而且段寄存器之间也不能直接传送数据，但可以通过寄存器实现间接传送。 • 一条MOV指令不能完成两个存储单元之间的数据传送，但可以用两条指令来实现。

  50. 数据传送指令（Move）(指令中只允许两个操作数的其中一个在主存储器中，立即数不能直接送段寄存器，段寄存器也不能之间直接传送)数据传送指令（Move）(指令中只允许两个操作数的其中一个在主存储器中，立即数不能直接送段寄存器，段寄存器也不能之间直接传送)

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