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1、第二章 8086系统结构 Inter 8086CPU是16位微处理器，它有16根数据线和20根地址 线，直接寻址空间为220，即1MB。8088CPU内部结构与8086基本相 同但对外数据总线只有8条，称为准16位微处理器。 2.1 8086CPU结构 微型计算机工作时，总是先从存储器中取指令，需要的话再取 操作数，然后执行指令，送结果。通常8位机是串行执行的，而16位 机可并行操作。8086 CPU由总线接口部件BIU和指令执行部件EU组成, BIU和EU的操作是并行的。总线接口部件BIU完成取指令，读操作数， 送结果，所有与外部的操作由其完成。而指令执行部件EU从BIU的指 令队列中取出指
2、令，并且执行指令，不必访问存储器或I/O端口。若 需要访问存储器或I/O端口，也是由EU向BIU发出访问所需要的地址， 在BIU中形成物理地址，然后访问存储器或I/O端口，取得操作数送 到EU，或送结果到指定的内存单元或I/O端口。这种并行工作方式， 大大提高了系统工作效率。 图2-1给出了8086CPU的内部结构框图。,一、8086CPU的内部结构 1.总线接口部件BIU 总线接口部件BIU是8086CPU与外部(存储器和I/O端口)的接口，它 提供了16位双向数据总线和20位地址总线，完成所有外部总线操作。 BIU具有下列功能：地址形成、取指令、指令排队，读/写操作数和 总线控制。它由下列
3、各部分组成： （1）16位段地址寄存器： CS代码段寄存器 DS数据段寄存器 ES附加段寄存器 SS堆栈段寄存器 （2）16位指令指针寄存器IP：存放下一条要执行指令的偏移地址。 （3）20位物理地址加法器：将16位逻辑地址变换成存储器读/写所需要 的20位物理地址，实际上完成地址加法操作。 （4）6字节指令队列：预放6字节的指令代码。 （5）总线控制逻辑：发出总线控制信号。,2.指令执行部件EU 指令执行部件EU完成指令译码和执行指令的工作。 它由以下几个部分组成： (1)算术逻辑运算单元ALU：完成8位或16位的二进制运算，16位暂存器 可暂存参加运算的操作数。 (2)标志寄存器PSW：存
4、放ALU运算结果特征。 (3)寄存器组：4个通用16位寄存器AX、BX、CX、DX，其中AX又称累加器。 4个专用16位寄存器：源变址寄存器SI、目的变址寄存器DI、堆栈指针 寄存器SP、基址指针寄存器BP。 (4)EU控制器：取指令控制和时序控制部件。 二、寄存器结构 寄存器结构用来存放运算过程中所需要的操作数地址、操作数及中间结 果。8086微处理器内部包含有4组16位寄存器，它们分别是通用寄存器 组，指针和变址寄存器，段寄存器，指令指针及标志位寄存器。如图2 2所示。,1.通用寄存器组 8086/8088CPU在指令执行部件EU中有4个16位通用寄存器，它们是AX、 BX、CX和DX,用
5、以存放16位数据或地址。也可分为8个8位寄存器来使 用，低8位是AL、BL、CL和DL，高8位为AH、BH、CH和DH，只能存放8位 数据，不能存放地址。通用寄存器通用性强，对任何指令它们具有相同 的功能。为了缩短指令代码的长度，在8086中，某些通用寄存器用作专 门用途。例如，串指令中必须用CX寄存器作为计数寄存器，存放串的长 度，这样在串操作指令中不必给定CX的寄存器号，缩短了串操作指令代 码的长度，这种寻址方式也称为“隐含寻址”。同样，AX、BX、DX寄存器 又可分别称为累加器、基址寄存器及数据寄存器。 2.指针和变址寄存器 8086/8088CPU中，有一组4个16位寄存器，它们是基址
6、指针寄存器BP， 堆栈指针寄存器SP，源变址寄存器SI，目的变址寄存器DI。这组寄存器 存放的内容是某一段内地址偏移量，用来形成操作数地址，主要在堆栈 操作和变址运算中使用。,BP和SP寄存器称为指针寄存器，与SS联用，为访问现行堆栈段提供方便。 通常BP寄存器在间接寻址中使用，操作数在堆栈段中，由SS段寄存器与 BP组合形成操作数地址。即BP中存放现行堆栈段中一个数据区的“基址” 的偏移量，所以称BP寄存器为基址指针。 SP寄存器在堆栈操作中使用，PUSH和POP指令是从SP寄存器得到现行堆 栈段的段内地址偏移量，所以称SP寄存器为堆栈指针，SP始终指向栈顶。 寄存器SI和DI称为变址寄存器
7、，通常与DS一起使用，为访问现行数据段 提供段内地址偏移量。在串指令中，其中源操作数的偏移量存放在SI中， 目的操作敷的偏移量存放在DI中，SI与DI的作用不能互换，否则传送地 址相反。在串指令中，SI、DI均为隐含寻址，此时，SI和DS联用，DI和 ES联用。 3.段寄存器 8086/8088CPU可直接寻址1MB的存储器空间，直接寻址需要20位地址码， 而所有内部寄存器都是16位的，只能直接寻址64KB，因此采用分段技术 来解决。将1MB的存储空间分成若干逻辑段，每段最长64KB，这些逻辑 段在整个存储空间中可浮动。,8086/8088CPU内部设置了4个16位段寄存器，它们分别是代码段寄
8、存器 CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS、附加段寄存器ES，由它们给出 相应逻辑段的首地址，称为“段基址”。段基址与段内偏移地址组合形成 20位物理地址，段内偏移地址可以存放在寄存器中，也可以存放在存储 器中 。 代码段内存放可执行的指令代码，数据段和附加段内存放操作的数据， 通常操作数在现行数据段中，而在串指令中，目的操作数指明必须在现 行附加段中。堆栈段开辟为程序执行中所要用的堆栈区，采用先进后出 的方式访问它。各个段寄存器指明了一个规定的现行段，各段寄存器不 可互换使用。程序较小时，代码段、数据段、堆栈段可放在一个段内， 即包含在64KB之内，而当程序或数据量较大时，超过了64KB
9、，那么可以 定义多个代码段或数据段、堆栈段、附加段。现行段由段寄存器指明段 地址，使用中可以修改段寄存器内容，指向其它段。有时为了明确起见， 可在指令前加上段超越的前缀字节，以指定操作数所在段。 4.指令指针寄存器 8086/8088CPU中设置了一个16位指令指针寄存器IP，用来存放将要执行 的下一条指令在现行代码段中的偏移地址。程序运行中，它由BIU自动,将其修改，使IP始终指向下一条将要执行的指令的地址，因此它是用来 控制指令序列的执行流程的，是一个重要的寄存器。8086程序不能直接 访问IP，但可以通过某些指令修改IP的内容。例如，当遇到中断指令或 调用于程序指令时，8086自动调整I
10、P的内容，将IP中下一条将要执行的 指令地址偏移量人栈保护，待中断程序执行完毕或子程序返回时，可将 保护的内容从堆栈中弹出到IP，使主程序继续运行。在跳转指令时，则 将新的跳转目标地址送入IP，改变它的内容，实现了程序的转移。 5.标志寄存器PSW 16位标志寄存器PSW用来存放运算结果的特征，常用作后续条件转移指 令的转移控制条件。其中7位没有用，9个标志位分成两类：一类为状态 标志，表示运算后结果的状态特征，它影响后面的操作。状态标志有6 个：CF、PF，AF、ZF、,CF和OF。另一类为控制标志，用来控制CPU操作， 控制标志有3个：TF、IF和DF。PSW寄存器的具体格式如下图所示：,
11、2.2 8086CPU的引脚及其功能 8086/8088CPU根据它的基本性能，应包括20条地址线,16条数据线，加 上控制信号，电源和地线，芯片的引脚比较多。但由于制造工艺的限制， 8086/8088CPU芯片采用40条引脚的双列直插式封装，因此部分引脚采 用了分时复用的方式。 另外8086/8088CPU可以工作在两种工作模式(最小模式和最大模式)， 最小模式用于单机系统。系统中所需要的控制信号全部由8086直接提供。 最大模式用于多处理机系统，系统中所需要的控制信号由总线控制器 8288提供。这样，24脚31脚的8条引脚在两种工作模式中具有不同的 功能，下面简要地介绍8086/8088
12、CPU各引脚的功能。 一、8086/8088CPU在最小模式中引脚定义 二、8086/8088CPU在最大模式中引脚定义 三、8088与8086CPU的不同之处,8088CPU的内部结构及外部引脚功能与8086CPU大部分相同。主要不同之 处如下： 1.8088的指令队列长度是4个字节，指令队列中只要出现一个空闲字节 时，BIU就会自动访问存储器，取指令来补充指令队列。(8086要在指令 队列中至少出现2个空闲字节时，才预取后续指令)。 2.8088CPU中，BIU的总线控制电路与外部交换数据的总线宽度是8位， 总线控制电路与专用寄存器组之间的数据总线宽度也是8位，而EU的内 部总线是16位，
13、这样，对16位数的存储器读/写操作要两个读/写周期才 可以完成。 3.8088外部数据总线只有8条，所以分时复用的地址/数据总线为AD7 AD0；而AD15AD8成为仅传递地址信息的A15A8。 4.8088中，用 信号代替 信号， 低电平时选通存储器， 高电平时选通I/O接口。 5.8088中，只能进行8位数据传输， 信号不需要了，改为 ，与 一起决定最小模式中的总线周期操作。 下表指出了具体的组合关系。,2.3 8086存储器组织 一、存储器地址的分段 1.存储器地址的分段 在存储器中是以字节为单位存储信息的，每个存储单元有唯一的地址来 确定。8086/8088系统有20根地址线可寻址1M
14、B字节的存储空间，即对存 储器寻址要20位物理地址，而8086为16位机，CPU内部寄存器只有16位， 可寻址64KB。因此8086系统把整个存储空间分成许多逻辑段，每段容量 不超过64KB。8086系统对存储器的分段采用灵活的方法，允许各个逻辑 段在整个存储空间中浮动，这样在程序设计时可使程序保持相对的完整 性。段和段之间可以是连续的(整个存储空间分成16个逻辑段)，也可以 是分开的或重叠的。如图27所示：,任何一个存储单元的实际地址，都是由段地址及段内偏移地址两部分组 成，从图27可以看出，任何一个存储单元，可以在一个段中定义，也 可定义在两个重叠的逻辑段中，关键看段的首地址如何指定。IB
15、M PC机 对段的首地址有限制规定必须从每小段的首地址开始，每16字节为一 小段，所以段起始地址必须能被16整除才行。,2.物理地址形成 8086系统将段地址放在段寄存器中，称为“段基址”。有4个段寄存器， 分别为代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加段寄存器ES和堆栈段寄 存器SS。 段内“偏移地址”指出了从段地址开始的相对偏移位置。它可以放在指令 指针寄存器IP中，或16位通用寄存器中。 逻辑地址：存储器的任一个逻辑地址由段基址和偏移地址组成，都是无 符号的16位二进制数，程序设计时采用逻辑地址。 物理地址：存储器的绝对地址，从00000FFFFFH，是CPU访问存储器的 实际寻址地址，
16、它由逻辑地址变换而来。物理地址计算如下所示： 物理地址段基址16偏移地址 因为段基址指每段的起始地址，它必须是每小段的首地址，其低4位一 定为0，所以在实际工作时，是从段寄存器中取出段基址，将其左移4位， 再与16位偏移地址相加，就得到了物理地址，此地址在CPU的总线接口 部件BIU的地址加法器中形成。,3.逻辑地址来源 逻辑地址来源如下表所示： 二、8086存储器的分体结构 8086系统中，1MB的存储空间分成两个存储体：偶地址存储体和奇地址存 储体，各为512KB,示意图如图2-10所示：,存储器中存放的信息称为存储单元的内容，例如存储单元 00100H中的内容为34H，表示为(00100H)34H。一个字在存 储器中按相邻两个字节存放，存入时以低位字节在低地址，高 位字节在高地址的次序存放，字单元的地址以低位地址表示。 例：(00100H)1234H，(00103H)0152H在内存中放的位置 如右图示。从中可以看出，一个字可以从偶地址开始存放，也 可以从奇地址开始存放，但8086CPU访问存储器时，都是以字
