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8086計算機組織結(jié)構(gòu)

發(fā)布時間：2020-04-07 00:07:50 來源：網(wǎng)絡(luò) 閱讀：1106 作者：TheRoodToDeath 欄目：移動開發(fā)

8086計算機組織結(jié)構(gòu)

　　1．課前思考
　?。?） 微計算機系統(tǒng)一般包括哪兩部分？  答：軟件于硬件系統(tǒng)
　?。?） 8086微處理器主要由哪幾部分組成？它們的功能是什么？
　　（4） 在Intel系列微型機中是如何編址的？
　　（5） 一個字節(jié)和一個字在存儲器中是如何存儲的？
　　（6） 字單元的地址是偶數(shù)或是奇數(shù)時，訪問存儲器有什么不同？
　?。?） 8086微型機可以訪問的最大存儲空間是多少？應(yīng)用幾位地址來表示？
　?。?） 在8086微機中，如何提供20位的地址？如何形成物理地址？
　?。?） 8086微機中，存儲器空間可分為幾種邏輯段？每段的可尋址空間是多大？段地址存放在哪些寄存器中？
　　（10） CPU中有哪幾類寄存器，它們各自的專門用途是什么？
　?。?1） 條件碼標(biāo)志和控制標(biāo)志各包含幾位？它們每位所表示的意義是什么？
　?。?2） 什么是DOS和BIOS功能調(diào)用？

　　2．學(xué)習(xí)目標(biāo)
　　了解計算機系統(tǒng)的主要組成部分；掌握存儲器地址分段的方法以及存儲單元物理地址的形成方法；熟悉8086各類寄存器的用途；熟悉標(biāo)志寄存器各標(biāo)志位的意義。

　　3．學(xué)習(xí)指南
　　本章內(nèi)容是匯編語言程序設(shè)計所需要了解的硬件知識，已熟悉計算機基本原理的學(xué)員可直接學(xué)習(xí)后面的章節(jié)。

　　4．難重點
　　存儲器分段；存儲器單元物理地址的形成；各寄存器的用途。 

　　5．知識點
　　2.1 80x86微處理器系列概況

　　2.2 基于8086的微計算機系統(tǒng)
　● 8086微處理器的基本組成 
　● 微計算機的軟件系統(tǒng)

　　2.3 8086寄存器組
　● 通用寄存器
　● 專用寄存器
　● 段寄存器

　　2.4 8086微處理器的存儲器管理
　● 存儲單元的地址和內(nèi)容
　● 存儲器分段管理

　　2.5 外部設(shè)備
　● I/O端口
　● DOS和BIOS功能調(diào)用


 

1．從8080/8085到8086
　　8080計算機組織介紹

8086是1978年Intel公司推出的16位微處理器。與其前一代8位微處理器8080/8085相比，8086有如下幾點進步：
　?。?）8086有16位數(shù)據(jù)總線，處理器與外部傳送數(shù)據(jù)時，一次可傳送16位二進制數(shù)，而8080/8085一次只能傳送8位。 
　?。?）8086的尋址空間從8080/8085的64K字節(jié)提高到1M字節(jié)。 
　?。?）8086采用了流水線技術(shù)，而8080/8085是非流水線結(jié)構(gòu)。在一個具有流水線結(jié)構(gòu)處理器的系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)處理器的內(nèi)部操作與存儲器或I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作重疊進行，從而提高了處理器的性能。 

　　2．從8086到8088 
　　8086的內(nèi)部寄存器、功能部件、數(shù)據(jù)通路以及對外的數(shù)據(jù)總線均為16位寬度，它的出現(xiàn)是計算機技術(shù)上一個很大的進步。但是，當(dāng)時已有的微處理器外圍配套芯片的數(shù)據(jù)總線都是8位的，為了使用這些8位的外圍芯片組成系統(tǒng)，Intel公司又推出了8088微處理器。8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8086基本相同，也提供16位的處理能力，但對外的數(shù)據(jù)總線設(shè)計成8位。 

　　1981年IBM公司選擇8088微處理器作為核心來設(shè)計IBM PC微計算機系統(tǒng)，推向市場后獲得了巨大的成功，為后來的80x86系列微處理器成為主流微計算機的處理核心打下了基礎(chǔ)。 

　　3．80286、80386到Pentium微處理器 
　　由于用戶對PC機性能的要求迅速提高，Intel公司在1982年推出了80286微處理器，它仍然是16位結(jié)構(gòu)。80286的內(nèi)部及外部數(shù)據(jù)總線都是16位的，但它的地址線是24位的，可尋址16M字節(jié)的存儲空間。80286有兩種工作方式，即實模式和保護模式。實模式與8086工作方式相同，但速度比8086快。保護模式除了仍具有16M字節(jié)的存儲器物理地址空間外，她還能為每個任務(wù)提供1G（230）字節(jié)的虛擬存儲器地址空間。保護方式把操作系統(tǒng)及各任務(wù)所分配到的地址空間隔離開，避免程序之間的相互干擾，保證系統(tǒng)在多任務(wù)環(huán)境下正常工作。

　　80386是1985年研制出的一個32位微處理器，內(nèi)部及外部數(shù)據(jù)總線均為32位，地址線也為32位，因此它可處理4G（232）字節(jié)的物理存儲空間。80386為每個任務(wù)提供的虛擬存儲空間增加到64T（246）字節(jié)。

　　1989年Intel公司又研制出新一代的微處理器80486，80486芯片內(nèi)除了有一個與80386相同結(jié)構(gòu)的主處理器外，還集成了一個浮點處理部件FPU以及一個8K字節(jié)的高速緩沖存儲器（cache），使80486的計算速度和總體性能比80386有了明顯的提高。

　　1993年Intel公司又推出了Pentium微處理器，此后幾乎每兩年就推出一個新型號，至今市場上的Intel微處理器已是PentiumⅣ。由此可見，微處理器芯片的發(fā)展速度是非常快的。在微處理器的發(fā)展過程中，芯片主頻越來越快，尋址空間越來越大，數(shù)據(jù)和地址總線也越來越寬，加之許多體系結(jié)構(gòu)方面的改進措施，如流水線結(jié)構(gòu)、存儲器層次結(jié)構(gòu)等，使微計算機的性能大大提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛。

2.2 基于8086的微計算機系統(tǒng)

　　計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。微計算機的硬件有包括中央處理器（CPU）的微處理器芯片、存儲器（MEMORY）、輸入/輸出（I/O）接口三部分組成。軟件是各種程序的總和，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

　　2.2.1 8086微處理器的基本組成
　
　　Intel 8086微處理器是一個16位結(jié)構(gòu)，從圖2.1中可以看出，整個微處理器分成兩大功能部件，即執(zhí)行部件（Execution Unit，EU）與總線接口部件（Bus Interface Unit，BIU）。EU與BIU通過內(nèi)部總線連接，它們既可協(xié)同工作，又可獨立工作。當(dāng)EU與BIU各自獨立工作時，就體現(xiàn)出8086內(nèi)部操作具有并行性的特征。


　　1. 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(biāo)志寄存器以及控制電路組成。


　　2. 總線接口部件（BIU）
　　總線接口部件BIU負(fù)責(zé)與存儲器、I/O接口電路連接，并形成20位的地址碼和16位的數(shù)據(jù)，通過總線進行數(shù)據(jù)傳送。BIU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。
2.2.2 微型計算機的軟件系統(tǒng)
　
　　計算機軟件是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，它可以分成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。

　　1． 系統(tǒng)軟件
　　系統(tǒng)軟件是由計算機生產(chǎn)廠家提供給用戶的一組程序，這些程序是控制和協(xié)調(diào)計算機及其外部設(shè)備，支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運行的各種軟件。
　　
　　操作系統(tǒng)使系統(tǒng)軟件的核心，它的功能是統(tǒng)一管理和分配計算機的軟、硬件資源，提高計算機的工作效率。同時，為程序員提供方便、有效和可靠的計算機工作環(huán)境。目前微機上廣泛使用的是Windows系列的操作系統(tǒng)。圖2.2表示了系統(tǒng)軟件的主要組成部分。
·文件管理系統(tǒng)：用來處理存儲在外存儲器中的大量信息，它可以和外存儲器的設(shè)備驅(qū)動程序相連接，對存儲在其中的信息以文件（File）的形式進行取、復(fù)制及其他管理操作。

　　·I/O驅(qū)動程序：用來對I/O設(shè)備進行控制或管理。

　　·文本編輯程序：用來建立、輸入或修改文本，并使它存入內(nèi)存或硬盤中。
文本是指由字母、數(shù)字、符號等組成的信息，它可以是一個用匯編語言編寫的程序（稱為匯編語言源程序），也可以是一組數(shù)據(jù)或一份報告。

　　·翻譯程序：用于編寫程序的計算機語言可分為三類：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是用二進制代碼指令來表示各種操作的計算機語言，它由0、1代碼組成，可由計算機直接識別。
　　
　　匯編語言是一種用符號表示指令的程序設(shè)計語言，用它編寫的程序必須由匯編程序翻譯成機器語言程序，才能被計算機執(zhí)行。匯編程序有MASM、TASM等多種版本。

　　高級語言是接近于人類自然語言和數(shù)學(xué)表示的程序設(shè)計語言，用它編寫的程序也必須翻譯成機器語言才能在機器上執(zhí)行。高級語言的翻譯程序有兩種方式：一種是編譯程序，另一種是對高級語言程序邊解釋邊執(zhí)行的解釋程序。

　　·連接程序：用來把要執(zhí)行的程序與庫文件或其他已經(jīng)編譯或翻譯好的子程序（能完成一種獨立功能的程序模塊）連接在一起，形成機器能執(zhí)行的程序。

　　·裝入程序：用來把程序從外存儲器裝入到內(nèi)存儲器，以便機器執(zhí)行。

　　·調(diào)試程序：是系統(tǒng)提供給用戶調(diào)試程序的一種工具，微機上常用的調(diào)試程序是DEBUG，它有裝入、修改、顯示、單步執(zhí)行和反匯編等調(diào)試功能。

　　·系統(tǒng)程序庫：各種標(biāo)準(zhǔn)程序、子程序和一些文件的集合稱為程序庫，它可以被系統(tǒng)程序或用戶程序調(diào)用。操作系統(tǒng)還允許用戶建立程序庫，以提高不同類型用戶的工作效率。

　　2． 應(yīng)用軟件
　　應(yīng)用軟件是直接服務(wù)于用戶的程序系統(tǒng)，一般分為兩類。一類是為特定需要開發(fā)的實用程序，如財務(wù)軟件，訂票系統(tǒng)等；另一類是為了方便用戶使用而提供的軟件工具，如用于系統(tǒng)維護的PCTOOLS、NORTON，用于輔助設(shè)計的AUTOCAD，用于字表處理的的EXCEL等。
3． 段寄存器

　　8086微處理器共有4個16位的段寄存器，在尋址內(nèi)存單元時，用它們直接或間接地存放段地址。
　　代碼段寄存器CS：存放當(dāng)前執(zhí)行的程序的段地址。
　　數(shù)據(jù)段寄存器DS：存放當(dāng)前執(zhí)行的程序所用操作數(shù)的段地址。
　　堆棧段寄存器SS：存放當(dāng)前執(zhí)行的程序所用堆棧的段地址。
　　附加段寄存器ES：存放當(dāng)前執(zhí)行程序中一個輔助數(shù)據(jù)段的段地址。
1．存儲單元的地址和內(nèi)容
　　計算機存儲信息的基本單位是一個二進制位（bit）。一位可存儲一個二進制數(shù)：0或1，每8位組成一個字節(jié)。
微機中常用的數(shù)據(jù)類型有：
　　·字節(jié)：存儲器中存取信息的基本單位。我們常說某存儲器容量是64MB，就是說該存儲器有64M（1M=220）個字節(jié)。其位編號如圖2.5（1）所示。
　　·字：一個字16位，占用兩個字節(jié)，8086的字長就是16位的。一個字的位編號如圖2.5（2）所示。
　　·雙字：一個雙字32位，由4個字節(jié)組成。其位編號如圖2.5（3）所示。
　　·四字：一個四字64位，由8個字節(jié)組成。其位編號如圖2.5（4）所示。

　在8086中，段寄存器和與其對應(yīng)存放偏移地址的寄存器之間有一種默認(rèn)的組合關(guān)系，如下所示：

　　 　　　　　　　段寄存器 　　　　　　　　　　　　偏移地址寄存器
　　　　　　　　　8086計算機組織結(jié)構(gòu)
　　 　 　　　　　　　CS 　　　　　　　　　　　　　　　　 IP
　　　　　　　　　　　SS　　　　　　　　　　　　　　　　SP或BP
　　　　　　　　　　　DS 　　　　　　　　　　　　　　 BX、DI、SI 
　　　　　　　　　　　ES 　　　　　　　　　　　　　　DI（用于串指令）

　　在這種默認(rèn)的組合下，程序中不必專門指定其組合關(guān)系，但程序如用到非默認(rèn)的組合關(guān)系，則必須用段跨越前綴（如ES:）加以說明。

 　2.5 外部設(shè)備
　
　　計算機運行時的程序和數(shù)據(jù)以及所產(chǎn)生的的結(jié)果都要通過輸入/輸出設(shè)備與人交互，或者保存在大容量的外存儲器中，因此輸入/輸出設(shè)備（或簡稱外部設(shè)備）是計算機必不可少的組成部分，對外設(shè)進行有效的管理和信息傳輸是匯編語言的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。

　　從圖2.1可見，外部設(shè)備與主機（微處理器和存儲器）的通信是通過外設(shè)接口進行的。每個接口包括一組寄存器。一般說來，這些寄存器有三種不同的用途：

　　1. 數(shù)據(jù)寄存器：用來存放要在外設(shè)和主機間傳送的數(shù)據(jù)，這種寄存器實際上起緩沖器的作用。
　　2. 狀態(tài)寄存器：用來保存外部設(shè)備或接口的狀態(tài)信息，以便微處理器在必要時測試外設(shè)狀態(tài)，了解外設(shè)的工作情況。 
　　3. 命令寄存器：CPU給外設(shè)或接口的控制命令通過此寄存器送給外部設(shè)備。例如，CPU要啟動磁盤工作，必須發(fā)出啟動命令等。

　　各種外部設(shè)備都有以上三種類型的寄存器，只是每個接口所配備的寄存器數(shù)量是根據(jù)設(shè)備的需要確定的。

　　為了便于主機訪問外設(shè)，外設(shè)中的每個寄存器給予一個端口地址（又稱端口號），由這些端口地址組成了一個獨立于內(nèi)存儲器的I/O地址空間。80x86的I/O地址空間可達64KB，所以端口地址的范圍是0000～FFFFH，用16位二進制代碼來表示。端口可以是8位或16位。

　　在80x86系列機中，由于I/O地址空間是獨立編址的，所以系統(tǒng)提供了訪問外設(shè)的輸入/輸出指令I(lǐng)N和OUT。

　　為了便于用戶使用外設(shè)，8086提供了兩種類型的例行程序供用戶調(diào)用。一種是BIOS（Basic Input/Output System），另一種是DOS（Disk Operating System）功能調(diào)用。它們都是系統(tǒng)編制的子程序，通過中斷方式轉(zhuǎn)入所需要的子程序去執(zhí)行。用戶通過調(diào)用DOS或BIOS例行程序來實現(xiàn)對外設(shè)的訪問，降低了程序設(shè)計的復(fù)雜程度，縮短了開發(fā)周期。

【本章小結(jié)】
　
　　1．計算機系統(tǒng)
　　計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件結(jié)構(gòu)包括80X86微處理器、存儲器和I/O子系統(tǒng)，這三個主要部分由系統(tǒng)總線連接在一起。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，主要對系統(tǒng)的硬、軟件資源進行管理，其中匯編程序是將匯編語言程序翻譯成機器語言程序的一種系統(tǒng)程序。

　　2．存儲器
　　存儲器以字節(jié)為單位存儲信息，一個字節(jié)單元對應(yīng)一個地址編碼，地址碼用無符號整數(shù)來表示。8086微型機既能處理8位數(shù)據(jù)（字節(jié)），也能處理16位數(shù)據(jù)（字），字?jǐn)?shù)據(jù)存儲在連續(xù)的兩個字節(jié)單元中。

　　存儲空間在邏輯上分為代碼段、數(shù)據(jù)段、附加段和堆棧段，每個段可尋址64KB，段的起始地址分別由段寄存器CS、DS、ES、SS給出，段內(nèi)地址稱為偏移地址。

　　存儲器單元的物理地址（20位）的計算：物理地址=段地址×24+偏移地址。

　　存儲器的分段是很靈活的，各段之間可以相互獨立，也可以互相重疊。

　　3．8086寄存器組
　　8086寄存器按功能可分為：①通用數(shù)據(jù)寄存器（AX、BX、CX、DX、AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL）②指針及變址寄存器（SP、BP、SI、DI）③段寄存器（CS、DS、ES、SS）④專用寄存器（IP、FLAGS）

　　4．外部設(shè)備
　　外設(shè)接口負(fù)責(zé)微處理器對I/O設(shè)備的控制和信息的傳送，每個接口包括一組寄存器，分別存放控制信息、狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息。

　　外設(shè)中的寄存器都分配一個端口地址，CPU與外設(shè)交換信息用兩條專門的輸入輸出指令I(lǐng)N和OUT來完成。

　　BIOS和DOS功能調(diào)用是系統(tǒng)提供給用戶的例行程序，這些例行程序給程序員提供了易于使用的直接對硬件操作的子功能，程序員編程時可直接中斷調(diào)用這些功能，而不必了解硬件操作的具體細(xì)節(jié)。

向AI問一下細(xì)節(jié)

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