第1節(jié) 8086微處理器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)

第2章8086CPU結(jié)構(gòu)2.18086微處理器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)2.28086總線(xiàn)的工作周期2.38086微處理器外部基本引腳與工作模式2.48086微處理器的存儲(chǔ)器組織2.58086微處理器的時(shí)序2.6Intel80x86系列微處理器簡(jiǎn)介2.7例題解析8086和8088CPU的區(qū)別：8086和8088CPU的內(nèi)部基本相同，但它們的外部性能是有區(qū)別的。8086是16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，而8088是8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，在處理一個(gè)16位數(shù)據(jù)字時(shí)，8088需要兩步操作而8086只需要一步。8086和8088CPU的內(nèi)部都采用16位字進(jìn)行操作及存儲(chǔ)器尋址，兩者的軟件完全兼容，程序的執(zhí)行也完全相同。然而，由于8088要比8086有較多的外部存取操作，所以，對(duì)相同的程序，它將執(zhí)行得較慢。這兩種微處理器都封裝在相同的40腳雙列直插組件(DIP:DoubleIn-linePackage)中。2.18086微處理器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)2.1.18086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086CPU芯片16位字長(zhǎng)雙列直插式40根引腳下一頁(yè)2.18086微處理器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)2.1.18086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個(gè)部件可以并行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)指令取指和執(zhí)行的流水線(xiàn)操作8086/8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，按功能劃分,可分成兩個(gè)部件總線(xiàn)接口部件BIU（businterfaceunit,BIU）執(zhí)行部件EU（executionunit,EU）兩個(gè)部件相互獨(dú)立(類(lèi)似于左右手)，分別完成各自操作管理8086與系統(tǒng)總線(xiàn)的接口，負(fù)責(zé)CPU對(duì)存儲(chǔ)器和外設(shè)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)負(fù)責(zé)指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運(yùn)算1234內(nèi)部暫存器

IP

ES

SSDSCS控制電路外部總線(xiàn)控制電路∑ALU標(biāo)志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用寄存器地址加法器指令隊(duì)列執(zhí)行部件（EU)總線(xiàn)接口部件（BIU)16位20位16位8位段寄存器8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)返回AH

ALBHBLCHCLDHDLSPBPDISICSDSSSESIP內(nèi)部寄存器暫存寄存器標(biāo)志執(zhí)行部分控制電路

123456輸入/輸出控制電路外部總線(xiàn)指令隊(duì)列緩沖器Σ地址加法器20位16位8位16位ALU執(zhí)行部件EU總線(xiàn)接口部件BIU

通用寄存器返回本節(jié)8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.執(zhí)行部件EUEU的組成①算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU(Arithmetic[?'riθm?tik]

LogicalUnit)它包括4個(gè)16位的數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX、DX和4個(gè)16位指針與變址寄存器SP、BP與SI、DI。1個(gè)16位的寄存器，用來(lái)反映CPU運(yùn)算的狀態(tài)特征和存放某些控制標(biāo)志。④數(shù)據(jù)暫存寄存器它負(fù)責(zé)從BIU的指令隊(duì)列緩沖器中取指令，并對(duì)指令譯碼，根據(jù)指令要求向EU內(nèi)部各部件發(fā)出控制命令，以完成各條指令規(guī)定的功能。它是1個(gè)16位的運(yùn)算器，可用于8位、16位二進(jìn)制算術(shù)和邏輯運(yùn)算，也可按指令的尋址方式計(jì)算尋址存儲(chǔ)器所需的16位偏移量。②通用寄存器組（Generalregister）③標(biāo)志寄存器FR(FlagRegister)它協(xié)助ALU完成運(yùn)算，暫存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。⑤EU控制電路返回2.總線(xiàn)接口部件BIU的組成總線(xiàn)接口單元BIU由1個(gè)20位地址加法器、4個(gè)16位段寄存器、1個(gè)16位指令指針I(yè)P、指令隊(duì)列緩沖器和總線(xiàn)控制邏輯電路等組成。8086的指令隊(duì)列由6個(gè)字節(jié)構(gòu)成，8088的指令隊(duì)列由4個(gè)字節(jié)構(gòu)成。地址加法器將16位的段寄存器內(nèi)容左移4位，與16位偏移地址相加，形成20位的物理地址。指令指針I(yè)P用來(lái)存放下一條要執(zhí)行指令在代碼段中的偏移地址。當(dāng)EU正在執(zhí)行指令且不需占用總線(xiàn)時(shí)，BIU會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行預(yù)取指令操作，將所取得的指令按先后次序存入1個(gè)6字節(jié)的指令隊(duì)列寄存器，該隊(duì)列寄存器按“先進(jìn)先出”的方式工作，并按順序取到EU中執(zhí)行。④總線(xiàn)控制邏輯電路①地址加法器（Addressadder）和段寄存器（Segmentregister

）②16位指令指針I(yè)P（Instructionpointer）③指令隊(duì)列（Instructionqueue）緩沖器返回將內(nèi)部總線(xiàn)和外部總線(xiàn)相連8086CPU內(nèi)部寄存器如圖2.2所示。（Generalregister）2.1.28086CPU寄存器結(jié)構(gòu)﹜控制寄存器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器用來(lái)存放計(jì)算的結(jié)果和操作數(shù)每個(gè)寄存器又有它們各自的專(zhuān)用目的：AX：基址寄存器，常用來(lái)做基址指針，指向一批連續(xù)存放操作數(shù)的基地址。計(jì)數(shù)器（counter），作為循環(huán)和串操作等指令中的隱含計(jì)數(shù)器。DX：數(shù)據(jù)寄存器，用來(lái)存放外設(shè)端口的地址，或雙字長(zhǎng)數(shù)據(jù)的高16位。CX：BX：16位累加器，用于算術(shù)、邏輯運(yùn)算以及與外設(shè)傳送信息等；AL:8位累加器（accumulator）。變址寄存器變址寄存器常用于存儲(chǔ)器尋址時(shí),提供內(nèi)存的偏移地址SI是源變址寄存器（sourceindex）DI是目的變址寄存器（destinationindex）在串操作類(lèi)指令中，SI和DI具有特別的功能指針寄存器指針寄存器用于尋址內(nèi)存堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)SP(棧頂指針)（stackpointer）為堆棧指針寄存器，指示棧頂?shù)钠频刂贰P不能再用于其他目的，具有專(zhuān)用性BP（basepointer）為基址指針寄存器，表示數(shù)據(jù)在堆棧段中的基地址SP/BP寄存器與SS段寄存器聯(lián)合使用以確定堆棧段中的存儲(chǔ)單元地址指令指針寄存器IP（Instructionpointer）指令指針寄存器IP，指示代碼段中指令的偏移地址它與代碼段寄存器CS聯(lián)用，確定下一條指令的物理地址計(jì)算機(jī)通過(guò)CS:IP寄存器來(lái)取指，從而控制指令序列的執(zhí)行流程IP寄存器是一個(gè)專(zhuān)用寄存器，用戶(hù)不能直接訪(fǎng)問(wèn)。指令指針寄存器IP（Instructionpointer）CS（codesegment）——16位代碼段寄存器;DS（datasegment）——16位數(shù)據(jù)段寄存器;ES（extrasegment）——16位附加段寄存器；SS（stacksegment）——16位堆棧段寄存器。4個(gè)段地址寄存器（Segmentregister

）

IP指向下一次要取出的指令地址。在目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)，IP的內(nèi)容由微處理器硬件自動(dòng)設(shè)置，程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)IP，但一些指令卻可改變IP的值，如轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令等。實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址時(shí)物理地址的計(jì)算方法OF111512DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0控制反映結(jié)果狀態(tài)反應(yīng)運(yùn)算過(guò)程/結(jié)果標(biāo)志寄存器FR(Flagregister)、FLAGS、PSW(programstatusword)標(biāo)志（Flag）用于反映指令執(zhí)行結(jié)果或控制指令執(zhí)行形式。8086處理器中各種常用的標(biāo)志形成了一個(gè)16位的標(biāo)志寄存器FLAGS（也稱(chēng)程序狀態(tài)字PSW寄存器）。標(biāo)志的作用反映了當(dāng)前運(yùn)算和操作結(jié)果的狀態(tài)條件，可作為控制程序轉(zhuǎn)移與否的依據(jù)。標(biāo)志分成兩類(lèi)：狀態(tài)標(biāo)志：OF

CF

SF

ZF

PF

AF用戶(hù)根據(jù)需要用指令進(jìn)行設(shè)置，用于控制處理器的具體工作方式。記錄程序運(yùn)行結(jié)果的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將自動(dòng)地改變它?？刂茦?biāo)志：DF

IF

TF（系統(tǒng)標(biāo)志）溢出標(biāo)志OF（OverflowFlag）若算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果有溢出，則OF=1；否則OF＝0。例如：3AH+7CH＝產(chǎn)生溢出：OF=1AAH+7CH＝?jīng)]有溢出：OF=0問(wèn)題：什么是溢出？溢出和進(jìn)位有什么區(qū)別？處理器怎么處理，程序員如何運(yùn)用？如何判斷是否溢出？B6H(設(shè)字長(zhǎng)為8位！)數(shù)的表示范圍:帶符號(hào)數(shù)字節(jié)運(yùn)算:-128~+127字運(yùn)算:無(wú)符號(hào)數(shù)-32768~+32767字節(jié)運(yùn)算:0~+255字運(yùn)算:0~+6553526H00111010B10110110B01111100B+=10101010B+01111100B100100110B進(jìn)位，丟掉十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制n=8n=16+127011111117F+327677FFF+126011111107E+327667FFE......……...+20000001002+20002+10000000101+100010000000000000000-111111111FF-1FFFF-211111110FE-2FFFE......……...-1261000001082-327668002-1271000000181-327678001-1281000000080-327688000n位二進(jìn)制補(bǔ)碼的表示數(shù)范圍：

-2n-1≤N≤2n-1-1無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示數(shù)范圍：0≤N≤2n-1符號(hào)標(biāo)志SF（SignFlag）運(yùn)算結(jié)果最高位為1，則SF=1；否則SF=0。例如：3AH+7CH＝B6H最高位D7＝1：SF=184H+7CH＝00H最高位D7＝0：SF=0有符號(hào)數(shù)利用最高有效位（MSB）（MostSignificantBit）來(lái)表示它的符號(hào)。所以，運(yùn)算結(jié)果的MSB與符號(hào)標(biāo)志SF相一致。進(jìn)位標(biāo)志CF（CarryFlag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高有效位有進(jìn)位（加法）或借位（減法）時(shí)，進(jìn)位標(biāo)志置1，即CF=1；否則CF=0。例如（以8位運(yùn)算為例）：3AH+7CH沒(méi)有進(jìn)位：CF=0AAH+7CH有進(jìn)位：CF=100111010B10110110B01111100B+=＝B6H10101010B+01111100B100100110B＝26H奇偶標(biāo)志PF（ParityFlag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果低字節(jié)中“1”的個(gè)數(shù)為零或偶數(shù)時(shí)，PF=1；否則PF=0(奇校驗(yàn))。例如：3AH+7CH＝B6H＝10110110B，結(jié)果中有5個(gè)1，是奇數(shù)，則PF=0PF僅反映低8位中“1”的個(gè)數(shù)是偶或奇，即使是進(jìn)行16位字操作。注意：零標(biāo)志位ZF（zeroFlag）若算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果為0，則ZF=1；否則ZF＝0。例如：3AH+(-3AH)＝0結(jié)果為0：ZF=1AAH+7CH結(jié)果非0：ZF=010101010B+01111100B100100110B進(jìn)位，丟掉＝26H輔助進(jìn)位標(biāo)志AF（Auxiliary[?:g'zilj?ri]CarryFlag）運(yùn)算時(shí)D3位（低半字節(jié)）有進(jìn)位或借位時(shí)，AF=1；否則AF=0。例如：3AH+7CH＝B6HD3向前有進(jìn)位：AF=1用于十進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算的調(diào)整，用戶(hù)一般不必關(guān)心。方向標(biāo)志DF（DirectionFlag）用于串操作指令中，控制地址的變化方向：設(shè)置DF＝0，串操作后存儲(chǔ)器地址自動(dòng)增量（增址）；設(shè)置DF＝1，串操作后存儲(chǔ)器地址自動(dòng)減量（減址）。STD指令置位方向標(biāo)志：DF＝1CLD指令復(fù)位方向標(biāo)志：DF＝000111010B10110110B01111100B+=中斷允許標(biāo)志IF（Interrupt-enableFlag）用于控制外部可屏蔽中斷是否可以被處理器響應(yīng)：設(shè)置IF＝1，則允許中斷；設(shè)置IF＝0，則禁止中斷。CLI指令復(fù)位中斷標(biāo)志：IF＝0STI指令置位中斷標(biāo)志：IF＝1陷阱標(biāo)志TF（TrapFlag）用于控制處理器是否進(jìn)入單步執(zhí)行方式：設(shè)置TF＝0，處理器正常工作；設(shè)置TF＝1，處理器每執(zhí)行一條指令就中斷一次，中斷編號(hào)為1（稱(chēng)單步中斷）TF

也被稱(chēng)為單步標(biāo)志。單步執(zhí)行和單步調(diào)試這種逐條指令調(diào)試程序的方法就是單步調(diào)試。利用單步中斷可對(duì)程序進(jìn)行逐條指令的調(diào)試。無(wú)符號(hào)數(shù)：5＋10＝15CF=0有符號(hào)數(shù)：(+5)＋(+10)＝＋15OF=00000010100001010+00001111①無(wú)符號(hào)數(shù)：8＋251＝3CF=1有符號(hào)數(shù)：OF=0②0000100011111011+000000111(+8)＋(-5)＝＋3無(wú)符號(hào)數(shù)：8＋124＝132CF=0有符號(hào)數(shù)：(+8)＋(+124)＝-124OF=1無(wú)符號(hào)數(shù)：135＋245＝124有符號(hào)數(shù)：OF=1CF=1(-121)＋(-11)＝＋1240000100001111100+10000100③1000011111110101+011111001④CF的一般作用是判斷無(wú)符號(hào)數(shù)的溢出，計(jì)算機(jī)溢出對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)來(lái)說(shuō)，用CF判斷即可。CF=1，表示溢出。難點(diǎn)：C