微机原理与接口技术知识点总结：第二章 CPU结构和指令系统 （上）

微机原理与接口技术知识点总结：第二章 CPU结构和指令系统 （上）

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一、8086/8088CPU结构

1.相同点和差异

• 相同点
  • 寄存器：16位
  • 地址线：20位，存储空间 = 1MB
    • 8086: AD0~AD15, A16~A19
    • 8088: AD0~AD 7 , A8 ~ A19
• 差异：
  • 数据总线：
    • 8086: 16位（16位机）：AD₀ ~ AD₁₅
    • 8088: 8位（准16位机）：AD₀ ~ AD₇
  • 指令队列（缓冲器）
    • 8086: 6字节
    • 8088:4字节

2.内部结构：EU和BIU

（1）EU（Execute Unit，执行单元）

• EU内部构成
  • ALU：执行基本运算和处理.
  • 一组通用寄存器 + 标志寄存器
  • EU控制系统：队列和时序控制
• EU功能：负责执行指令或运算
  • 从指令队列中取指令代码，译码，
    在ALU中完成数据的运算，结果的
    特征保存在 标志寄存器 中。

（2）BIU(Bus Interface Unit，总线接口单元）

• BIU构成
  • 四个段寄存器+ 指令指针IP
  • 地址加法器：段地扯和偏移地址
    相加，形成20位物理地址
  • 指令队列缓冲器： 6或4字节
  • 总线控制逻辑：内外总线接口
• BIU功能
  • 预取指令
    • 执行指令的同时预取若干条放在
      队列中
  • 控制指令执行顺序
    • 顺序取指令执行
    • 执行转移指令清除队列
      • 从新地址取指并送往EU
    • 形成内存寻址的20位地址

3.8086/8088流水线工作机制

• 命令的执行过程
  • 取指（ 取指令 ）
    • 取数( 取操作数 )
      • 执行（ 分析和执行指令 ）
        • 写回( 写结果到存储器 ）
• 流水线机制的前提
  • EU和BIU可同时工作
  • 指令预取队列的存在

二、 8086/8088 CPU寄存器

1.14个基本寄存器

• 8086寄存器组（均16位）
  • 通用寄存器：8个
  • 段寄存器：4个
  • 标志寄存器：1个
  • 指令指针寄存器：1个

2.通用寄存器（8个）

• 通用寄存器（8个，均16位）
  • 数据寄存器（4个）
    • AX，BX，CX，DX
  • 变址寄存器（2个）
    • SI，DI
  • 指针寄存器（2个）
    • BP，SP

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1. 数据寄存器（4个）： AX，BX，CX，DX

• 暂存运算的输入数据、输出数据和中间数据
• 高8位 | 低8位，可独立寻址和读/写
• 专门用途
  - AX：累加器(Accumulator)：暂存运算结果及外设数据
  - BX：基址寄存器(Base address Register)：存放内存地址
  - CX：计数器(Counter)：循环和串操作的隐含计数器
  - DX：数据寄存器(Data Register)：双字高16位或外设地址
  

例子1：BX作为基址寄存器（存放内存地址）

• MOV [BX], 1000
  • BX中的数据是偏移地址EA（数据段内）
  • 将1000送入数据段内偏移地址是(BX)的单元中

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例子2：BX作为基址寄存器（存放内存地址）

• MOV AX, [BX]
  • BX中的数据是偏移地址EA（数据段内）
  • 将数据段内偏移地址是(BX)的单元内容送给AX

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例子3：CX作为计数器(Counter)，用于循环次数计数
MOV AX, 0
MOV CX, 8
NEXT: ADD AX, 2
LOOP NEXT ; LOOP 循环指令

2. 变址寄存器（2个）: SI和DI

• 在内存寻址方式中用于存放地址
  • SI：源地址寄存器(Source Index)
  • DI：目的地址寄存器(Destination Index)

例：MOV AX, [SI] ; SI = 2000H
MOV BX, [DI] ; DI = 3000H

• 专用：串操作中用SI和DI寻址(变址)

例：利用SI,DI拷贝字符串

MOV SI , 2000H
MOV DI , 3000H
MOV CX, 100H
…
CLD
......
REP MOVSB

3. 指针寄存器：SP和BP

• 用于寻址堆栈内的数据，与SS联合使用定位栈中单元
• SP：堆栈指针寄存器（Stack Pointer），指示栈顶位置
• BP：基址指针寄存器（Base Pointer），定位栈中某个基址
  

4. 指令指针寄存器IP（Instruction Pointer）

• 指示内存中指令的位置
• IP是专用寄存器
• IP与CS联合使用定位下一条指令的内存地址
  • 随着指令执行，IP自动修改为下一条指令的内存地址
  • 修改IP的其他方法：转移指令（JMP 2000:0100)
• CPU复位
  • CS = FFFFH，IP=0000H
    

5. 标志（Flags）寄存器
   

• 反映指令执行结果或控制指令执行方式
• 多种标志形成16位寄存器（FLAGS）
  • 程序状态字PSW
• 标志分类
  • 状态标志：记录程序运行的状态信息（由指令执行自动设置）
    • CF、ZF、SF、PF、OF、AF
  • 控制标志：控制处理器执行指令的方式（由程序按需设置）
    • DF、IF、TF

（1）零标志ZF（Zero Flag）

• 若运算结果为0，则ZF = 1；否则，ZF = 0
  

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符号标志SF（Sign Flag）
若运算结果最高位为1(负)，则SF=1；否则，SF=0
有符号数用最高位表示数据的符号
所以，最高位就是符号标志S的状态

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进位标志CF（Carry Flag）
若结果最高位有进位或借位，则CF=1；否则CF=0

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溢出标志OF（Overflow Flag）
若算术运算结果有溢出，则OF=1；否则，OF=0

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• 溢出标志OF与进位标志CF的比较（无/有符号）
  • 进位标志CF
    • 表示无符号数运算结果是否超出范围
  • 溢出标志OF
    • 表示有符号数运算结果是否超出范围
• 溢出标志OF与进位标志CF的比较（无/有符号,补码）
  
  • 处理器对两个操作数进行运算时
    • 按照无符号数设置进位标志CF
    • 同时根据有符号数设置溢出标志OF
  • 应该利用哪个标志由程序员决定
    • 无符号数：进位
    • 有符号数：溢出
      

3.标志寄存器

• 控制标志
  • DF(Direction Flag)方向标志
    • DF=1：SI，DI地址递减；
    • DF=0：SI，DI地址递增；
    • 修改DF：CLD指令/STD指令
  • IF(Interupt Flag )中断标志
    • IF=1：允许中断
  • TF(Trap Flag)陷阱标志（跟踪标志）
    • TF=1：每条指令后引起中断（陷阱，用于单步操作）
    • TF=0：正常工作.

4.段寄存器（16位）

• 作用：段寄存器用存放段的起始地址
• CS（代码段）：指明代码段的起始地址
• SS（堆栈段）：指明堆栈段的起始地址
• DS（数据段）：指明数据段的起始地址
• ES（附加段）：指明附加段的起始地址

1. CS（代码段）

• 指明代码段的起始地址
• 代码段用来存放程序的指令序列
• 指令指针寄存器IP指示下一条指令偏移地址
• 处理器利用CS:IP取得下一条指令

2. SS（堆栈段）

• SS（堆栈段）：指明堆栈段的起始地址
• 堆栈段确定堆栈所在的主存区域
• 堆栈指针寄存器SP指示堆栈栈顶偏移地址
• 处理器利用SS:SP操作堆栈顶的数据

3. DS（数据段）

• DS（数据段）：指明数据段的起始地址
• 数据段存放运行程序所用的数据
• 由内存寻址方式得到操作数偏移地址EA
• 处理器利用DS:EA存取数据段中的数据

4. ES（附加段）

• ES（附加段）：指明附加段的起始地址
• 附加段是附加的数据段，也保存数据：
• 由内存寻址方式得到操作数偏移地址EA
• 处理器利用ES:EA存取附加段中的数据
• 串操作指令将附加段作为目的数存放区

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