接口与通讯技术学习笔记 1-2

[odin_zou]

一、微处理器的编程模型

指微处理器内部用户可访问的寄存器及相应的指令格式。

1.数据寄存器

8086的数据寄存器包括4个16位的寄存器：AX、BX、CX、DX，

它们每个都可以拆分成高8位和低8位独立使用：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。

这四个寄存器除了做通用寄存器之外，每个均有自己特殊的用途。

（1）AX：是累加器，是所有I/O指令都必须使用这个寄存器与接口交换信息。

（2）BX：是基址寄存器，用于对存储器进行间接寻址。

（3）CX：是计数寄存器，在循环指令和串操作指令中作为隐含的计数器。

（4）DX：字除法指令中，存放余数；字乘法指令中，存放乘积的高16位；在用间接寻址方式输入输出指令中，地址必须放在DX中。

2.段寄存器

其对内存采用分段管理，把内存分为若干个段。

例如在逻辑上分为：代码段（CS）、数据段（DS）、附加数据段（ES）、堆栈段（SS），每个段根据需要占用一定的空间段长最多氪达64KB。

段在存储器中的起始地址称为段基地址（段地址、段基址）。

段内偏移量：内存单元相对于段基地址的距离，在寻址内存单元时程序中通常只给偏移量（段由操作系统分配）。

3.指针寄存器和变址寄存器

8086有两个指针寄存器（16位）：堆栈指针（SP）、堆栈基址指针（BP）。

还有两个变址寄存器（16位）：源变址寄存器（SI）、目的变址寄存器（DI）。

SP和BP，与SS寄存器配合，确定堆栈段中的某一个单元。

SP存放栈顶的偏移地址，内容随入栈和出栈操作变化，由微处理器自动修改。

BP用于在访问堆栈内某个单元时，存放该单元在堆栈内的偏移地址。

4.指令指针寄存器IP

用于存放代码段中的偏移地址，与CS配合，确定下一条指令的首地址，取出指令后，由控制器修改IP的内容，使他指向下一条指令；

该寄存器用户不可访问。

5.标志寄存器（Flag，也称为程序状态字PSW）

一般包含两种标志：

（1）状态标志

微处理器根据算数运算、逻辑运算和位移操作的运算结果自动产生的。

（2）控制标志

用户在程序中根据需要，用指令设置的。

8086微处理器中16位的标志寄存器各位的定义（只用到了其中的9位）：

 其中有6个是状态标志位（OF、SF、ZF、AF、PF、CF），3个是控制标志位（DF、IF、TF）

（1）状态标志位

CF：称为进位标志，用于指示计算时，最高有效位向前是否有进位，或者借位。该为为1则表示有进位（或借位）产生，否则没有（字节运算就是D7位，字运算就是D15位）。

PF：称为奇偶标志，该位为1，表示运算结果的低8位中“1”的个数是偶数个，否则就是奇数个。

AF：称为辅助进位标志，用于指示运算时字节的D3位是否向D4位产生进位或借位，主要用作BCD码运算中是否需要进行十进制调整的判断依据。

ZF：称为零标志，运算结果为0，ZF=1；否则ZF=0。

SF：称为符号标志，运算结果为负时SF=1，否则SF=0。

OF：称为溢出标志，如果运算结果发生了溢出（超出了规定的数值范围），OF=1，否则为0。

（2）控制标志位

DF：是方向标志，串操作时用于指示SI和DI的变化方向。DF=0，每次串操作后，SI、DI自动递增；DF=1，每次串操作后，SI、DI自动递减。可用STD指令将DF置1，用CLD指令将DF置0。

IF：是中断允许标志，用于设置处理器是否屏蔽可屏蔽中断。IF=1，允许可屏蔽中断，即开中断；IF=0，屏蔽可屏蔽中断，即关中断。可用STI指令将IF置为1，用CLI指令将IF置为0。

TF：是陷阱（跟踪）标志，用于程序的调试和跟踪。TF=1，单步运行，TF=0，正常执行程序。

 

二、微处理器的工作模式

1.实模式（16位微处理器的工作模式）

存储器地址空间采用实地址，不支持虚存；

使用20位地址，支持1MB的内存空间寻址；

存储器管理采用分段机制，不支持页式管理；

无保护机制，不支持存储器保护功能；

单任务运行，不支持多任务。

2.保护模式（现代微处理器的本机模式）

采用虚拟技术，支持虚存，虚存地址空间可达64TB；

使用32位物理地址，支持4GB的物理内存空间；

采用分段与分页机制，实现虚存管理；

具有保护机制，实现存储器内容的保护与隔离；

基于虚拟机，支持多任务。

3.虚拟8086模式（V86模式）

限制了一些特权指令的执行；

既保持与8086工作模式兼容，又支持保护模式下的保护机制、分页管理及多任务机制。

 

三、现代微处理器的新技术

1.高速缓冲存储技术（Cache）

在CPU和主存之间配置一个小容量、快速的高速缓冲存储器。

弥补了速度上的差异，Cache的存取速度，比主存储器要快上一个数量级，保存经常重复使用或当前要使用的指令或数据。

CPU寻址时，首先在Cache中查找，找到则不需要去访问主存；否则才去主存中寻找。

目前微机内部一般配置多级Cache：

一般第一级称为：L1级（设置在微处理器内部），分为数据Cache和指令Cache。存取速度与主频相当，但是容量较小。

第二级称为：L2级，分为处理器片内Cache和片外Cache，速度比L1级慢，但是容量较大。

2.流水线技术（Pipeline）

就是把每条指令的执行过程分解为多个子过程，每个子过程称为流水线的级（或者段）分别由不同的电路执行，让不同指令的子过程在同一时刻重叠执行，即每一时刻有多条指令同时运行，从而提高处理器的运行效率。

3.精简指令技术（RISC）

减少指令条目，只选用最常用的指令；

简化寻址方式，降低芯片的复杂程度；

统一指令格式，固定指令长度；

设置大量寄存器，以减少访问内存次数，提高运行速度。

4.多核技术（Multi-Core）

即在一个微机系统中使用多个微处理器以提高处理速度和处理能力。

（1）多片多处理器结构

微机系统中使用一组独立（并行）的处理器芯片，各处理器芯片共享内存及总线，又称对称多处理结构SMP。

（2）单芯片多处理器

它是将多个拥有相同功能的处理器整合到一个芯片内，各处理器并行执行不同的进程。