微机第2章8086cpu(2010.09)

,主讲教师: 李朝纯 licaoc whut.edu.cn,微机接口技术与应用,武汉理工大学计算机科学 与技术学院,接口技术主讲：李朝纯,第 2 章 8086系统结构与8086CPU 教学基本要求： 知识点 基本要求 备注 8086/8088CPU的 正确理解 着重了解、掌握CPU的 结构特点 熟练掌握 结构特点及其技术进步 8086/8088CPU的 正确理解 结构与外部引线 8086/8088CPU 正确理解 着重掌握基本寄存器 内部寄存器 熟练掌握 特别是通用寄存器的 一些特殊用法,接口技术主讲：李朝纯,2.1 8086/8088CPU的编程结构 2.1.1 8086/8088的内部结构,图 2.1,接口技术主讲：李朝纯,8086/8088CPU从功能上来说分成两大部分： 总线接口单元BIU和执行单元EU，如图2-1所示: 1、执行部件EU（Execution Unit） 执行部件由4个通用寄存器、 4个专用寄存器、 标志寄存器PSW，算术逻辑单元（ALU） 和执行部分控制电路等组成。 执行部件的功能是负责指令的分析与执行。 2、总线接口部件BIU（Bus Interface Unit） 总线接口部件由： 1）4个16位段寄存器（CS、DS、ES、SS） 2）16位的指令指针（IP） 3）20位地址加法器（产生20位的物理地址） 4）总线控制逻辑和指令队列（Instruction Stream Queue） 总线接口部件负责与存贮器、外设端口传送数据。,接口技术主讲：李朝纯,3、总线接口部件BIU和执行部件EU的动作管理和协调 1）当8086的BIU的6B指令队列为空时， BIU会自动从 内存中取出下面指令的字节放到指令队列中。 2） EU在执行指令的时候总是从BIU的指令队列的前部 取出将要执行的指令, 然后执行。 3）当指令队列已满，并且EU对BIU的内存和端口没有访 问请求时， BIU进入空闲状态。 4）在执行转移指令时， BIU会将指令队列清空，接着往 指令队列中装入转向目标地址处的指令。 以上说明BIU和EU是相互配合并行工作的，具体表 现为取指令和执行指令分别由BIU和EU完成，这就 是并行处理的早期。,接口技术主讲：李朝纯,2.1.2 8086/8088 CPU的寄存器的结构如下页图2- 所示： 1. 通用寄存器: AX、BX、CX、DX 这4个寄存器是16位数据寄存器，其中 AX是累加器。它们都可以作为两个8位寄存器使用。高字节 寄存器分别是AH、BH、CH和DH, 低字节寄存器分别是AL、 BL、CL和DL。AX、BX、CX和DX的两种结构形式使 8086/8088CPU既能处理字节数据, 又能处理字数据。 2.另外三个16位寄存器即BP（基址寄存器）、SI（源变址寄 存器）和DI（目的变址寄存器）。 其中：BP用来存放在现行堆栈段内的一个数据区的“基地 址”的偏移量，称为基址指示器； SI和DI常用于字符串操作指令中保持操作数的偏移 地址， 一般源操作数的偏移地址存于SI中，而目的操作数的 偏移地址存于DI中。因而称SI为源变址寄存器，称DI 为目的变址寄存器。,接口技术主讲：李朝纯,1,接口技术主讲：李朝纯,3. 8086/8088中的堆栈指针SP，用于确定在堆栈操作时，堆栈 在内存中的相对位置。SP还必须与SS（堆栈段寄存器）一 起才能确定堆栈的实际的物理位置。 4. CS是代码段寄存器、DS是数据段寄存器、SS是堆栈段寄存 器、ES是附加数据段寄存器, 它们分别用来存放代码段、数 据段、堆栈段和附加数据段的16位段基址。 8086/8088CPU可以通过这四个段寄存器分别配合IP、BX、 BP、SI和DI 16位的寄存器通过分段的方法来实现对1MB 内存空间的寻址。 5. IP是一个16位的指令指针，它总是指向下一条要取出的指令 在现行代码段中的偏移地址，但它必须与CS段寄存器相配合 使用才能形成下一条指令的物理地址。,接口技术主讲：李朝纯,6. FLAGS是一个16 位的状态标志寄存器，也称程序状态字 PSW，仅使用其中的9个标志位。 例2-1 0010 0011 0100 0101 例2-2 0101 0100 0011 1001 + 0011 0010 0001 1001 + 0100 0101 0110 1010 0101 0101 0101 1110 1001 1001 1010 0011 SF=0 ZF=0 SF=1 ZF=0 PF=0 CF=0 AF=0 PF=1 CF=0 AF=1,图 2.2 标志寄存器（FR）格式,12,13,14,15,7,8,9,10,11,0,1,2,3,4,5,6,SF,ZF,AF,PF,CF,OF,DF,IF,TF,接口技术主讲：李朝纯,2.1.3 8086/8088微处理器的引脚及功能 8086/8088是有40个引脚的集成芯片，采用双列直扦式的 封装形式，如图2-3所示： 1. GND、VCC 2. AD15 AD0 3. AD19/S6 AD16 /S3 4. BHE/ S7 5. RD WR 6. M/IO 7. INTR NMI INTA 8. TEST 9. RESET 10. ALE DT/R DEN 11. MN/MX 12. CLK,图2.3 8086 管脚分配图,接口技术主讲：李朝纯,2.2 8086/8088系统的结构和配置 P30 2.2.1 8086/8088的存储器结构 8086/8088有20条地址线，可直接地址220=1M字节的内存空 间，地址从00000HFFFFFH。 表2.5 字在存储器中的例子 内存地址 存储器 说 明 00000H 07 低字节，字以偶地址开始 00001H 6B 高字节，表示的数为6B07H 00002H 00003H 00004H 00005H 60 低字节，字以奇地址开始 00006H 3E 高字节，表示的数为3E60H 00007H,接口技术主讲：李朝纯,1. 存储器的组成 8086存储器采用分体结构，两个存储体采用字节交叉编址 方式 奇数地址 D15D8 D7D0 偶数地址 00001 00000 00003 00002 00005 00004 512×8 512×8 奇地址 偶地址 存储体 存储体 （A0=1） （A0=0） FFFFFH FFFFEH,表2.6 两个存储体采用交叉编址方式,接口技术主讲：李朝纯,8086存储系统将1M字节存储空间分成两个体，如图2-4（a） 凡是偶数地址单元形成一个体，它们的数据线连到数据总线 的低8位（D7-D0）；而奇数地址单元形成另一个体,它们的数 据线连到数据总线的高8位（D15-D8）。 CPU由A0来区分两个体，并提供两条信号线BHE和A0，以决定 是访问高字节还是低字节还是整个字，如表27所示。 表2-7 BHE 和 A0 的编码 BHE A0 特性 0 0 全字（16位） 0 1 在数据总线高8位进行字节传送（D15 D8） 1 0 在数据总线低8位进行字节传送（D7 D0 ） 1 1 保 留,接口技术主讲：李朝纯,1,图2-4 存贮体与总线的连接,接口技术主讲：李朝纯,8086/8088的存储器系统按字节编址即一个基本存储单元可存 放 8位二进制信息，每一个字节单元有一个唯一的物理地址， 8086/8088CPU既可以进行字节操作又可以进行字操作。字节 地址既可以是偶地址(地址的最低位A0=0），也可以是奇地址 （A0=1）。 对准字：字地址一般为偶地址，即偶地址对应低位字节，奇地 址对应高位字节，这种字称为对准字。 即从偶地址开始的字。 非对准字：若低字节存放在奇地址单元，而高字节存放在偶地 址(高位地址)单元，这种字称为非对准字。 从奇地址开始的字。 * 对奇地址存放的字需要进行两次读/写操作,而对偶地 址存放的字,仅需要进行一次读/写操作。,接口技术主讲：李朝纯,2. 存储器的分段 P34 8086/8088有20条地址线，可直接地址 220=1M字节 的内存空间，地址从00000HFFFFFH。 8086内部有关地址的寄存器如IP、SP以及 BP、SI DI都是16位的。因此，各种寻址方式寻找操作数的范 围只能是64K字节。要想寻址 1M 字节范围, 8086/8088采用了分段技术。将1M字节空间最多可分 为16个逻辑段,每个逻辑段为64K字节。,接口技术主讲：李朝纯,1000H,7FFAH,8CFAH,250AH,CS,SS,DS,ES,代码段,数据段,堆栈段,附加段,10000H,25A00H,7FFA0H,8CFA0H,64K,64K,64K,64K,图2-6 存储器的分段,接口技术主讲：李朝纯,3. 存储器中的物理地址和逻辑地址 逻辑地址由段基地址和偏移地址两部分组成，表示 形式为： 段基地址：偏移地址 物理地址= 段基址×16 + 偏移地址 如: 逻辑地址： 1000H:0020H 物理地址： PA=10000H + 0020H=10020H CPU访问内存单元时使用物理地址,编制程序时 使用的是逻辑地址。 8086CPU在执行复位信号后，将从FFFF0H开始 执行程序。,接口技术主讲：李朝纯,段寄存器 8086/8088CPU中有4个段寄存器CS、DS、ES、SS， 专门用于存放段的起始地址： 代码段CS用于存放当前，正在执行的程序； 数据段DS用于存放当前运行执行的程序所用的数据； 堆栈段SS定义了堆栈所在的区域，堆栈（Stack）是 以“后进先出”的方式操作的一个线性存储 区； 附加数据段ES用于存放当前的程序使用的数据。 寄存器组合指向存储单元如：P35 图2.8,接口技术主讲：李朝纯,8086/8088系统中, 在形成物理地址时,存储器的访问 如图2-7所示:,图2-6 8086对存储器的访问,图2-7 8086 中的物理地址的形式,接口技术主讲：李朝纯,4. 堆栈的使用： 堆栈（Stack）是以“后进先出”的方式操作的 一个线性存储区。在8086CPU的存储方式中， 堆栈被安排在堆栈段中，其段寄存器SS用于 存放段地址，SS同时也表示栈底指针，一般 不作修改。这样堆栈只有一个出入口，它由 堆栈指针寄存器SP的内容来指示，表示栈顶。 入栈时: 存储区向低地址方向扩展，故首先 修改SP的内容，使SP=（SP）- 2，然后将 要存入的数据存入SP所指向的单元。 出栈时: 存储区向高地址方向缩小, 故首先取 出SP所指向的单元的数据，然后再修改SP 的内容，使SP=（SP）+ 2。,（PUSH）,（POP）,接口技术主讲：李朝纯,SP 12000H,11FFFH,11FFEH,11FFDH,11FFCH,11FFBH,11FFAH,SS 10000H, 堆栈段首地址, 栈底, , , 64KB,图2-9 堆栈在存储器中的分布情况,接口技术主讲：李朝纯,2.2.2 8086/8088输入/输出结构 P36 1. 8