微機原理第二章80x86處理器

2.2.18086的結(jié)構(gòu)8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086CPU的寄存器結(jié)構(gòu)結(jié)束放映第二章80x86微處理器2.2.28086系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置

2.2.18086存儲器結(jié)構(gòu)和配置

2.2.28086輸入／輸出結(jié)構(gòu)與配置

2.2.38086的最小和最大模式系統(tǒng)配置2.2.38086系統(tǒng)的周期

、8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.關(guān)于8086/80882.編程結(jié)構(gòu)3.BIU的組成4.BIU的功能5.EU的組成6.EU的作用7.BIU和EU的動作管理結(jié)束放映返回本節(jié)首頁1.關(guān)于8086/8088

8086是Intel系列的16位微處理器，時鐘頻率為5MHz，有16條數(shù)據(jù)線和20條地址線。由于地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存單元的范圍，因此，內(nèi)存容量為220個單元，即1MB。8088是準16位微處理器，其內(nèi)部寄存器、內(nèi)部運算部件、內(nèi)部操作都是按16位設(shè)計的，但它對外的數(shù)據(jù)總線只有8條，因此，在處理一個16位數(shù)據(jù)字時需要兩步操作。8088這種設(shè)計的主要目的是為了使它能與當時已有的一整套Intel外圍設(shè)備接口直接兼容使用。結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁2.編程結(jié)構(gòu)

編程結(jié)構(gòu)與真正的物理結(jié)構(gòu)有別，它是從程序員和使用者的角度看到的CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?；蛘哒f，我們討論8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是從指令的執(zhí)行這一全過程來考慮的。

總線接口部件BIU

執(zhí)行部件EU8086從功能上分為兩部分：結(jié)束放映結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁3.BIU的組成6字節(jié)指令隊列緩沖器一般情況下，CPU執(zhí)行完一條指令就可以立即執(zhí)行下一條指令，稱為流水線技術(shù)。20位地址加法器和4個段地址寄存器（16bit）完成從段基地址（存放CS、DS、ES、SS）與16位段內(nèi)偏移地址（由指令指定）產(chǎn)生20位物理地址。指令指針控制器---IP（16bit）用于存放BIU將要取的下一條指令的段內(nèi)偏移地址。總線控制電路用于產(chǎn)生系統(tǒng)總線操作時的相關(guān)控制信號。結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁4.BIU的功能BIU具體任務(wù)為：負責從存儲器的指定單元取指令，送到指令隊列緩沖器中排隊（或直接給EU去執(zhí)行）；或負責配合EU從存儲器的指定單元或外設(shè)端口中取出指令規(guī)定的操作數(shù)傳送給EU?；蜇撠煱袳U的操作結(jié)果傳送到指定的存儲器或外設(shè)端口中。

總之，BIU的功能是負責完成CPU與存儲器或I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳送。結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁5.EU的組成4個通用寄存器（16或8bit）累加器：AX（16bit），AL（8bit）4個專用寄存器（BP、SP、SI、DI）ALU（16bit運算器）可用于8位或16位二進制算術(shù)和邏輯運算。

執(zhí)行部分控制電路從BIU的指令隊列中取出指令操作碼，通過譯碼電路分析，發(fā)出相應(yīng)的控制命令，控制ALU數(shù)據(jù)的流向。

標志寄存器

6個狀態(tài)標志反映指令運行后的狀態(tài)；3個控制標志可由編程人員通過專門指令設(shè)置。結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁6.EU的作用

從指令隊列中取出指令；

對指令進行譯碼，發(fā)出相應(yīng)的傳送數(shù)據(jù)或運算的控制信號；

接收由BIU傳送來的數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)傳送到BIU；

進行算術(shù)或邏輯運算。仙女屋

神馬電影總之，EU的功能就是負責指令的執(zhí)行。結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁7.BIU和EU的動作管理

每當指令隊列中有2個空字節(jié)時，BIU自動把指令取到指令隊列中；

當指令隊列已滿，且EU對BIU沒有總線訪問請求時，

BIU進入空閑狀態(tài)；

當EU在執(zhí)行指令的過程中必須訪問存儲器或輸入輸出設(shè)備時，則EU會請求BIU進入總線周期，以完成所需要的訪問內(nèi)存或輸入輸出端口的操作。

當執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回指令時，指令隊列中的原有內(nèi)容會被自動清除，BIU會接著往指令隊列中裝入另一個程序段中的指令。結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁、8086CPU的寄存器結(jié)構(gòu)1.通用寄存器2.段寄存器3.標志寄存器FR4.指令指針寄存器IP結(jié)束放映返回本節(jié)首頁指令執(zhí)行部件（EU）設(shè)有8個通用寄存器：

AXBXCXDXSPBPSIDI1、通用寄存器結(jié)束放映AX：累加器一般用來存放參加運算的數(shù)據(jù)和結(jié)果，在乘、除法運算、I/O操作、BCD數(shù)運算中有不可替代的作用。

BX：基址寄存器除可作數(shù)據(jù)寄存器外，還可放內(nèi)存的邏輯偏移地址，而AX，CX，DX則不能。

CX：將它稱作計數(shù)寄存器，是因為它既可作數(shù)據(jù)寄存器，又可在串指令和移位指令中作計數(shù)用。

DX：DX除可作通用數(shù)據(jù)寄存器外，還在乘、除法運算、帶符號數(shù)的擴展指令中有特殊用途。結(jié)束放映

SI（SourceIndex）

源變址寄存器多用于存放內(nèi)存的邏輯偏移地址，隱含的邏輯段地址在DS寄存器中，也可放數(shù)據(jù)。

DI（DestinationIndex）

目標變址寄存器多用于存放內(nèi)存的邏輯偏移地址，隱含的邏輯段地址在DS寄存器中，也可放數(shù)據(jù)。

BP（BasePointer）

基址指針用于存放內(nèi)存的邏輯偏移地址，隱含的邏輯段地址在SS寄存器中。

SP（StackPointer）

堆棧指針用于存放棧頂?shù)倪壿嬈频刂?，隱含的邏輯段地址在SS寄存器中。結(jié)束放映

寄存器的特殊用途和隱含性質(zhì)

在指令中沒有明顯的標出，而這些寄存器參加操作，稱之為“隱含尋址”。具體的：在某類指令中，某些通用寄存器有指定的特殊用法，編程時需遵循這些規(guī)定，將某些特殊數(shù)據(jù)放在特定的寄存器中，這樣才能正確的執(zhí)行這些指令。采用“隱含”的方式，能有效地縮短指令代碼的長度。結(jié)束放映結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁

總線接口部件BIU設(shè)有4個16位段寄存器

CS：代碼段寄存器中存放程序代碼段起始地址的高16位。DS：數(shù)據(jù)段寄存器中存放數(shù)據(jù)段起始地址的高16位。SS：堆棧段寄存器中存放堆棧段起始地址的高16位。ES：擴展段寄存器中存放擴展數(shù)據(jù)段起始地址的高16位。2、段寄存器結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁3、標志寄存器FR

標志寄存器FR中共有9個標志位，可分成兩類：狀態(tài)標志表示運算結(jié)果的特征，它們是

CF、PF、AF、ZF、SF和OF控制標志控制CPU的操作，它們是IF、DF和TF。

結(jié)束放映結(jié)束放映結(jié)束放映6個狀態(tài)標志：CF---使最高位產(chǎn)生進/借位時，為1。PF---運算結(jié)果的低8位中含1的個數(shù)為偶數(shù)時，為1。AF---D3位向D4位有進/借位時，為1。ZF---當前運算的結(jié)果為零時，為1。SF---與運算結(jié)果的最高位相同，表運算結(jié)果的正負。OF---運算過程中產(chǎn)生溢出時，為1。字節(jié)運算結(jié)果超出范圍：-128~+127字運算結(jié)果超出范圍：-32768~+32767

當判斷出低位往最高有效位產(chǎn)生進/借位，而最高有效位又沒有往前進/借位時，得知產(chǎn)生溢出，反之亦然。結(jié)束放映例：0101010000111001+0100010101101010

結(jié)束放映例：0101010000111001+0100010101101010

1001100110100011

CF=0PF=1AF=1ZF=0SF=1OF=1結(jié)束放映3個控制標志：DF---串操作過程中地址自動遞減，為1。IF---允許CPU響應(yīng)外部可屏蔽中斷，為1。TF---CPU處于單步工作方式，為1。

每一控制標志針對某一特定的功能，控制標志一旦設(shè)置后，便對后面的操作產(chǎn)生控制作用。結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁

IP

始終存有相對于當前指令段起點偏移量的下一條指令，即IP總是指向下一條待執(zhí)行的指令。

IP中內(nèi)容可由BIU自動修改。4、指令指針寄存器IP結(jié)束放映返回本小節(jié)首頁、8086存儲器結(jié)構(gòu)和配置

8086系統(tǒng)中的存儲器的尋址存儲空間為1M字節(jié)，系統(tǒng)為每個字節(jié)分配一個20位的物理地址(對應(yīng)16進制的地址范圍從00000H～FFFFFH)。在存儲器中任何兩個相鄰的字節(jié)被定義為一個字。在一個字中的每一個字節(jié)有一個地址，并且這兩個地址中的較小的一個被用來作為該字的地址。

結(jié)束放映返回本節(jié)首頁1、存儲器的組成

8086系統(tǒng)中，存儲器是分體結(jié)構(gòu)，1M字節(jié)的存儲空間分成兩個512K字節(jié)的存儲體。一個是偶數(shù)地址存儲體，一個是奇數(shù)地址存儲體，兩個存儲體采用字節(jié)交叉編址方式。結(jié)束放映（1）奇偶地址體示意圖結(jié)束放映（2）BHE#、AD0的代碼組合和對應(yīng)的操作結(jié)束放映（3）偶地址字讀寫結(jié)束放映結(jié)束放映（3）奇地址字節(jié)讀寫（續(xù)）結(jié)束放映結(jié)束放映2、存儲器的分段

8086可尋址空間是lM字節(jié)，對整個空間尋址需要20位長的地址碼，8086CPU內(nèi)所有寄存器都是16位的寄存器，而一個16位的寄存器，就只能尋址64K字節(jié)。要達到對1M字節(jié)存儲器的尋址，8086系統(tǒng)采用分段并附以地址偏移量辦法形成20位的物理地址，來得到對1M內(nèi)存空間的尋址。結(jié)束放映存儲器中的邏輯地址和物理地址

采用分段結(jié)構(gòu)的存儲器中，任何一個邏輯地址都由段基址和偏移地址兩部分構(gòu)成，都是16位二進制數(shù)。

物理地址：存儲器的絕對地址，從00000H～FFFFFH，是CPU訪問存儲器的實際尋址地址（也稱為絕對地址）

16位的段基址左移4位(相當于在段基址最低位后添4個“0”)，然后與偏移地址相加獲得物理地址，這相當于完成如下的地址運算：物理地址＝段基址×16+偏移地址結(jié)束放映結(jié)束放映

所謂堆棧是在存儲器中開辟一個區(qū)域，用來存放需要暫時保存的數(shù)據(jù)，其工作方式是“先進后出”或“后進先出”的方式。

8086系統(tǒng)中的堆棧段是由段定義語句在存儲器中定義的一個段，堆棧段容量小于等于64K字節(jié)。段基址由堆棧寄存器SS指定，棧頂由堆棧指針SP指定，堆棧地址由高向低增長，棧底設(shè)在存儲器的高地址區(qū)。3、堆棧段的使用結(jié)束放映返回本節(jié)首頁8086系統(tǒng)與外部設(shè)備的輸入/輸出是通過接口完成的。1）單獨編址

系統(tǒng)要為I/O芯片的每個端口分配一個地址，各個端口號不能重復(fù)，是單獨編址的。2）尋址范圍

8086CPU設(shè)計了65535個8位的I/O端口，即尋址范圍是0～64K。兩個編號相鄰的8位端口可以組合成一個16位端口。3）訪問指令

執(zhí)行IN,OUT指令，RD#信號或WR#信號與M/IO#信號同時為低電平。、8086輸入／輸出結(jié)構(gòu)與配置

結(jié)束放映返回本節(jié)首頁、8086的最小和最大模式系統(tǒng)配置

8086CPU可工作在最小模式和最大模式兩種配置。

最小模式是單機系統(tǒng)。系統(tǒng)中所需要的控制信號全部由8086CPU本身直接提供。

最大模式可構(gòu)成多處理機系統(tǒng)，系統(tǒng)中所需要的控制信號由總線控制器8288提供。

CPU工作模式的選擇是由硬件決定的，當CPU的管腳MN／接高電平(十5V)時，構(gòu)成最小模式；當MN／接低電平(地)時，構(gòu)成最大模式。結(jié)束放映

以8086CPU構(gòu)成的最小模式的基本配置。除了存儲器、I／O芯片和基本時鐘發(fā)生器外、還有用于地址的鎖存器8282(或8283)以及用于數(shù)據(jù)的緩沖器8286(或8287)。1、最小模式系統(tǒng)配置結(jié)束放映結(jié)束放映MN/MXRDWRCLKREADYM/IORESETALE

A19-A16

BHEAD15-AD08086CPU

DT/R

DENSTB8282或82838284RES時鐘

發(fā)生器存儲器

DATAI/O外設(shè)DATA數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線地址/數(shù)據(jù)VCCVCCBHE在硬件連接上4特點：

在MN/MX端接+5V

含有時鐘發(fā)生器8284A

含有3片8位地址鎖存器8282或74LS373

含有2片8位數(shù)據(jù)收發(fā)器8286或8287結(jié)束放映結(jié)束放映結(jié)束放映結(jié)束放映2、最大模式系統(tǒng)配置

與最小模式系統(tǒng)相比較，主要區(qū)別是最大模式系統(tǒng)中增設(shè)了一個總線控制器8288和一個總線仲裁器8289。8086CPU輸出的狀態(tài)信號S2～S0同時送給8288和8289，

8288輸出8086CPU系統(tǒng)所需要的控制信號。

8289對系統(tǒng)中多個處理器提出共享總線資源的要求作出裁決。

因此，