Архитектура микропроцессора Intel 8086

Абрамов А.Д.

А 16 Исследование процессов ввода/вывода информации и системы команд микропроцессоров семейства Intel 80×i86: учеб.-метод. пособие / А.Д.Абрамов, В.Н. Ворожейкин.- Самара: Самар. гос.техн. ун-т, 2013.-..с.:ил.

Исследуются способы адресации данных и методы, выполняющие tпередачи этих данных между регистрами процессора, оперативной памятью и устройствами ввода/вывода – клавиатурой и монитором, а также арифметические и логические операции.

Методические указания рассчитаны на студентов специальности 090900, 210400 и других родственных специальностей.

.

УДК 681.32

А 16

Рецензенты:

© А.Д. Абрамов, В.Н. Ворожейкин, 2013

© Самарский государственный

технический университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Современная техника представляет собой сложные технические системы,

реализованные на базе микроэлектроники и средств вычислительной техники. Вычислительные средства являются важнейшей составной частью современной радиоэлектронной аппаратуры. Широкий спектр применения вычислительных средств для процессов обработки информации и управления различными техническими устройствами и технологическими процессами определяется появлением у конструкторов и программистов доступных по цене и миниатюрных по размерам микропроцессоров.

Появление в 1971 г. первого четырёхразрядного микропроцессора было настолько стремительно, что он опередил появление в 1972 г. нового технического термина «микропроцессор». Влияние нового устройства на технические системы можно сравнивать лишь с транзисторами, которые своим появлением открыли новую техническую эру. По мнению ведущих экспертов, микропроцессоры (МП) и программируемые логические интегральные микросхемы (ПЛИС) будут определять передовые направления развития радиоэлектронной аппаратуры на ближайшие десятилетия.

Микропроцессор – это программно управляемая сверхбольшая интегральная схема (СБИС), предназначенная для обработки цифровой информации. Обладая размерами 4×4×0,2мм, а в перспективе и меньшими, кристалл МП (ЧИП) содержит сотни тысяч транзисторов и выполняет функции, свойственные важнейшему узлу ЭВМ – процессору.

Микропроцессоры революционизировали вычислительную технику в том отношении, что она стала более дешёвой, массовой и надёжной, её применение оказывается эффективным практически во всех областях народного хозяйства.

Создателем первого микропроцессора является американский инженер

Т. Хофф, который переподчинил функции, выполняемые несколькими специализированными микросхемами в проектируемом калькуляторе, универсальному процессору. Использование программного обеспечения вместо традиционной электронной логики позволило значительно сократить общее количество транзисторов и вывело на путь создания универсального устройства – центрального процессора. Идея оказалась очень удачной, и в 1971 г. фирма «Интел» выпустила на рынок первую партию интегрального микропроцессора 4004. Хотя конструкция МП 4004 с позиции сегодняшнего дня представляется очень простой, его значение для будущей техники оказалось огромным. Фактически с появлением первого микропроцессора началась новая эра в создании различных радиоэлектронных систем различного назначения.

За 30 лет своего развития основные параметры микропроцессоров значительно изменились. Усилия разработчиков МП были сосредоточены на повышении быстродействия, разрядности арифметико-логических устройств (АЛУ) и совершенствования архитектуры МП.

ЦЕЛЬ РАБОТ

Целью данных лабораторных работ является изучение процессов ввода/вывода информации в (из) память ЭВМ с использованием стандартных устройств (клавиатуры и экрана монитора), а также исследование системы команд микропроцессоров семейства Intel 80×i86 и Pentium и разработка программ на языке ASSEMBLER.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Архитектура микропроцессора Intel 8086.

На основе n-МОП технологии с кремниевыми затворами фирмой Intel был создан однокристальный 16-разрядный МП 8086 (отечественный аналог - МП КМ1810ВМ86). Производительность этого микропроцессора при тактовой частоте 5 МГц составляет 2,5 миллиона операций типа регистр-регистр в секунду. В дальнейшем будем называть его ВМ86. Отметим, что архитектура этого микропроцессора легла в основу разработки последующих поколений микропроцессоров, выпускаемых фирмами Intel, AMD и т. д. Поэтому изучение микропроцессорных средств персональных ЭВМ, а также основ разработки программ для них на языке ASSEMBLER, целесообразно начинать с изучения архитектуры ВМ86, системы его команд и способов адресации. Важно отметить, что программы написанные под эту архитектуру, прекрасно работают и на современных персональных ЭВМ, использующих микропроцессоры отмеченных выше фирм.

Архитектура ВМ86 имеет следующие особенности: выполнение аппаратными средствами арифметических операций над 8 и 16-разрядными двоичными числами со знаком и без знака, десятичными двоично-кодированными числами, логические операции над цепочками данных, расширенные возможности работы с отдельными разрядами слов; наличие 16-разрядного АЛУ с аппаратной реализацией умножения и деления; регистровая структура; практически неограниченное число уровней векторногопрерывания; сегментная адресация, позволяющая прямо адресовать одно-мегабайтовую память, производить динамическое перемещение программ; использование одного уровня напряжения питания 5В. На рис.1 представлена архитектура центрального процессора ВМ86.

Регистры управления и рабочие регистры разделены на три группы в соответствии с выполняемыми ими функциями. Имеются группа регистров данных, указательная группа и сегментная группа. Все регистры имеют длину 16 бит. Регистром команд служит 6- байтная очередь. В группу регистров данных входят регистры АХ, ВХ, СХ и DX. Они предназначены для хранения операндов и результатов операций и допускают адресацию не только целых регистров, но и их младшей L и старшей Н половин.

Рис. 1. Архитектура центрального процессора ВМ86.

Регистры ВХ, СХ и DX кроме арифметических функций имеют и специальные назначения: ВХ служит базовым регистром в вычислениях адреса, СХ в некоторых командах выступает неявным счетчиком, DX в некоторых операциях ввода-вывода содержит адрес порта ввода-вывода.

Указательная и индексная группы представлены регистрами IP, SP, BP, SI и DI. Указатель команды IP и регистр SP фактически являются программным счетчиком и указателем стека. Однако полные адреса команды и стека образуются суммированием содержимого этих регистров и регистров CS и SS. Регистр ВР является базовым при обращении к стеку. Регистры SI и DI предназначены для индексирования. Хотя их можно использовать сами по себе, они часто используются в комбинации с регистрами ВХ, ВР и (или) смещением. Любой из указателей, кроме IP, может хранить 16- разрядный операнд.

Регистр признаков - Flag (F), приведенный на рис. 2, имеет 16 разрядов.

Рис.2. Формат регистра флагов

В регистре признаков формируются:

а) признаки результата: переполнение OF (операции с целыми числами); знака результата SF; нуля ZF; вспомогательного переноса AF (перенос из третьего или заем из четвертого разряда); четности PF (четное число единиц в младшем байте результата); переноса CF (перенос из старшего или заем в старший разряд результата;

б) признаки управления: пошагового режима TF (управление пошаговыми прерываниями); разрешения прерывания IF (разрешение или запрещение направления DF (указывает направление обработки цепочки данных, начиная с элемента с наименьшим адресом при DF= 0 или с наибольшим адресом при DF = 1)), где:

OF - флажок переполнения;

DF - флажок направления сканирования;

IF - флажок разрешения прерывания;

TF - флажок пошагового режима;

SF - флажок знака;

ZF - флажок нуля;

AF - флажок вспомогательного переноса;

PF - флажок четности;

CF - флажок переноса.

Память имеет байтовую организацию - двухбайтовое слово размещается в смежных ячейках, причем старший байт занимает ячейку с большим номером. Адресом слова служит адрес младшего байта. Рекомендуется, для повышения скорости обработки данных, размещать слова по четным адресам.

Поиск по сайту: