第2章 微處理器和指令系統(tǒng)2

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第2章微處理器和指令系統(tǒng)2.12.28086/8088微處理器80x86/Pentium微處理器

2.3

8086/8088微處理器指令系統(tǒng)

2.18086/8088微處理器8086/8088的主要特性：Intel8086/8088采用HMOS工藝制造，內(nèi)含29000個晶體管，封裝在40引腳雙列直插式塑封管殼內(nèi)。數(shù)據(jù)總線：8086:16位，8088:8位。地址總線：20位，其中8086的低16位與數(shù)據(jù)總線復用；8088的低8位與數(shù)據(jù)總線復用。

內(nèi)存空間：20位地址線可直接尋址1MB存儲空間。尋址方式：8種尋址方式，提供了靈活的操作數(shù)存取方法。2

指令系統(tǒng)：上百條指令除能完成數(shù)據(jù)傳送、算數(shù)運算、規(guī)律運算、控制轉(zhuǎn)移和處理器控制功能外，

內(nèi)部還設(shè)有硬件乘除法與串處理指令電路，可以對多種數(shù)據(jù)類型進行處理。

時鐘頻率：8088:4.7MHz;8086:5MHz;中斷功能：可處理內(nèi)部軟件和外部硬件中斷，中

斷源多達256個。

一、8086/8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通用寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI20位CSDSSSESIP

地址加法16位輸入/輸出控制電路

16位運算寄放器ALU標志執(zhí)行部件(EU)執(zhí)行部分控制電路

內(nèi)部暫存器

外部總線

1234568位指令隊列緩沖器總線接口部件(BIU)

1、總線接口單元BIU(BusInterfaceUnit)(1)功能：負責與存儲器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)?？偩€接口部件要從內(nèi)存取指令送到指令隊列；CPU執(zhí)行指令時，要協(xié)同執(zhí)行部件從指定的內(nèi)存單元或者外設(shè)端口中取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給執(zhí)行部件；把執(zhí)行部件的操作結(jié)果傳送給指定的存儲器或I/O端口。5

(2)組成6字節(jié)(8086)或4字節(jié)(8088)的指令隊列,指令指針寄放器IP:IP為一個16位的寄放器，20位的地址加法器段寄放器：CS、DS、SS、ES總線控制規(guī)律:處理器與外界總線聯(lián)系的轉(zhuǎn)接電路。

(3)兩點說明指令隊列

8086的指令隊列為6個字節(jié),8088的指令隊列為4個字節(jié)。指令執(zhí)行順序順序指令執(zhí)行：指令隊列存放執(zhí)行指令后面的那一條指令。執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令：BIU清除指令隊列中的內(nèi)容，從新的地址取入指令，馬上送往執(zhí)行單元。7

內(nèi)存單元的物理地址PA的產(chǎn)生過程如圖

所示偏移地址段地址段寄放器左移4位

Σ

地址產(chǎn)生器

物理地址

2、EU(ExecutionUnit)執(zhí)行單元(1)功能：負責指令的譯碼和執(zhí)行。(2)組成：16位的運算器ALU:包括數(shù)據(jù)的算數(shù)/規(guī)律運算；

16位的標志寄放器(PSW):9個標志位，其中6個條件標志位用于存放結(jié)果狀態(tài)；暫存器：輔助ALU完成各種運算，暫存參與運算的數(shù)據(jù)；通用寄放器組：數(shù)據(jù)寄放器AX、BX、CX、DX,專用寄放器：BP、SP、SI、DI;EU控制電路：接

受從總線接口單元的指令隊列中取來的指令代碼，對其譯碼和向EU內(nèi)各有關(guān)部分發(fā)出9時序命令信號。

(3)寄放器功能：用來存放運算過程中所需要的操作數(shù)地址、操作數(shù)及中間結(jié)果。組成：

通用寄放器：8個16位的通用寄放器，通用數(shù)據(jù)寄放器分別是AX、BX、CX和DX,它們通常可以用來存放16位的數(shù)據(jù)。這4個寄放器又可以分為8個8位寄放器來使用，分別是AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL,只能存放8位數(shù)據(jù)。專用地址寄放器分別是BP、SP、SI和DI,也由于其特別用途被分別稱為基址指針、堆棧指針、源變址10寄放器、目的變址寄放器。

寄放器的特別用途寄放器名AX,ALAHALBX特別用途在I/O指令中作數(shù)據(jù)寄放器在乘法指令中被乘數(shù)或乘積，在除法指令中存放被除數(shù)或商在LAHF指令中，作目的操作數(shù)寄放器在XLAT指令作累加器在間接尋址中作基址寄放器在XLAT指令作基址寄放器隱含性質(zhì)不能隱含隱含隱含隱含不能隱含隱含

CXCLDX

在循環(huán)指令和串操作指令中作計數(shù)器在移位指令中作移位次數(shù)寄放器在字乘法/除法指令中存放乘積高位/被除數(shù)高位或余數(shù)在I/O指令中作間接尋址寄放器

隱含不能隱含隱含不能隱含

SIDI

在間接尋址中作變址寄放器在串操作指令中作為源變址寄放器在間接尋址中作變址寄放器在串操作指令中作為目的變址寄放器

不能隱含隱含不能隱含隱含

BPSP

在間接尋址中作基址指針在堆棧操作中作堆棧指針

不能隱含隱含11

段寄放器：

CS:代碼段寄放器，用于存放正在或正待處理的一般代碼段的起始地址的高16位。DS:數(shù)據(jù)段寄放器，用于存放正在或正待處理的一般數(shù)據(jù)段的起始地址的高16位。ES:附加數(shù)據(jù)段寄放器，用于存放正在或正待處理的附加數(shù)據(jù)段的起始地址的高16位。SS:堆棧數(shù)據(jù)段寄放器，用于存放正在或正待處理的堆棧數(shù)據(jù)段的起始地址的高16位。指令指針I(yè)P:IP指令指針，它的內(nèi)容始終是下一條待執(zhí)行指令的起始偏移地址，與CS一起形成下一條待執(zhí)行指令的12起始物理地址。

程序狀態(tài)字PSW;16位程序狀態(tài)字PSW,它有3個控制標志(IF、DF、TF)和6個狀態(tài)標志(SF、PF、ZF、OF、CF、AF)?？刂茦酥臼怯糜诳刂艭PU某方面操作的標志，狀態(tài)標志是部分指令執(zhí)行結(jié)果的標志。PSW寄放器的具體格式如圖2.3所示：1511OF10987SF6ZF4AF2PF0CFDFIFTF

IF:中斷允許標志，用于控制CPU能否響應可屏蔽中斷請求，IF=1能夠響應，IF=0不能響應。

程序狀態(tài)字PSW:

DF:方向標志，用于指示串操作時變址寄放器是增量變化還是減量變化，DF=1向地址減小的方向變化，DF=0向地址增加的方向

變化。TF:單步中斷標志，TF=1程序執(zhí)行當前指令后暫停，TF=0程序執(zhí)行當前指令后不暫停。SF:符號標志，指令執(zhí)行結(jié)果的最高二進制位是0還是1,為0,則SF=0。代表正數(shù)；為1,則SF=1,代表負數(shù)。PF:奇偶校驗標志，用來表示指令執(zhí)行結(jié)果的低8位中1的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)，若為奇數(shù)個“1〞則PF=0,若為偶數(shù)個“1〞則PF=1。14

程序狀態(tài)字PSW:OF:有符號數(shù)的溢出標志，用來表示指令執(zhí)行結(jié)果是否超出有符號數(shù)的表示范圍，若超出則OF=1,否則OF=0。CF:進位/借位標志(無符號數(shù)的溢出標志),用來表示指令執(zhí)行結(jié)果的最高位是否有向更高位進位或借位，若有則CF=1,同時也代表無符號數(shù)溢出；若無則CF=0,也代表無符號數(shù)無溢出。AF:輔助進位/借位標志，低4位二進制是否有向高位進位或借位，若有則AF=1,否則AF=0,其主要用于BCD修正運算。15

復位時各內(nèi)部寄放器的初值寄放器名稱標志寄放器(PSW)指令指針(IP)CS寄放器DS寄放器SS寄放器ES寄放器其它寄放器指令隊列

初值清零0000HFFFFH0000H0000H0000H0000H空

由表可見，復位時，代碼段寄放器CS和指令指針I(yè)P的值分別被初始化成FFFFH和0000H。因此，8086/8088啟動后從內(nèi)存的FFFF0H處開始執(zhí)行指令。一般在FFFF0H處放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)程序的入口處。復位時，標志寄放器被清零。在時序上，RESET信號從高到低的跳變會觸發(fā)CPU內(nèi)部一個復位規(guī)律電路，經(jīng)過7個時鐘周期之后，CPU就被啟動而進入正常工作，即從FFFF0H處開始執(zhí)行程序。17

小

結(jié)

在一條指令的執(zhí)行過程中可以取出下一條(或多條)指令，指令在指令隊列中排隊；在一條指令執(zhí)行完成后,就可以馬上執(zhí)行下一條指令，減少CPU為取指令而等待的時間，提高CPU的利用率和整個運行速度。

8086/8088微處理器:BIU和EU分開，取指和執(zhí)行可以重迭，大大減少了等待取指所需的時間，提高CPU的利用率。重迭操作技術(shù)：一方面提高了整個執(zhí)行速率，另一方面降低了與之相配的存儲器的存取速度的要求。18

二、8086/8088的工作模式和引腳功能1、8086/8088的工作模式最小模式：是指系統(tǒng)中只有8086或8088一個微處理器，所有總線控制信號均由CPU直接產(chǎn)生，最小模式用在規(guī)模較小的8086/8088系統(tǒng)中。最大模式：是指系統(tǒng)中包含兩個或多個微處理器，其中主處理器是8086或者8088,其余處理器稱為協(xié)處理器，系統(tǒng)的總線控制信號主要由總線控制器產(chǎn)生，最大模式用于中、大型的8086/8088系統(tǒng)。19

2、8086的引腳功能(帶括號的引腳功能為最大模式下的功能)

GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKG

ND

8086

VCCAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)M/IO(S2)DT/R(S1)DEN(S0)ALE(QS0)INTA(QS1)