第2講 16位微處理器8086-1

18086系統(tǒng)的硬件結構控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成CPUI/O設備

I/O接口主存系統(tǒng)總線BUS外設2PC/XT計算機系統(tǒng)組成8088微處理器8087協(xié)處理器8288總線控制器62芯總線8259中斷控制器隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM8253定時控制器8237DMA控制器8255并行接口控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器揚聲器接口8284時鐘發(fā)生器鍵盤接口系統(tǒng)配置開關3一、8086的編程結構二、8086的引腳信號和工作模式三、8086的操作和時序四、8086的存儲器編址和I/O編址16位微處理器80864★8086CPU內(nèi)部結構★

8086CPU的寄存器結構一、8086的編程結構（一）8086CPU內(nèi)部結構內(nèi)部寄存器

IP

ES

SSDSCS輸入/輸出控制電路8086總線執(zhí)行部件控制電路∑ALU標志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用寄存器地址加法器指令隊列執(zhí)行部件（EU)總線接口部件（BIU)16位20位16位8位CPU內(nèi)部總線68086CPU的外部引腳圖78086的內(nèi)部結構從功能分成兩個單元1.總線接口單元BIU（BusInterfaceUnit）；2.執(zhí)行單元EU（ExecutionUnit）。兩個單元相互獨立，分別完成各自操作。兩個單元可以并行執(zhí)行，實現(xiàn)指令取指和執(zhí)行的流水線操作。81.總線接口單元BIU（BusInterfaceUnit）（1）總線接口單元BIU功能：

負責與存儲器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)。具體講：總線接口部件要從內(nèi)存取指令送到指令隊列；

CPU執(zhí)行指令時，要配合執(zhí)行部件從指定的內(nèi)存單元或者外設端口中取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給執(zhí)行部件；或把執(zhí)行部件的操作結果傳送給指定的內(nèi)存單元或I/O口。9 4個段地址寄存器（CS、DS、ES、SS）

16位指令指針寄存器IP 20位的地址加法器(16D（10H）

段地址+偏移地址＝物理地址) 6字節(jié)（8086）或4字節(jié)（8088）的指令隊列 輸入輸出控制電路: 處理器與外界總線聯(lián)系的轉(zhuǎn)接電路。包括三組總線：20位地址總線，16位(8086)或8位（8088）雙向數(shù)據(jù)總線，一組控制總線。（2）總線接口單元BIU組成10（3）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)。不論是8086還是8088都會在執(zhí)行指令的同時從內(nèi)存中取下一條或幾條指令，取來的指令放在指令隊列中，使BIU具有預取指令的功能，是一種先進先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結構。

指令執(zhí)行順序順序指令執(zhí)行：指令隊列存放緊接在執(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，立即送往執(zhí)行單元，然后再從新單元開始重新填滿隊列。11說明（續(xù)）地址加法器的作用： 用來形成20位物理地址，如CS=0F010H，IP=1000H，則要訪問的物理地址是：CS*16+IP=0F1100H12存儲器的分段結構13存儲器中的邏輯地址和物理地址

邏輯地址：采用分段結構的存儲器中，任何一個地址都由段基址和偏移地址兩部分構成，如CS=9482H，IP=2350H，可以表示為9482:2350，物理地址：存儲器的絕對地址（00000H～FFFFFH），是CPU訪問存儲器的實際尋址地址14物理地址的形成舉例:CS=9482H,IP=2350H,實際地址為:CS*10H+IP1001010010000010001000110101000010010110101101110000一個實際地址可以對應多個邏輯地址.物理地址=段基址*10H+偏移地址152.執(zhí)行單元EU（ExecutionUnit）（1）功能：負責指令執(zhí)行。（2）組成：

4個通用寄存器：AX、BX、CX、DX;4個專用寄存器：BP、SP、SI、DI;

標志寄存器（FR）：9個標志位，其中6個條件標志位用于存放結果狀態(tài);

算術邏輯部件ALU：16位加法器，執(zhí)行算術或邏輯運算；

EU控制系統(tǒng)：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)各有關部分發(fā)出時序命令信號，協(xié)調(diào)執(zhí)行指令規(guī)定的操作。16（3）說明EU每執(zhí)行完一條指令，從BIU指令隊列的隊首取指令。系統(tǒng)初始化后，指令隊列為空，EU需要等待BIU從內(nèi)存取指填充指令隊列。EU從指令隊列取得指令后，譯碼并執(zhí)行指令。若該指令需要取操作數(shù)或存操作結果，也就是說需要訪問存儲器或者I/O時，EU向BIU發(fā)出訪問總線的請求。17BIU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：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。8086/8088微處理器:18

程序執(zhí)行由取指令和執(zhí)行指令的循環(huán)來完成的，每條指令執(zhí)行完后CPU必須等待到下條指令取出來后才能執(zhí)行。對于8080與8085及較早的8位微處理器:19（二）8086CPU的寄存器結構

★

通用寄存器★

專用寄存器

★

段寄存器

★

標志寄存器FR★

指令指針寄存器IP201.通用寄存器

包括AX、BX、CX、DX

功能：用來暫存計算過程中所用到的操作數(shù)，結果或其它信息訪問形式:

可以用字（16位）的形式訪問;

也可以用字節(jié)（8位）形式訪問。 它們的高8位記作:AH、BH、CH、DH。 它們的低8位記作:AL、BL、CL、DL。21通用寄存器的特殊用法1AX——（Accumulator）作為累加器它是算術運算的主要寄存器，所有I/O指令都使用這一寄存器與外部設備交換數(shù)據(jù)。例：INAL,20H OUT30H,AXBX——（Base）用作基址寄存器使用在計算內(nèi)存儲器地址時，經(jīng)常用來存放基址。例：MOVAX,[BX+03H]22通用寄存器的特殊用法2CX——（Count）可以作計數(shù)寄存器使用在循環(huán)LOOP指令和串處理指令中用作隱含計數(shù)器。例： MOVCX,200HAGAIN: ……

LOOPAGAIN

；（CX)-1(CX),結果0轉(zhuǎn)AGAINDX——Data可以作為數(shù)據(jù)寄存器使用。一般在雙字長乘除法運算時，把DX和AX組合在一起存放一個雙字長(32位)數(shù)，DX用來存放高16位;

對某些I/O操作DX可用來存放I/O端口地址（地址>255）。例： MULBX ;(AX)(BX)(DX)(AX) INAL,DX232.專用寄存器

包括SP、BP、SI、DI

功能：經(jīng)常用以在段內(nèi)尋址時提供偏移地址

訪問形式:

必須用字（16位）的形式訪問。

243.段寄存器

8086CPU總線接口設有4個16位段寄存器，分別為代碼段寄存器CS，數(shù)據(jù)段寄存器DS，附加段寄存器ES和堆棧段寄存器SS。254.標志寄存器FR8086CPU內(nèi)部有1個16位標志寄存器，其中規(guī)定9位為標志位，7位未用，其具體格式如下：1514131211109876543210ХХХХOFDFIFTFSFZFХAFХPFХCF9個標志位可以分為兩類，一類叫狀態(tài)標志，用來表示運算結果的特征，它們是CF、PF、AF、ZF、SF和OF；另一類叫控制標志，用來控制CPU的操作，它們分別是IF、DF和TF。26狀態(tài)標志:①OF（OverflowFlag）溢出標志（一般指補碼溢出）

在運算過程中，如操作數(shù)超過了機器表示的范圍稱為溢出，此時，OF=1，否則，OF=0

。字節(jié)允許范圍：-128—+127

字運算范圍：-32768—+32767

② SF（SignFlag）符號標志

SF=1：記錄運算結果的符號為負。

SF=0：記錄運算結果的符號為正。③ ZF（ZeroFlag）零標志

ZF=1：運算結果為0。

ZF=0：運算結果不為0。27④ CF（CarryFlag）進位標志

CF=1：記錄運算時從最高有效位產(chǎn)生進位值。

CF=0：記錄運算時從最高有效位不產(chǎn)生進值。⑤AF（AuxiliaryCarryFlag）輔助進位標志

AF=1：記錄運算時第3位（半個字節(jié)）產(chǎn)生進位值。

AF=0：記錄運算時第3位（半個字節(jié)）不產(chǎn)生進位值。⑥

PF(ParityFlag)奇偶標志

PF=1:結果操作數(shù)低8位中有偶數(shù)個1。

PF=0:結果操作數(shù)低8位中有奇數(shù)個1。用來為機器中傳送信息時可能產(chǎn)生的代碼出現(xiàn)情況提供檢驗條件。28

控制標志:對控制標志位進行設置后,對其后的操作起控制作用?？刂茦酥疚话?位:TF、IF

、DF

。跟蹤（陷阱）標志TF、中斷標志IF

、方向標志

DF。①TF(TrapFlag)跟蹤(陷阱)標志位

TF=1,每執(zhí)行一條指令后，自動產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷，使CPU處于單步執(zhí)行指令工作方式，便于進行程序調(diào)試，用戶能檢查程序。

TF=0,CPU正常工作，不產(chǎn)生陷阱。29IF(InteruptFlag)中斷標志位

IF=1,允許外部可屏蔽中斷。CPU可以響應可屏蔽中斷請求。

IF=0,關閉中斷。CPU禁止響應可屏蔽中斷請求。

IF的狀態(tài)對不可屏蔽中斷和內(nèi)部軟中斷沒有影響。③DF(DirectionFlag)方向標志位DF=1,每次串處理操作后使變址寄存器SI和DI減量，使串處理從高地址向低地址方向處理。

DF=0,每次串處理操作后使變址寄存器SI和DI增量,使串處理從 低地址向高地址方向處理。

DF方向標志位是在串處理指令中控制處理信息的方向用的。30控制信息:由系統(tǒng)程序或用戶程序根據(jù)需要用指令來設置的。狀態(tài)信息:由中央處理器,根據(jù)計算結果自動設置的，但是，機器提供了設置狀態(tài)信息指令,必要時,程序員可以用這些指令來建立狀態(tài)信息。

31標志:

運算結果最高位為0 ∴SF=0；運算結果本身≠0 ∴ZF=0；低8位中1的個數(shù)為奇數(shù)個 ∴PF=0；最高位沒有進位 ∴CF=0；第三位向第四位無進位 ∴AF=0；

次高位向最高位沒有進位，最高位向前沒有進位,∴OF=0。例1：執(zhí)行兩個數(shù)的加法，分析對標志位的影響。32標志:運算結果最高位為1，SF=1；運算結果本身不為0，ZF=0；最高位向前無進位，CF=0； 次高位向最高位產(chǎn)生進位,而最高位向前沒有進位，OF=1；結果低8位含偶數(shù)個1，PF=1；第三位向第四位有進位,AF=1。在絕大多數(shù)情況下，一次運算后并不改變所有標志，程序也并不需要對所有的標志作全面的關注。一般只是在某些操作后,對其中某個標志進行檢測。例2：執(zhí)行兩個數(shù)的加法，分析對標志位的影響。335.指令指針寄存器IP(InstructionPointer)用來存儲代碼段中的偏移地址;程序運行過程中IP的內(nèi)容由BIU修改,始終指向下一次要取出的指令偏移地址。IP要與CS寄存器相配合才能形成真正的物理地址。特殊情況：程序跳轉(zhuǎn)34已知DS＝3000H，CS＝1000H，（32000H）＝10H，（32001H）＝20H，下面用動畫形式演示如下指令的執(zhí)行過程1000:100MOVAL,[2000H]

;

A000201000:103ADDAL,02H ;04021000:105HLT ;F48086計算機系統(tǒng)指令操作過程3536★

8086的引腳和功能★

8086的最小和最大模式系統(tǒng)★

8086最小模式典型配置二、8086的引腳信號和工作模式378086CPU的引腳和功能CPU的外部特性表現(xiàn)在其引腳信號上，學習時請?zhí)貏e關注以下幾個方面：⑴引腳的功能⑵信號的流向⑶有效電平⑷三態(tài)能力

除高電平1、低電平0外,引腳還有一個高阻狀態(tài),信號無效388086CPU的外部引腳圖398086CPU的引腳信號a.數(shù)據(jù)和地址引腳(20)AD15~AD0、A19/S6~A16/S3b.讀寫控制引腳(8)

、、、、ALE、READY、、c.中斷請求和響應引腳(3)NMI、INTR、408086CPU的引腳信號（續(xù)）d.總線請求和響應引腳(2)HOLD、HLDAe.其它引腳(7)

電源（VCC1個、GND2個）、RESET、CLK、、41

看電路圖注意問題a.引腳符號上面有橫線或者帶小圈表示低電平有效，否則高電平有效。一般兩種方式只取一種，例

HOLD表示高電平有效，表示低電平有效，圖中圈表示低電平有效。b.如上圖所示，門電路表示當兩個輸入均為有效的低電平時，輸出為有效的低電平，否則為高電平。428086的最小和最大模式系統(tǒng)--最小模式：單機系統(tǒng)，系統(tǒng)中所需要的控制信號全部由8086/8088CPU本身直接提供,系統(tǒng)中的總線控制電路可以降到最少。--最大模式：構成的系統(tǒng)較大,可能包含不只一片微處理器,或要求有較強的驅(qū)動能力,帶有一個總線控制器8288，系統(tǒng)中所需要的控制信號由8288提供。

--CPU引腳：由（33）決定

--24~31功能不同43用到的芯片1－－數(shù)據(jù)鎖存器82824445用到的芯片2－－數(shù)據(jù)緩沖器828646RESETTESTHOLDHLDANMIINTRINTAM/IOWRRDREADYCLKREADYMN/MX+5V控制總線地址總線A19～

A0數(shù)據(jù)總線D15～D0

ALEA19~A16AD15~AD

0

DT/RDEN*8086CPUSTB

8282OETOE82868284A系統(tǒng)總線8086CPU最小模式系統(tǒng)典型配置BHEreset48

時鐘發(fā)生器8284A

地址鎖存器8282(三片)

數(shù)據(jù)緩沖器8286(兩片)

控制信號地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線8086CPU系統(tǒng)總線形成8088CPU最小模式系統(tǒng)典型配置RESETTESTHOLDHLDANMIINTRINTAM/IOWRRDREADYCLKREADYMN/MX+5V控制總線地址總線A19～

A0數(shù)據(jù)總線D7～D0

ALEA19~A8AD7~AD

0

DT/RDEN8086CPUSTB

8282OETOE82868284A系統(tǒng)總線reset50★

系統(tǒng)的復位和啟動操作★

指令周期、總線周期和T狀態(tài)★

最小模式下8086時序★

最小模式下的總線保持★

中斷操作和中斷系統(tǒng)三、8086的操作和時序51系統(tǒng)的復位和啟動操作

通過RESET引腳信號執(zhí)行，至少維持4個時鐘周期高電平，初次加電不少于50μs。

復位后各寄存器值標志寄存器清零IP0000HCSFFFFHDS0000HSS0000HES0000H指令隊列空其它寄存器0000H52復位時序CLKRESET輸入內(nèi)部RESET三態(tài)門輸出信號不作用狀態(tài)53習題1.若(AL)=0C0H,(BX)=