x第2章_8086_微处理器及总线

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1、1,第二章 微处理器和总线,主要内容一、 8086/8088微处理器功能结构 二、 8086/8088的存储器即I/O组织 三、 8086/8088引脚及功能 四、 8086/8088的总线与时序 五、 8086/8088系统配置,2,第二章 微处理器和总线,透彻理解与熟练掌握8086/8088内部组成结构、 寄存器结构与总线周期等。深入理解存储器的分段设计。正确理解与熟练掌握物理地址和逻辑地址关系。理解堆栈及其操作。理解“段加偏移”寻址机制。,3,Intel 系列CPU一直占着主导地位。 Intel 8086/8088、Z8000 和 MC68000 为代表的16位微处理器是第3代产品，其性

2、能已达到中、高档小型计算机的水平。 8086/8088后续的80286、80386、80486以及Pentium系列CPU结构与功能已经发生很大变化，但从基本概念与结构以及指令格式上来讲，仍然是经典8086/8088CPU的延续与提升。 其它系列流行的CPU (如AMD公司的6X86MX/M等) 也与80x86CPU兼容。,前言（一）,4,8086是Intel系列的16位微处理器。 8086采用HMOS工艺，集成2.9万个晶体管，单一的+5V电源，40条引脚，双列直插式封装，时钟频率510MHz，最快的指令执行时间为0.4s。 8086有16根数据线，20根地址线，寻址1MB的存储单元和64K

3、B的I/O端口。,8088是准16位微处理器。内部寄存器、运算器以及内部数据总线都是16位，但外部数据总线为8条。,前言（二）,5,从功能上讲，可分为两个独立的部分，并行重叠操作：,CPU内部结构（一）,6,总线接口单元 (Bus Interface Unit, BIU)：,执行单元 (Execution Unit, EU)：,BIU从内存预取指令送到指令队列缓冲器； CPU执行指令时，BIU配合EU对指令的内存单元或I/O端口存取数据。,负责执行指令，即,执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中取得； 指令执行的结果或所需要的数据，由EU向BIU发出请求； 再由BIU对存储器或I/O端口进行存取

4、。,负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。即,CPU内部结构（二）,7,EU与BIU,当EU从指令队列中取走指令，指令队列出现空字节时，BIU就自动执行一次取指令周期，从内存中取出后续的指令代码放入队列中； 当EU需要数据时，BIU根据EU给出的地址，从指定的内存单元或外设中取出数据供EU使用； 在运算结束时，BIU将运算结果送入指定的内存单元或外设； 如果指令队列为空，EU就等待； 若BIU正在取指令，EU发出访问总线的请求，则必须等BIU取指令完毕后，该请求才能得到相应； 一般情况下，程序顺序执行，当遇到跳转指令时，BIU就使指令队列复位，从新地址取出指令，并立即传给EU执行。

5、,8,4个16位段地址寄存器代码段寄存器(Code Segment)：取得CPU所执行的指令。数据段寄存器(Data Segment)：存放程序所使用的数据。堆栈段寄存器(Stack Segment)：堆栈操作的执行地址在此段中。附加段寄存器(Extra Segment)：也用来存放数据。,6字节指令队列缓冲器 16位指令指针寄存器 IP (Instruction Pointer)20位地址加法器总线控制器,总线接口单元组成,9,用于存放预取的指令。 8086指令队列为6个字节。 在执行指令的同时，从内存中取下面1条或几条指令，取来的指令依次放在指令队列中。 采用“先进先出”的原则。 指令队列

6、的存在使8086/8088的EU和BIU并行工作，从而减少了CPU为取指令而等待的时间，提高了CPU的利用率，加快了整机的运行速度，另外也降低了对存储器存取速度的要求。,指令队列缓冲器,10,16位指令指针(Instruction Pointer, IP),IP中含有BIU要取的下一条指令(字节)的偏移地址。,IP在程序运行中自动加1，指向要执行的下一条指令(字节)。,有些指令能使IP值改变或使IP值压进堆栈，或由堆栈弹出恢复原址。,指令指针寄存器,11,8086有20根地址线，内部寄存器只有16位。,“段加偏移”技术：,段寄存器存放确定各段起始地址的16位段地址信息。 由IP提供或由EU按寻

7、址方式计算出寻址单元的16位偏移地址, 简称偏移量。 将偏移地址与左移4位后的段寄存器内容同时送到地址加法器，相加后形成20位实际地址。,地址加法器和段寄存器,12,16位算术逻辑单元 (ALU)算术、逻辑运算，计算16位偏移量 16位标志寄存器FCPU的运算状态特征或存放控制标志 数据暂存寄存器协助ALU完成运算 通用寄存器组4个16位数据寄存器，4个16位指针与变址寄存器 EU控制电路控制、定时与状态逻辑电路,执行单元组成,13,8086 内部寄存器结构共有13个16位寄存器和1个只用了9位的16位标志寄存器。（共14个16位寄存器）,8086的寄存器结构,段寄存器,控制寄存器,14,数据

8、寄存器AX，BX，CX，DX 数据寄存器一般用于存放参与运算的数据或运算结果。 每一个数据寄存器都是16位寄存器，但又可将高、低8 位分别作为两个独立的8 位寄存器使用。它们的高8 位记作AH、BH、CH、DH，低8 位记作AL、BL、CL、DL，这给编程带来了很大的方便。,多数情况下，用于算术运算或逻辑运算指令中。,有些指令中，有特定的用途。,通用寄存器（一）,15,数据寄存器各自习惯用法,上述4 个寄存器一般作为通用寄存器使用，但又有各自的习惯用法。 (1) AX称为累加器，在乘除法运算、串运算和I/O 指令中都作为专用寄存器。 (2) BX称为基址寄存器，在计算机寻址时，常用来存放基址。

9、 (3) CX称为计数寄存器，在循环和串操作指令中用作计数器。 (4) DX称为数据寄存器，在寄存器间接寻址的I/O 指令中存放I/O 端口地址，在做双字长乘除法运算时，DX与AX 合起来存放一个双字长数据(32 位)，其中DX存放高16 位。,16,地址指针寄存器SP、BP（16位，存放偏移地址）,堆栈指针寄存器SP和基址指针寄存器BP。用来指明当前堆栈段中数据所在的地址。,SP(Stack Pointer)：给出栈顶的偏移地址（入栈和出栈指令时）。,BP(Base Pointer)：存放位于堆栈段中的数据区基地址的偏移地址。,通用寄存器（二）,17,源变址寄存器SI和目的变址寄存器DI。存

10、放当前数据段的偏移地址。,SI(Source Index)：源操作数的偏移地址。,DI(Destination Index)：目的操作数的偏移地址。,变址寄存器（16位，存放偏移地址）,通用寄存器（三）,18,4个16位段寄存器，8086 指令可直接访问。 CS(Code Segment)：存放代码段的段地址。 SS(Stack Segment)：存放堆栈段的段地址。 DS(Data Segment)： 存放数据段的段地址。 ES(Extra Segment)：存放附加段的段地址，用于存放处理后的数据。,段寄存器是为实现“段加偏移”寻址基址而设置的。,段寄存器,19,段寄存器的使用,段寄存器的

11、设立不仅使8088的存储空间扩大到1M，且为信息按特征分段存储带来了方便。 在存储器中，信息按特征可分为：程序代码、数据和堆栈等。 因此存储器可相应地划分为： 程序段：用来存放程序的指令代码； 数据段及附加段：用来存放数据和运算结果； 堆栈段：用来传递参数、保存数据和状态信息。,20,表2.1 存储器操作时段地址和段内偏移地址的来源,21,8086 标志寄存器F为16位，用了其中9位。 6个状态标志位：CF，PF，AF，ZF，SF，OF 3个控制标志位：DF，IF，TF,0,7,8,15,FL,FH,2,4,6,9,10,11,溢出标志,方向标志,中断允许标志,跟踪标志,进位标志,奇偶标志,辅

12、助进位标志,零标志,符号标志,标志寄存器（一）,22,状态标志位：反映算术或逻辑运算后结果状态。,CF(Carry Flag)：进位标志，D0位。执行结果在最高位上产生了一个进位或借位，CF=1；无进位或借位，CF=0。会受移位、循环指令影响。,PF(Parity Flag)：奇偶性标志，D2位。执行结果的低8位中有偶数个“1”时，PF=1；否则PF=0。机器中传递信息时，对产生的代码出错情况提供检测条件。,标志寄存器（二）,23,AF(Auxiliary Flag)：辅助进位标志，D4位。执行结果的低4位向高4位有进位或借位时，AF=1；否则AF=0。 AF标志主要用于实现BCD码算术运算结

13、果的调整。,ZF(Zero Flag)：零标志，D6位。如运算结果为零，ZF=1；如运算结果不为零，ZF=0。,标志寄存器（三）,24,SF(Sign Flag)：符号标志，D7位。如运算结果为负数，SF=1；如运算结果为正数，ZF=0。,OF(Overflow Flag)：溢出标志，D11位。如带符号数在进行算术运算时产生了溢出，OF=1；如无溢出，OF=0。溢出表示运算结果已经超出机器能够表示的数值范围。,标志寄存器（四）,25,控制标志位：控制CPU的操作，由程序设置或清除。,DF(Direction Flag)：方向标志，D10位。控制数据串操作指令的步进方向。若用指令STD将DF=1

14、，数据串操作过程中地址自动递减；若用指令CLD将DF=0，则地址自动递增。,标志寄存器（五）,26,IF(Interrupt Flag)：中断允许标志，D9位。控制可屏蔽中断。若用指令STI将IF=1，允许接受外部从INTR引脚发来的可屏蔽中断请求；若用指令CLI将IF=0，禁止接受外部发来的可屏蔽中断请求。IF的状态不影响非屏蔽中断(NMI)请求，也不影响CPU响应内部的中断请求。,标志寄存器（六）,27,TF(Trap Flag)：跟踪(陷井)标志，D8位。为方便调试程序而设置的。若TF=1，CPU处于单步工作方式；若TF=0，正常执行程序。 总结： 对于状态标志，CPU 在进行算术逻辑运

15、算时，根据操作结果自动将状态标志位置位(等于1)或复位(等于0)； 对于控制标志，事先用指令设置，在程序执行时，检测这些标志，用以控制程序的转向。,标志寄存器（七）,28,二、8086/8088存储器和I/O组织,1、8086/8088的存储空间 8086/8088有20条地址线，可直接对1 M个存储单元进行访问。每个存储单元存放一个字节型数据，且每个存储单元都有一个20位的地址，这1 M个存储单元对应的地址为00000HFFFFFH，如图2.1所示。一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容。如图2.1所示，00001H单元的内容为9FH，记为：(00001H)=9FH。,29,图2.1

16、数据在存储器中的存放,30,20条AB，寻址1M存储空间； 按字节组织，每个字节唯一地址; 字节：顺序存放 字：低位字节放在低地址中高位字节放在高地址中 双字：低位字是偏移量高位字是段地址 规则字：低位字节存放在偶数地址 非规则字：低位字节存放在奇数地址,数据在存储器的存放,31,字和双字型数据存放,若存放的是字型数据(16位二进制数)，则将字的低位字节存放在低地址单元，高位字节存放在高地址单元。如从地址0011FH开始的两个连续单元中存放一个字型数据，则该数据为DF46H，记为：(0011FH)=DF46H。 若存放的是双字型数据(32位二进制数，这种数一般作为地址指针，其低位字是被寻址地址的偏移量，高位字是被寻址地址所在段的段地址)，这种类型的数据要占用连续的4个存储单元，同样，低字节存放在低地址单元，高字节存放在高地址单元。如从地址E800AH开始的连续4个存储单元中存放了一个双字型数据，则该数据为66A65E65H，记为：(E800AH)=66A65E65H。,32,2、存储器的段结构,8086/8088 CPU中有关可用来存放地址的寄存器如IP、SP等都是16位的，故只能直接寻址64 KB。为了对1M个存储单元进行管理，8086/8088采用了分段结构的方法对存储器管理，即将1M的地址空间分成若干个64K的段，然后用段基地址加上段内偏移地址来访问物理存储器。,