8086CPU内部结构以及与内存和磁盘的关系

Posted 2023-03-02 Mr song song

这是自己学习汇编过程中的笔记，重点是把以前没有弄懂，以前不知道的知识记录下来！

笔记中还是有些参考其他的论坛知识或者书本知识，如有侵权，请告知，马上删除!

1.8086CPU内部结构

8086CPU由两个独立的功能部件组成：

总线接口部件BIU（Bus Interface Unit)

指令执行部件EU (Execution Unit)

如下图所示

指令执行部件（EU)

由算术逻辑单元（ALU）、标志寄存器、通用寄存器组和EU控制器等部件组成。

主要功能是执行指令：

一般顺序执行，EU不断地从指令队列中取指令连续执行，而省去访问存储器取指令的时间。

需要访问存储器取操作数时，EU将访问地址送给BIU后，将要等待操作数到来后才能继续操作；

遇到转移类指令时，要将指令队列中的后续指令作废，等待BIU重新从存储器取出目标地址中的指令代码进入指令队列后，EU才能继续执行指令。

1.算术逻辑单元（ALU）

完成16位或8位的二进制运算；

16位暂存寄存器用来暂存参加运算的操作数。

运算结果通过内部总线送到通用寄存器组或BIU的内部寄存器中等待写入存储器。

经ALU运算后的结果特征置入标志寄存器中保存。

2.EU控制器

负责从BIU的指令队列中取指令，并对指令译码；

根据指令要求向EU内部各部件发出控制命令以完成各条指令的功能。

3.标志寄存器、通用寄存器组

具体的功能和用法参考我上一篇博客汇编基础

总线接口部件（BIU)

由地址加法器、专用寄存器组、指令队列缓冲器和总线控制电路等部件组成；

主要功能是形成访问存储器的物理地址，负责与外部（存储器或I/O接口）打交道。

正常情况下，BIU通过地址加法器形成指令的物理地址，从给定存储器地址中取出指令代码送指令队列缓冲器中等待执行（指令队列缓冲器中出现一个空字节，BIU将自动进行读指令的操作填满队列）

收到EU送来的操作数地址，BIU将立即形成操作数的物理地址，完成读/写操作数或运算结果功能。遇到转移类指令，BIU将指令队列缓冲器中的尚存指令作废，重新从存储器目标地址中取指令送指令缓冲器中。

1.指令队列

可存放6字节的指令代码。一般情况下指令队列中总是填满指令，使EU可不断地得到执行的指令。

2.16位地址加法器

专门用来完成由逻辑地址变换成物理地址的功能。实际上是进行一次地址加法，将两个16位的逻辑地址转换为20位的物理地址，以达到可寻址1M字节的存储空间。

3.总线控制电路

将8086CPU的内部总线与外部总线相连，是8086CPU与外部交换数据的必经之路。包括16条数据总线、20条地址总线和若干条控制总线。

由于EU和BIU可相互独立工作，大部分的取指令和执行指令操作可以重叠进行，故大大减少了等待取指令的时间，提高了微处理器的利用率和整个系统的执行速度。

2.内存

一台PC机中，装有多个存储器芯片，这些存储器芯片从物理连接上看是独立的、不同的器件。从读写属性上看分为两类：

随机存储器（RAM） 随机存储器可读可写，但必须带点存储，关机后存储的内容丢失；

只读存储器（ROM） 只读存储器只能读取不能写入，关机后其中的内容不丢失。

这些存储器从功能和连接上又可分为以下几类：

随机存储器

用于存放供CPU使用的绝大部分程序和数据，主随机存储器一般由两个位置上的RAM组成，装在主板上RAM和扩展槽上的RAM。

装有Bios（Basic Input/Output System，基本输入/输出系统）的ROM

BIOS是由主板和各类接口卡（如显卡、网卡等）厂商提供的系统软件，可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些接口上插有存储相应BIOS的ROM。例如，主板上的ROM中存储着主板的BIOS（通常称为系统BIOS）；显卡上的ROM中存储着显卡的BIOS；如果网卡上装有ROM，那其中就可以存储网卡的BIOS。

接口卡上的RAM

某些接口卡需要对大批量输入、输出数据进行暂时存储，在其中装有RAM。最典型的是显示卡上的RAM，一般称为显存。显示卡随时就将显示中的数据向显示器上输出。换句话说，我们将需要显示的内容写入显存，就会出现在显示器上。

如图所示，PC系统中各类存储器的逻辑连接情况

上述的那些存储器，在物理上是独立的器件，但是在以下两点上相同。

都和CPU的总线相连

CPU对它们进行读写的时候都通过控制总线发出内存读写命令

这也是说，CPU在操纵它们的时候，把它们都当作内存来对待，把它们总的看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器，这个逻辑存储器就是我们所说的内存地址空间。

如图所示，CPU将系统中各类存储器看作一个逻辑存储器；

所有的物理存储器被看作一个由若干存储单元组成的逻辑存储器，每个物理存储器在这个逻辑存储器中占有一个地址段，即一段地址空间。CPU在这段地址空间中读写数据，实际上就是在相对应的物理存储器中读写数据。

3.磁盘（外存）

外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。

这些存储器和CPU的运行没有直接关系！