第2章 8086 微处理器及其系统结构ppt课件

第二章 8086微处理器及其系统结构,8086的功能结构 8086的寄存器组 8086微处理器引脚信号 8086微处理器典型时序分析,8086微处理器,微处理器是微机的硬件核心 主要包含指令执行的运算和控制部件，还有多种寄存器 对程序员来说，微处理器抽象为以名称存取的寄存器,8086内部结构有两个功能模块，完成一条指令的取指和执行功能 模块之一：总线接口单元BIU，主要负责读取指令和操作数 模块之二：执行单元EU ，主要负责指令译码和执行,指令执行,内部结构,8086的功能结构,EU与BIU并行但不同步工作，减少了取指令 所需的时间，提高了CPU的工作效率。,8086内部结构,8088的指令队列是4B,第二章 8086微处理器,8086的功能结构 8086的寄存器组 存储器组织与分段管理 堆栈和堆栈操作,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,8086的通用寄存器,8086的16位通用寄存器是： AXBXCXDX SIDIBPSP 其中前4个数据寄存器都还可以分成高8位和低8位两个独立的寄存器 8086的8位通用寄存器是： AHBHCHDH ALBLCLDL 对其中某8位的操作，并不影响另外对应8位的数据,数据寄存器,数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以存放地址 每个寄存器又有它们各自的专用目的 AX累加器，使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等； BX基址寄存器，常用做存放存储器地址； CX计数器，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器； DX数据寄存器，常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址。,变址寄存器,变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址 SI是源变址寄存器 DI是目的变址寄存器,指针寄存器,指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 SP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址 SP不能再用于其他目的，具有专用目的 BP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中的基地址 SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址,堆栈（Stack）,堆栈是主存中一个特殊的区域 它采用先进后出FILO（First In Last Out）或后进先出LIFO（Last In First Out）的原则进行存取操作，而不是随机存取操作方式。 堆栈通常由处理器自动维持。在8086中，由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器SP共同指示,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,指令指针寄存器IP,指令指针寄存器IP，指示代码段中指令的偏移地址 它与代码段寄存器CS联用，确定下一条指令的物理地址 计算机通过CS : IP寄存器来控制指令序列的执行流程 IP寄存器是一个专用寄存器,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,标志寄存器,标志（Flag）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式 8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器FR（标志寄存器的内容称为程序状态字PSW）,程序设计需要利用标志的状态,标志的分类,状态标志用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它 CF ZF SF PF OF AF 控制标志可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方式 DF IF TF,进位标志CF（Carry Flag）,当运算结果的最高有效位有进位（加法）或借位（减法）时，进位标志置1，即CF = 1；否则CF = 0。,3AH + 7CH0B6H，没有进位：CF = 0 0AAH + 7CH（1）26H，有进位：CF = 1,零标志ZF（Zero Flag）,若运算结果为0，则ZF = 1； 否则ZF = 0,3AH + 7CH0B6H，结果不是零：ZF = 0 84H + 7CH（1）00H，结果是零：ZF = 1,注意：ZF为1表示的结果是0,符号标志SF（Sign Flag）,运算结果最高位为1，则SF = 1；否则SF = 0,3AH + 7CH0B6H，最高位D71：SF = 1 84H + 7CH（1）00H，最高位D70：SF = 0,有符号数据用最高有效位表示数据的符号， 所以，最高有效位就是符号标志的状态。,奇偶标志PF（Parity Flag）,当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF = 1；否则PF = 0,3AH + 7CH0B6H10110110B 结果中有5个1，是奇数：PF = 0,PF标志仅反映最低8位中“1”的个数是偶或奇，即使是进行16位字操作,溢出标志OF（Overflow Flag）,若算术运算的结果有溢出， 则OF1；否则 OF0,3AH + 7CH0B6H，产生溢出：OF = 1 0AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：OF = 0,溢出标志OF（Overflow Flag）,问题 什么是溢出？ 溢出和进位有什么区别？ 处理器怎么处理，程序员如何运用？ 如何判断是否溢出？,什么是溢出,处理器内部以补码表示有符号数 8位表达的整数范围是：127128 16位表达的范围是：3276732768 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 有溢出，说明有符号数的运算结果不正确,3AH7CH0B6H，就是58124182， 已经超出128127范围，产生溢出，故OF1； 另一方面，补码0B6H表达真值是-74， 显然运算结果也不正确,溢出和进位,溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志 进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围，运算结果仍然正确； 溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围，运算结果已经不正确。,请看例子,溢出和进位的对比,例1：3AH + 7CH0B6H 无符号数运算： 58124182 范围内，无进位 有符号数运算： 58124182 范围外，有溢出,例2：0AAH + 7CH（1）26H 无符号数运算：170124294 范围外，有进位 有符号数运算：8612428 范围内，无溢出,如何运用溢出和进位,处理器对两个操作数进行运算时，按照无符号数求得结果，并相应设置进位标志CF；同时，根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志OF。 应该利用哪个标志，则由程序员来决定。也就是说，如果将参加运算的操作数认为是无符号数，就应该关心进位；认为是有符号数，则要注意是否溢出。,溢出的判断,判断运算结果是否溢出有一个简单的规则： 只有当两个相同符号数相加（包括不同符号数相减），而运算结果的符号与原数据符号相反时，产生溢出；因为，此时的运算结果显然不正确 其他情况下，则不会产生溢出,3AH + 7CH0B6H，D3有进位：AF = 1,运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF = 1；否则AF = 0。,这个标志主要由处理器内部使用，用于十进制算术运算调整指令中，用户一般不必关心,辅助进位标志AF （Auxiliary Carry Flag）,方向标志DF（Direction Flag）,用于串操作指令中，控制地址的变化方向： 设置DF0，存储器地址自动增加； 设置DF1，存储器地址自动减少。,CLD指令复位方向标志：DF0 STD指令置位方向标志：DF1,中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）,用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应： 设置IF1，则允许中断； 设置IF0，则禁止中断。,CLI指令复位中断标志：IF0 STI指令置位中断标志：IF1,陷阱标志TF（Trap Flag）,用于控制处理器进入单步操作方式： 设置TF0，处理器正常工作； 设置TF1，处理器单步执行指令。,单步执行指令处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为1的内部中断 这种内部中断称为单步中断 所以TF也称为单步标志 利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试 这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试,8086的寄存器组,对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组 执行单元EU 8个通用寄存器 1个指令指针寄存器 1个标志寄存器 4个段寄存器,段寄存器,8086有4个16位段寄存器 CS（代码段）指明代码段的起始地址 SS（堆栈段）指明堆栈段的起始地址 DS（数据段）指明数据段的起始地址 ES（附加段）指明附加段的起始地址 每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地址，每种逻辑段均有各自的用途,代码段（Code Segment）,代码段用来存放程序的指令序列 代码段寄存器CS存放代码段的段地址 指令指针寄存器IP指示下条指令的偏移地址 处理器利用CS:IP取得下一条要执行的指令,堆栈段（Stack Segment）,堆栈段确定堆栈所在的主存区域 堆栈段寄存器SS存放堆栈段的段地址 堆栈指针寄存器SP指示堆栈栈顶的偏移地址 处理器利用SS:SP操作堆栈栈顶的数据,数据段（Data Segment）,数据段存放运行程序所用的数据 数据段寄存器DS存放数据段的段地址 各种主存寻址方式（有效地址EA）得到存储器中操作数的偏移地址 处理器利用DS:EA存取数据段中的数据,附加段（Extra Segment）,附加段是附加的数据段，也用于数据的保存： 附加段寄存器ES存放附加段的段地址 各种主存寻址方式（有效地址EA）得到存储器中操作数的偏移地址 处理器利用ES:EA存取附加段中的数据 串操作指令将附加段作为其目的操作数的存放区域,第二章 8086微处理器及其系统结构,8086的功能结构 8086的寄存器组 8086微处理器引脚信号 8086微处理器典型时序分析,学习外部特性,首先了解其引脚信号，关注以下几个方面： 引脚的功能 信号的流向 有效电平 三态能力,输出正常的低电平、高电平外，还可以输出高阻的第三态,8086CPU引脚功能,8086与8088CPU引脚区别： 8086有16位数据线，与地址线A0-A15兼用；20位地址线,寻址空间达到1MB；8088有8位数据线，与地址线A0-A7兼用； 8086与8088CPU引脚28信号相反(M/IO, M/IO) 引脚34信号， 8086与8088CPU功能稍有不同。 引脚分类 地址总线、数据总线、控制总线,非屏蔽中断,可屏蔽中断请求,最小最大模式控制 MN/MX=1,最小模式 MN/MX=0,最大模式,读信号,总线保持请求信号,总线保持相应信号,写信号,存储器/IO控制信号 M/IO=1,选中存储器 M/IO=0,选中IO接口,数据发送/接收信号 DT/R=1,发送 DT/R=0,接收,数据允许信号,地址允许信号,中断响应信号,测试信号:执行WAIT指令， CPU处于空转等待; TEST有效时,结束等待状态。,准备好信号:表示内存 或I/O设备准备好， 可以进行数据传输。,复位信号,8086CPU引脚功能,8086CPU的两种模式 最小模式 MN/MX接+5V 构成小规模的应用系统,只有8086一个微处理器, 所有的总线控制信号均为8086产生，系统中的总线控制逻辑电路，减少到最少。 最大模式 MN/MX接地。 用于大型（中型）8086/8088系统中,系统总是包含有两个或多个微处理器，其中一个主处理器就是8086或8088，其它的处理器称协处理器，协助主处理器工作。 需要总线控制器来变换和组合控制信号。,协处理器： 数值运算协处理器8087：由硬件实现高精度整数浮点段运算。 输入输出协处理器8089：相当两个DMA通道的处理器。 增加协处理器，不再占用8086时间，大大提高系统的运算速度效率。,8086在最小模式下的典型配置,1、MN/MX接+5V 2、一片8284A,作为时钟发生器 3、三片8282或74LS273,作地址锁存器 4、二片8286/8287,作总线收发器,常见锁存器828