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1、第二章 8086/8088微处理器,内容提要：本章主要介绍了8086CPU的结构、引脚功能、工作模式以及最大最小模式的工作时序。 学习目标：重点掌握计算机的内部结构及引脚功能。掌握计算机的读写时序有助于理解计算机的工作原理。,返回主目录,微处理器是微型计算机的核心部件，自1971年Intel公司发布了Intel 4004以来，微处理器的发展速度基本上遵循了摩尔定律（每18个月微处理器芯片上的晶体管数翻一番）。30多年来，微处理器从4位机发展到8位、16位、32位、64位。16位机的代表型号是8086,8086CPU处理的目标程序在32位、64位机上仍能执行。32位和64位机的指令系统也是在16
2、位机的基础上发展而来的。因此，本节重点介绍16位微处理器8086。简单介绍32位和64位的微处理器。,第二章 8086/8088微处理器,本章目录 2.1 8086/8088微处理器的结构 2.2 8086/8088的引脚功能 2.3 8086/8088的总线结构 2.4 8086最小模式的工作时序 本章小结,2.1 8086/8088微处理器的结构,8086/8088微处理器的结构相似，都由算术逻辑运算单元ALU、专用和通用寄存器、指令寄存器、指令译码器、定时器控制电路等组成。按功能可把CPU分成两大部：执行单元（Execution Unit）和总线接口单元（Bus Interface Un
3、it）如图2-1所示，图中左半部分为执行单元，简称EU。右半部分为总线接口单元，简称BIU。BIU与外部总线相连，完成与外设（或存储器）的数据传送，包括取指令操作、存储器读/写数据操作、I/O接口的读/写操作。EU通过BIU得到信息，其功能就是负责指令的执行。BIU和EU两个单元可以并行工作。这样提高CPU的工作速度。,2.1.1 8086/8088微处理器的结构,图2-1 8086微处理器内部结构示意图,执行单元EU由8个通用寄存器、1个标志寄存器、算术逻辑运算单元ALU及EU控制电路组成；EU从BIU指令队列寄存器中获得指令和待处理数据进行操作。将指令代码译码后，发出相应的控制信息，将数据
4、在ALU中进行运算，运算结果的特征保留在标志寄存的FLAGS中。,总线接口单元BIU包括4个段寄存器、1个指令指针寄存器、1个与EU通读寄存器。一个先入先出的6个字节（8088是4个字节）指令队列。总线控制逻辑电路及20位实际物理地址计算的加法器。,1执行单元EU,2.总线接口单元BIU,通用寄存器的包括数据寄存器、地址指针寄存器和变址寄存器。 数据寄存器数据寄存器有AX、BX、CX、DX都是16位寄存器，这四个16位寄存器可分为高8位和低8位两部分使用，也就是说也可作8位寄存器使用。高8位表示成：AH、BH、CH、DH，低8位表示成：AL、BL、CL、DL。参与运算的数是16位数时，可用AX
5、、BX、CX、DX中的任意一个描述，如果参与运算的数据是8位数时可用AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL中的任意一个描述。一般情况下，这四个数据寄存器就是用于存放参与运算的数据或运算结果的。但这四个寄存器又有自己特殊的用法。,2.1.2 8086内部寄存器,8086内部寄存器按其功能可分为：通用寄存器（8个），段寄存器（4个），控制寄存器(2个）。,1.通用寄存器,AX（Accumulator）累加器，是指令系统中应用最多的寄存器，输入/输出只能用AX寄存器传递数据，它经常存放运算的中间结果，并参与下次运算，所以叫累加器。 BX（base Register）基址寄存器，它通常用来存放
6、内存的基地址，用于寄存器寻扯。 CX（count Register）计数寄存器，在循环和串操作指令中，用于计数重复次数。 DX（Data Register）数据寄存器，通常用来存放运算结果。如乘法运算后DX与AX合起来存放32位数的运算结果，其中DX存放高16位。在输入/输出操作中，可用DX作为端口地址的寄存器间接寻址。,地址指针寄存器 地址指针寄存器有SP和BP两个。 SP（stack pointer）叫堆栈指示器，用于指示当前堆段中栈顶所在的存储单元地址。（堆栈在后面介绍）。 BP（base pointer）叫基址指示器，用于指示当前堆栈段中一个数据区基址的偏移地址，通过它间接寻址可对堆栈
7、段中的某个数据进行存取。 SP和BP只能用于堆栈段，不能指示其它段。（存储器是按段管理的，后续介绍）。但SP和BP应用上是有区别的，SP可用于PUSH、POP、CALL、RET等指令，而BP不能用于这些令（后续介绍）。,变址寄存器SI、DI SI（source Index）叫源变址寄存器，一般用于源操作数当前数据段中某个地址的偏移地址。 DI（Destination index）叫目标变址寄存器，一般用于目标操作数当前附加段（本数据段）中某个地址的偏移地址。 在字符串操作中，SI用于存放源串操作数的偏移地址，这个串一定是在数据段DS。DI用于存放目标串操作数的偏移地址，这个串一定是在附加段ES
8、。 在寄存器间寻址时，经常用DI、SI加上一个位移量来改变存储器的地址，因此叫变址寄存器。 指针寄存器和变址寄存器与数据寄存器样，可以参与算术和逻辑运算，但指针寄存器和变址寄存器只能用于16位计算，不能分成8位。,段寄存器包括CS、SS、DS、ES，用于指示当前段的段基址。 CS（Code Segment）叫代码段寄存器，用于指示当前的代码段（程序段）的起始地址段基址。 DS (Date Segment)叫数据段寄存器，用于指示当前的数据段的段基址。 SS（Stack Segment）叫堆栈段寄存器，用于指示当前的堆栈段的段基址。 ES (Extra Segment)叫附加段寄存器，用于指示当
9、前的附加段的段基址。 CS段一般用于存放CPU执行的程序代码。DS一般用于存放程序中的变量和数据。SS段一般用于存放压栈的信息。ES段一般用于存放参与运算结果。,2.段寄存器（segment）,控制寄存器有IP和FLAGS。 IP（Instruction Pointer）叫指令指针寄存器（程序指示器）。用于存放预取指令的偏移地址。CPU从代码段中偏移地址为IP的内存单元中取出指令代码的一个字节后，IP自动加I，指向指令代码的下一个字节。用户程序不能直接访问IP。 FLAGS（Flags）叫标志寄存器，用于存放运算结果的标志。FLAGS是16位寄存器，用其中的9位来描述9个标志。通常叫标志9个标
10、志可分为状态标志位和控制标志位。如图2-2所示。,图2-2 8086标志寄存器FLAGS,3.控制寄存器,状态标志位有： CF（Corry Flag）进位标志位（借位标志位）：当进行加法（或减法）运算时，若最高位发生进位来借位，则CF=1，否则CF=0。 PF（ Parity Flag）寄标志位：当逻辑运算结果中“1”的个数为偶数时，PF=1，为奇数时，PF=0。 AF（Auxiliary Carry）半进位标志位：在8（16）位加减法运算中，低4（8）位向高位有进位或借位，则AF=1，否则AF=0。 ZF（Zero Flag）零标志位：当运算结查为0时，ZF=1，否则ZF=0。 SF（Sig
11、n Flag）符号标志位：当运算结果最高位是1（即函数）时，SF=1，否则SF=0。 OF（Over Flag）溢出标志位：当运算结果超出了带符号数的范围，即溢出时，OF=1，否则OF=0。8位带符号数范围是-128+127。16位带符号数的范围是-32768+32767。这6个状态标志位状态是计算机运算后，自动生成的不是人为赋予的，当然也可通过POPF改变各状态值。（后续介绍）,控制标志位 控制标志位被设置后，可完成某些控制操作。 TF（Trap Flag）跟踪标志位：是为调试程序而设置的。若TF=1，则使8086CPU处于单步工作方式，在这种工作方式下，CPU每执行完一条指令，就自动产生一
12、个内部中断，处理机转去执行一个中断服务程序。检查程序中的每条指令执行情况，当TF=0时，CPU正常执行程序。 IF（Interrupt Flag）中断允许标志位（开中断标志位）：若将IF设置为1时（IF=1），8086CPU开中断，CPU允许外部的可屏蔽中断源的中断请示，若将IF清零（IF=0），8086CPU关中断，CPU禁止外部可屏蔽中断的请求。 IF只对可屏蔽中断起作用，对非屏蔽中断和内部中断都不起作用。 DF（Direction Flag）方向标志位：方向标志位用于控制串操作指令中SI（或DI）的修改方向。当DF设置为1（DF=1）时，SI（或DI）减量，当DF清零（DF=0）时，SI
13、（或DI）增量，因为SI（或DI）描述串操作的偏移地址，当SI（DI）减量时，串是由高地址向低地址方向遵序执行。后续指令中将详细介绍。,8086有20条地址线，可以寻址1M内存空间。地址从00000HFFFFFH。但8086CPU内部的地址寄存器都是16位的，最多能寻址64K字节，为了能寻址1M字节，8086采用分段技术。分段技术是把存储器可分成代码段CS、堆栈段SS、数据段DS和附加段ES四种。每段为64KB，段与段可以重叠，可以交叉，也可以没有联系。如图2-3所示。存储器分段管理后，每个单元的地址都可以用两个形式的地址来表示，实际地址（物理地址）和逻辑地址。,2.1.3存储器中的逻辑地址和
14、物理地址,图2-3 存储器的逻辑分段结构,例：已知当前有效的代码段、堆栈段、数据段和附加段的段基址分别为1055H、EFF0H、250AH和8FFBH，它们在存储器中的分布情况如图2-4所示。,物理地址:是由20位地址或状态来表示的地址。即20位二进数来表示。CPU与存储器交换信息时，使用的是物理地址。 逻辑地址：是把20位地址分成段基址和偏移地址两部分表示，即段：偏移。这两部分都是无符号的16位二进制数。例如：0001H：2000H。程序是以逻辑地址来编址的。 物理地址的形成是通过CPU内部的BIU部件中的地址加法器运算出来的如图2-5。,从图中可看出物理地址可由下式计算： 物理地址=段基址
15、16+偏移地址。,例如：CS=2000H IP=200H，则物理地址为：2000H+2200H=22200H。,图2-5 8086物理地址的形成,四个段寄存器可以分别描述当前使用的段的起始字节单元。偏移地址可由16位寄存器来描述。一般情况下CS段的偏移地址用IP描述，SS段的偏移地址由SP和BP描述。DS段的偏移地址由BX或SI加上位移量来描述，ES段的偏移地址可由BX和DI加上位移量来描述。如图2-6所示。,图2-6 段寄存器和其它寄存器组合指向存储单元,中断矢量区：00000H003FFH共1K字节，用以存放256种中断类型的中断矢量，每个中断矢量占用4个字节，共2564=1024=1K,
16、显示缓冲区：B0000HB0F9FH约4000（25802）字节，是单色显示器的显示缓冲区，存放文本方式下，所显示字符的ASCII码及属性码；B8000HBBF3FH约16K字节，是彩色显示器的显示缓冲区，存放图形方式下，屏幕显示象素的代码。,启动区：FFFF0HFFFFFH共16个单元，用以存放一条无条件转移指令的代码，转移到系统的初始化部分。,特殊的内存区域： 8088/8086系统中，有些内存区域的作用是固定的，用户不能随便使用，如：,堆栈是在存储器中开辟的一个数据存储器，这个区域数据的存取遵循“先入后出”的原则。堆栈一定在堆栈段。把堆栈存储器的一端固定，称为栈底。另一端可活动，称为栈顶。栈顶由SP堆栈批示器来描述。栈底为栈区的高地址，栈顶的地址小于等于栈底。如果栈顶等于栈底。表明栈区中没有数据。8086/8088的堆栈操作只能是字操作。因此在进行入栈操作时，SP会自动减2，即SP=SP-2。出栈时SP会自动加2，即SP=SP+2。后续讲指令时会详细介绍。,2.1.4 堆栈,2.
