微機(jī)試卷第二章8086系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、微機(jī)系統(tǒng)與接口第2章 8086系統(tǒng)結(jié)構(gòu)華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院2012-3-31116位微處理器基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引腳引腳功能復(fù)用提高引腳利用率。如：數(shù)據(jù)雙向傳輸可由“讀寫”信號(hào)來(lái)控制，決定數(shù)據(jù)處于輸入還是輸出狀態(tài)單總線、累加器結(jié)構(gòu)由于面積限制，使微處理器內(nèi)部寄存器的數(shù)目，數(shù)據(jù)通路位數(shù)受到限制可控三態(tài)電路采用可控三態(tài)電路與總線相連，當(dāng)微處理器外部總線同時(shí)連接多個(gè)部件，可避免總線和信號(hào)串?dāng)_，不工作器件所連的三態(tài)電路處于總線分時(shí)復(fù)用狀態(tài)地址總線和數(shù)據(jù)總線使用了相同的引腳，節(jié)省了引腳，但操作時(shí)間增加了2指令執(zhí)行的一般過(guò)程取指令指令譯碼操作數(shù)執(zhí)行指令存放結(jié)果32.1 8086 CPU結(jié)構(gòu)BIU和EU并行工

2、作4順序工作方式CPUBUS5忙碌忙碌取指令1分析指令1執(zhí)行指令1取指令2分析指令2執(zhí)行指令2并行流水線工作方式CPUBIU6忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌取指令1分析指令1執(zhí)行指令1取指令2分析指令2執(zhí)行指令2取指令3分析指令3執(zhí)行指令31 總線接口部件BIU功能物理地址形成、取指令、指令排隊(duì)、讀寫操作數(shù)、總線控制組成16位段地址寄存器16位指令指針寄存器20位物理地址加法器總線控制邏輯6字節(jié)指令隊(duì)列工作過(guò)程形成物理地址，發(fā)讀信號(hào)（/RD），取指令送入指令隊(duì)列7指令執(zhí)行部件BU(Execution Unit)功能指令譯碼、執(zhí)行指令組成算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU標(biāo)志寄存器PSW寄存器組EU控制器工作過(guò)程從B

3、IU的指令隊(duì)列取得指令、進(jìn)行譯碼、執(zhí)行指令82.1.2 寄存器結(jié)構(gòu)寄存器的作用存放運(yùn)算過(guò)程中所需要的操作數(shù)地址、操作數(shù)及中間結(jié)果寄存器的特點(diǎn)存取速度比分類通用寄存器組器快得多指針和變址寄存器段寄存器指令指針及標(biāo)志位寄存器92.1.2 寄存器結(jié)構(gòu)AX 累加器 Accumulator BX 基址寄存器Base CX 計(jì)數(shù)寄存器Count DX 數(shù)據(jù)寄存器Data數(shù)據(jù)寄存器通用寄存器源變址寄存器 Source Index變址寄存器目的變址寄存器 Destination Index基址指針寄存器 Base Po堆棧指針寄存器 Stack Po指針寄存器數(shù)據(jù)段寄存器Data Segment附加段寄存器E

4、xtra Segment堆棧段寄存器Stack Segment代碼段寄存器Code Segment段寄存器指令指針寄存器Instruction Poer控制寄存器PSW狀態(tài)標(biāo)志寄存器Prosor Sus Word10IPDSESSSCSSPBPSIDIAHALBHBLCHCLDHDL1 通用寄存器組4個(gè)l6位通用寄存器AX、BX、CX、DX存放16位數(shù)據(jù)或地址也可分為8個(gè)8位寄存器低8位是AL、BL、CL、DL高8位為AH、BH、CH、DH只能存放8位數(shù)據(jù)不能存放地址某些通用寄存器用作專門用途11158 70AX累加器BX基址寄存器CXDX計(jì)數(shù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器通用寄存器AHALBHBLCHCL

5、DHDL1 通用寄存器組AX（累加器）中間運(yùn)算結(jié)果也多放于AX中所有I/O指令都通過(guò)AX與接口傳送信息BX（基址寄存器）在間接尋址中用于存放CX（計(jì)數(shù)寄存器）址用于在循環(huán)或串操作指令中存放計(jì)數(shù)值CL在移位/循環(huán)移位指令中用作移位次數(shù)寄存器DX（數(shù)據(jù)寄存器）在間接尋址的I/O指令中存放I/O端口地址在32位乘除法運(yùn)算時(shí)，存放高16位數(shù)122 指針和變址寄存器4個(gè)16位寄存器：用于堆棧操作和變址運(yùn)算，存放段內(nèi)地址偏移量BP、SP稱為指針寄存器，與SS聯(lián)用BP：基址指針寄存器例：MOVAX，BP ；寄存器間接尋址，物理地址=16SS+BPSP：堆棧指針寄存器，內(nèi)容為棧頂?shù)钠频刂?；在堆棧段?nèi)（SS）

6、，SPSP-2，指例：PUSH向棧頂AXSI、DI稱為變址寄存器，與DS/ES聯(lián)用例：MOV（或DI）AX，SI（或DI） ；物理地址=16DS+SI在串指令中，SI、DI均為隱含尋址例：MOVS目的串（DI），源串（SI）SI與DS聯(lián)用，DI與ES聯(lián)用133 段寄存器4個(gè)16位段寄存器代碼段寄存器CS數(shù)據(jù)段寄存器DS堆棧段寄存器SS附加段寄存器ES。作用：給出相應(yīng)邏輯段的首地址，即“段基址”CS：存放可執(zhí)行的指令代碼DS：存放操作的數(shù)據(jù)ES：存放操作的數(shù)據(jù)SS：開辟為程序執(zhí)行中所要用的堆棧區(qū)物理地址的形成：16段基址+段內(nèi)偏移地址144 指令指針寄存器IP16位寄存器存放將要執(zhí)行的下一條指令

7、在現(xiàn)行代碼段中的偏移地址注意：8086程序不能直接IP，但可以由某些指令修改。例如，中斷指令、調(diào)用指令、跳轉(zhuǎn)指令155 標(biāo)志寄存器Flags狀態(tài)標(biāo)志(6個(gè))CF、PF、AF、ZF、SF、OF表示運(yùn)算后結(jié)果的狀態(tài)特征，影響后面的操作控制標(biāo)志(3個(gè))TF、IF、DF控制CPU操作。1643210OFDFIFTFSFZFAFPFCF5 標(biāo)志寄存器FlagsCF (Carrv Flag)：進(jìn)位標(biāo)志位有進(jìn)位或借位時(shí)，CF1最PF (Parity Flag)：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位運(yùn)算結(jié)果的低8位有偶數(shù)個(gè)“1”時(shí)，PF1有奇數(shù)個(gè)“1”時(shí)，PF 0AF(Auxiliary Flag)：輔助進(jìn)位標(biāo)志位低4位向高4位進(jìn)

8、化或借位時(shí)，AF1AF一般用在BCD碼運(yùn)算中175 標(biāo)志寄存器FlagsZF(Zero Flag)：全零標(biāo)志位本次運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，ZF1；否則ZF 0SF(Sign Flag)：符號(hào)標(biāo)志位為1時(shí)，SF1，結(jié)果為負(fù)；否則SF本次運(yùn)算結(jié)果的最0，結(jié)果為正OF(Overflow Flag)：溢出標(biāo)志位本次運(yùn)算過(guò)程中產(chǎn)生溢出時(shí)，OF 1有符號(hào)數(shù)范圍為-128+127，字運(yùn)算結(jié)果的范圍為-32768，超過(guò)此范圍為溢出185 標(biāo)志寄存器FlagsTF (Trap Flag)：?jiǎn)尾綐?biāo)志位設(shè)置單步工作方式。TF1時(shí)，每執(zhí)行一條指令，就自動(dòng)產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷，使用戶能逐條程序進(jìn)行調(diào)試IF (errupt Flag

9、)：中斷標(biāo)志位IF1時(shí)，允許CPU響應(yīng)可應(yīng)外設(shè)有中斷申請(qǐng)中斷；IP0時(shí)， CPU不響DF(Direction Flag)：方向標(biāo)志位控制串操作指令中地址指針變化方向。DF0，地址指針自動(dòng)增量；DF1，地址指針自動(dòng)減量。STD指令使DF置 “1”，CLD指令使DF置“0”19例0101 0011 1001 01001000 1000 1000 0001+CF= 0AF= 0SF= 1OF=0 PF= 0ZF= 01101 1100 0001 01012002.2引腳8086CPU的引腳及其功能GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4

10、 AD3 AD2 AD1 AD0 NMIR CLKGNDVCC AD15 AD16/ S3 AD17/ S4 AD18/ S5AD19/ S616條數(shù)據(jù)線20條地址線（低16位和數(shù)據(jù)線復(fù)用）17根控制線電源和地線封裝：雙列直插工作模式：最小模式（單機(jī)系統(tǒng)）：系統(tǒng)中控制信號(hào)由8086提供最大模式（多處理機(jī)系統(tǒng)）：系統(tǒng)中控制信號(hào)由總線控制器8288提供BHE/ S7 MN/ MX RDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK) M/ IO (S2)DT/ R (S1)DEN (S0)ALE (QS0)A (QS1)TEST READYRESET2114023933843753

11、663573483393210 80863111CPU30 122913281427152616251724182319222021引腳及其功能指令執(zhí)行單元總線接口單元工作模式由MN/MX引線的BHE/S7 A19/S6A16/S3狀態(tài)決定。MN/MX=0最大模式MN/MX=1AD15 AD0A RD WRDT/RDENALE最小模式22CLK RESET READY MN/MX GNDTESTR NMI RQ / GT2HOLDHLDA控制電路LOCK QS0 QS1 S2 S1 S0六字節(jié)指令隊(duì)列總線接口ALUFLAGS寄存器組通用寄存器組（8個(gè)16位寄存器）地址線和數(shù)據(jù)線AD0AD7：低

12、8位地址和低8位數(shù)據(jù)信號(hào)分時(shí)復(fù)用。在傳送地址信號(hào)時(shí)為單向，傳送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)為雙向。A16-A19：高4位地址信號(hào)，與狀態(tài)信號(hào)分時(shí)復(fù)用。A8A15 ：8位地址信號(hào)23WR： 寫信號(hào)；RD：讀信號(hào)；IO/M：為“0”表示為“1”表示內(nèi)存，接口；DEN： 低電平有效時(shí)，允許進(jìn)行讀/寫操作；DT/R：數(shù)據(jù)收發(fā)器的傳送方向控制；ALE：地址鎖存信號(hào)；RESET：復(fù)位信號(hào)242.3 8086器組織器的要求：以字節(jié)為00000信息，64KB0F每個(gè)址。單元有唯一的地1000064KB1F分段管理的原因：80868088系統(tǒng)的空間lM字節(jié)(即220，要20位物理地址)CPU內(nèi)部寄存器只有16位（只能尋址64K字

13、節(jié)）F0000FF64KB整個(gè)輯段中間分成許多邏250段1段15段分段管理每段容量不超過(guò)64K字節(jié)允許各個(gè)邏輯段在整個(gè)間中浮動(dòng)00000空邏輯段164KB邏輯段264KB邏輯段364KB邏輯段1起點(diǎn)段和段之間可以連續(xù)，也可以分開或單元的實(shí)際地址：段地址+段內(nèi)偏移地址（IBM PC機(jī)規(guī)定段的首地址必須從每小段 (paragraph)的首地址開始，機(jī)器規(guī)定每16字節(jié)為一小段，所以段起始地址必須能被16整除）邏輯段2起點(diǎn)邏輯段3起點(diǎn)邏輯段4起點(diǎn)邏輯段464KBFF262 物理地址的形成邏輯地址段基址:偏移地址物理地址(無(wú)符號(hào)的16位二進(jìn)制數(shù)，程序設(shè)計(jì)時(shí)用)器的絕對(duì)地址，是CPU器的實(shí)際尋址地址地址范

14、圍：00000FFH物理地址段基址16十偏移地址其中：段基址：放在段寄存器地址（CS、DS、ES、SS）偏移地址：從段地址開始的相對(duì)偏移位置（放在指令指針寄存器IP、16位通用寄存器中）27物理地址形成過(guò)程150 3 2 1 0從段寄存器中取出段基址，4位，將其150再與16位偏移地址相加，就得到了物理地址（由總線接口部件BIU的地址加法器完成）地址加法器19028物理地址偏移地址段基址0000邏輯地址來(lái)源器的操作類型不同，BIU所使用的邏輯地址來(lái)源也不同29操作類型隱含段地址替換段地址偏移地址取指令CS無(wú)IP堆棧操作SS無(wú)SPBP為間址SSCS、DS、ES有效地址EA存取變量DSCS、SS、

15、ES有效地址EA源字符串DSCS、SS、ESSI目標(biāo)字符串ES無(wú)DI例CS=1055H段首地址=10550HDS=250AH段首地址=250A0HES=2EF0HSS=8FF0H10550H代碼段250A0H數(shù)據(jù)段2EF00H附加段8FF00H堆棧段302.3.2 8086器的分體結(jié)構(gòu)體+奇地址兩個(gè)體：偶地址體，各為512KByte，共1M Byte0000100003000050000000002000042201FFFE 220231512K8位奇地址體（A0=1）512K8位偶地址體（A0=0）32 BHEA0操作總線使用情況00從偶地址開始讀/寫一個(gè)字AD15 AD001從奇地址單元讀

16、/寫一個(gè)字節(jié)AD15 AD810從偶地址單元讀/寫一個(gè)字節(jié)AD7 AD011無(wú)效01從奇地址開始讀/寫一個(gè)字AD15 AD810AD7 AD0分體結(jié)構(gòu)讀寫操作注意：8086CPU器時(shí)，以字為進(jìn)行，并從偶地址開始。000FF1000010001100020010310004000FF1000010001100020010310004從偶地址讀一個(gè)字節(jié)從奇地址讀一個(gè)字節(jié)3311000011223300112233 若字單元地址從奇地址開 若字單元地址從偶地址開始，兩次器始，要一次器只需000FF1000010001100020010310004000FF1000010001100020010310

17、004從偶地址讀一個(gè)字從奇地址讀一個(gè)字34332222110011223300112233器與總線連接8088系統(tǒng)8086系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線D7D00000000001FFBHEA035A19A1地址總線A19A0地址總線D7D0偶地址體SELA19A0D7D0奇地址體SELA19A0D7D01M8位體A19A0D15D8數(shù)據(jù)總線D7D0數(shù)據(jù)總線2.3.2 堆棧的概念堆棧堆棧是在器中開辟一個(gè)區(qū)域，用來(lái)存放需要暫時(shí)保存的數(shù)據(jù)36堆棧的工作方式及特點(diǎn)工作方式“先進(jìn)后出”，指令為PUSH、POP，棧頂指針SP的變化由CPU自動(dòng)管理。操作特點(diǎn)以字為進(jìn)行操作，低字節(jié)在偶地址，高字節(jié)在奇地址，每地址增長(zhǎng)方式棧底

18、設(shè)在化一次堆棧就能壓入彈出一個(gè)字。器的高地址區(qū)，堆棧地址由高向低變37堆棧操作指令的執(zhí)行過(guò)程執(zhí)行PUSH指令時(shí)：CPU自動(dòng)修改指針SP2頂；將低位數(shù)據(jù)壓入(SP)單元，元。當(dāng)執(zhí)行POP指令時(shí)：SP，使SP指向新棧數(shù)據(jù)壓入(SP+1)單CPU將當(dāng)前棧頂SP(低位數(shù)據(jù))和SP+1(數(shù)據(jù))中的內(nèi)出；自動(dòng)修改指針，使SP+2SP，SP指向新棧頂382.3.2堆棧的主要用途中斷，子程序調(diào)用，數(shù)據(jù)暫時(shí)保存?！咀⒁狻浚合冗M(jìn)入的內(nèi)容后彈出；PUSH和POP指令成對(duì)392.4 8086系統(tǒng)配置402.4.1 8086最小模式系統(tǒng)8086CPU器I/O接口1片8284A，作為時(shí)鐘發(fā)生器3片82828283或74LS373，作為地址鎖存器2片82858287或74LS245，作為雙向數(shù)據(jù)總線收發(fā)器41最小模式系統(tǒng)框圖VccVccMN / MXRDCLK READYRESETWRM / IO時(shí)鐘RES發(fā)生器8086CPUALEBHESTB地址總線地址20位AA19168282/8283BHEAD15AD0 DT/R地址/數(shù)據(jù)DENOEI/ODATA器DATA8286/8287數(shù)據(jù)總線T16位OE422.4.3 8086CPU時(shí)序T狀態(tài)相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔，稱為一個(gè)時(shí)鐘周期，又稱 T狀態(tài)（T周期）CLKT43指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。