微機(jī)原理及接口技術(shù)2

1、2.1 8086/8088微處理器的結(jié)構(gòu)2.2 8086/8088的存儲(chǔ)器組織2.3 8086/8088的引腳及功能2.4 8086/8088微處理器的時(shí)序2.5 80X86微處理器簡(jiǎn)介第2章 8086/8088微處理器的結(jié)構(gòu)及原理12.1 8086/8088微處理器的結(jié)構(gòu)2.1.1 8086/8088 CPU內(nèi)部功能 8086與8088 CPU結(jié)構(gòu)相似，從功能上可分為兩個(gè)部分：執(zhí)行單元 (Execution Unit，EU) 總線接口單元 (Bus Interface Unit，BIU) 2圖2.1 8088 CPU的結(jié)構(gòu)框圖3 1. 執(zhí)行單元 EU 1) 執(zhí)行單元的組成 執(zhí)行單元主要包括五

2、個(gè)部分：8個(gè)通用寄存器：算術(shù)邏輯單元(ALU)標(biāo)志寄存器FLAGS 數(shù)據(jù)暫存寄存器EU控制電路 2) 執(zhí)行單元的功能 執(zhí)行單元EU的功能：負(fù)責(zé)執(zhí)行指令42. 總線接口單元BIU 1）總線接口單元的組成 總線接口單元主要包括五個(gè)部分： 4個(gè)段寄存器：包括CS、DS、SS和ES 指令指針寄存器IP：存放下一條要讀取的指令的偏移地址 地址加法器：生成20位的物理地址 指令隊(duì)列緩沖器：保存BIU從內(nèi)存單元讀入的指令總線控制電路：控制總線的使用 5BIU中的4個(gè)段寄存器分別存放程序代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加數(shù)據(jù)段的段地址。 （1）段寄存器CS 存放程序代碼段，16位16位的段地址和16位的段內(nèi)偏移地址

3、組成20位的內(nèi)存地址。它們分別由相關(guān)的寄存器提供，再通過(guò)地址加法器，生成20位的地址，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)1M存儲(chǔ)空間的尋址。6（2）指令指針寄存器IP 存放下一條要讀取的指令在代碼段中的偏移地址。 IP在程序運(yùn)行中能自動(dòng)加1修正，從而始終指向下一條要讀取的指令。程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)CS和IP的內(nèi)容決定的執(zhí)行指令的位置。 CS和IP的內(nèi)容是由系統(tǒng)根據(jù)程序的運(yùn)行順序自動(dòng)裝入的，不能直接用賦值指令修改。 7（3）20位地址加法器作用：將16位的段地址和16位的段內(nèi)偏移地址，生成20位的地址。邏輯地址：把用段地址和偏移地址表示存儲(chǔ)單元的地址。表達(dá)形式：“段地址：段內(nèi)偏移地址”物理地址：由邏輯地址生成的20位地址稱(chēng)

4、為物理地址。8邏輯地址向物理地址的轉(zhuǎn)換： 將16位的段地址左移4位加上16位的偏移地址，相當(dāng)于十六進(jìn)制數(shù)左移1位（或乘以10H），得到20位的物理地址。邏輯地址向物理地址的轉(zhuǎn)換公式：物理地址=段地址10H段內(nèi)偏移地址 9（4）指令隊(duì)列緩沖器作用：保存BIU從內(nèi)存單元讀入的指令。 8088的指令隊(duì)列有4個(gè)字節(jié)。當(dāng)指令隊(duì)列出現(xiàn)1個(gè)空字節(jié)時(shí)，BIU就自動(dòng)執(zhí)行一次取指令周期，將下一條要執(zhí)行的指令從內(nèi)存單元讀入指令隊(duì)列供EU使用。 指令采用“先進(jìn)先出”原則順序存放，并按順序讀取到EU中去執(zhí)行。 102）總線接口單元的功能作用：負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器或I/O端口取指令、取操作數(shù)和保存運(yùn)算結(jié)果。 EU和BIU并行工作

5、，互不影響，提高CPU的執(zhí)行速度。112.1.2 8086/8088的寄存器8086/8088CPU內(nèi)部有14個(gè)16位的寄存器按功能分： 通用寄存器（8個(gè)）： AX、BX、CX、DX SP、BP、 SI、DI 段寄存器（4個(gè)）： CS、DS、SS、ES 控制寄存器（2個(gè)）： IP/F 12圖2.2 8086/8088CPU內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)131. 通用寄存器 包括四個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，兩個(gè)地址指針寄存器和兩個(gè)變址寄存器。1）數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX、DX暫時(shí)存放參與運(yùn)算的操作數(shù)或中間運(yùn)算結(jié)果。4個(gè)數(shù)據(jù)寄存器都為16位，但又可將高、低8位分開(kāi)，作為8個(gè)獨(dú)立的8位寄存器： AX AH、AL BX BH、

6、BL CX CH、CL DX DH、DL“H”：高8位，“L”：8位。14AX(Accumulator)：累加器 存放算術(shù)邏輯運(yùn)算中的操作數(shù)； 所有的I/O指令都使用累加器與外設(shè)端口交換信息。BX(Base)：基址寄存器 存放操作數(shù)在內(nèi)存中數(shù)據(jù)段內(nèi)的基地址。 CX(Counter)：計(jì)數(shù)器 在設(shè)計(jì)循環(huán)程序時(shí)一般使用該寄存器存放循環(huán)次數(shù)。DX(Data)：數(shù)據(jù)寄存器。 在寄存器間接尋址的I/O指令中存放I/O端口地址；在做雙字長(zhǎng)乘除法運(yùn)算時(shí)，DX與AX一起存放一個(gè)雙字長(zhǎng)操作數(shù)，其中DX存放高16位數(shù)。 152）地址指針寄存器SP、BPSP(Stack Pointer)：堆棧指針寄存器在使用堆棧操

7、作指令(PUSH或POP)對(duì)堆棧進(jìn)行操作時(shí)，每執(zhí)行一次進(jìn)?；虺鰲２僮?，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將SP的內(nèi)容減2或加2，以使其始終指向棧頂。 BP(Base Pointer)：基址指針寄存器用來(lái)存放數(shù)據(jù)，或存放操作數(shù)在堆棧段內(nèi)的基地址。163）變址寄存器SI、DISI(Source Index)：源變址寄存器DI(Destination Index)：目的變址寄存器通常用在字符串操作時(shí)存放操作數(shù)的偏移地址，其中SI存放源串在數(shù)據(jù)段內(nèi)的偏移地址，DI存放目的串在附加數(shù)據(jù)段內(nèi)的偏移地址。 172. 段寄存器CS、DS、SS、ES 8086/8088微處理器采用存儲(chǔ)器分段管理機(jī)制管理1M個(gè)存儲(chǔ)單元。定義4個(gè)獨(dú)立的邏

8、輯段，將程序代碼或數(shù)據(jù)分別放在這4個(gè)邏輯段中。每個(gè)段大小不固定，最多可達(dá)64K（216）個(gè)存儲(chǔ)單元。每個(gè)邏輯段的段地址分別放在對(duì)應(yīng)的段寄存器中，代碼或數(shù)據(jù)在段內(nèi)的偏移地址由有關(guān)寄存器或立即數(shù)給出。188086/8088的四個(gè)段寄存器：CS(Code Segment)：代碼段寄存器，存儲(chǔ)程序當(dāng)前使用的代碼段的段地址（起始地址）。指令指針寄存器IP的內(nèi)容為段內(nèi)的偏移地址，由CS和IP的內(nèi)容就得到下一條要讀取的指令在存儲(chǔ)器中的物理地址。 DS(Data Segment)：數(shù)據(jù)段寄存器，存放程序當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)段的段地址。SS(Stack Segment)：堆棧段寄存器，存放程序當(dāng)前所使用的堆棧段的段地

9、址。 堆棧是存儲(chǔ)器中開(kāi)辟的按先進(jìn)后出原則組織的一個(gè)特殊存儲(chǔ)區(qū)，主要用于調(diào)用子程序或執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)。 19ES(Extra Segment)：附加數(shù)據(jù)段寄存器，存放程序當(dāng)前使用的附加數(shù)據(jù)段的段地址。 與數(shù)據(jù)段相同的是，其段內(nèi)偏移地址可以通過(guò)各種尋址方式得到，但在偏移地址前要加上段超越前綴“ES：”。串操作時(shí)將該段作為目的數(shù)據(jù)段，即該寄存器用來(lái)存放字符串操作時(shí)的目的字符串。20段寄存器提供段內(nèi)偏移地址的寄存器CSIPDSBX、SI、DI或一個(gè)16位數(shù)SSSP或BPESDI(用于字符串操作指令)表2.1 8086/8088段寄存器與提供段內(nèi)偏移地址的寄存器之間的默認(rèn)組合 213.

10、控制寄存器IP/F IP(Instruction Pointer)：指令指針寄存器 存放預(yù)取指令在代碼段內(nèi)的偏移地址。F（FLAGS）：標(biāo)志寄存器 16位的寄存器。用了9位: 6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位和3個(gè)控制標(biāo)志位。 22圖2.3 8086/8088的標(biāo)志寄存器 231） 狀態(tài)標(biāo)志位反映算術(shù)和邏輯運(yùn)算結(jié)果的一些特征。6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位的功能：CF(Carry Flag)：進(jìn)位標(biāo)志位。進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，若最高位發(fā)生進(jìn)位或借位則CF1，否則CF0。PF(Parity Flag)：奇偶標(biāo)志位。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低8位中含有偶數(shù)個(gè)1時(shí)，PF1，否則PF0。 AF(Auxiliary Flag)：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。加法或減法

11、運(yùn)算時(shí)，若結(jié)果的低字節(jié)的低4位向高4位有進(jìn)位或借位，則AF1，否則AF0。ZF(Zero Flag)：零標(biāo)志位。若當(dāng)前的運(yùn)算結(jié)果為0，則ZF1，否則ZF0。SF(Sign Flag)：符號(hào)標(biāo)志位。與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1時(shí)，SF=1，否則為0。OF(Overflow Flag)：溢出標(biāo)志位。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出了帶符號(hào)數(shù)的范圍，即溢出時(shí)，OF=1，否則OF=0。主要用來(lái)判斷帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否溢出。8位有符號(hào)數(shù)的范圍是128127，16位有符號(hào)數(shù)的范圍是32 76832 767。 242） 控制標(biāo)志位：3個(gè)設(shè)置控制條件來(lái)控制CPU的操作，由程序設(shè)置或清除。TF(Trap Fla

12、g)：跟蹤標(biāo)志位。 測(cè)試程序時(shí)，若將TF設(shè)置為1，8086/8088CPU處于單步工作方式，否則，將正常執(zhí)行程序。單步工作方式為計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令，自動(dòng)產(chǎn)生一次單步中斷，可以方便地逐條檢查程序。IF(Interrupt Flag)：中斷允許標(biāo)志位。 控制可屏蔽中斷的控制標(biāo)志。若IF=1，允許CPU接受可屏蔽中斷請(qǐng)求；若IF0，禁止CPU響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。IF的狀態(tài)對(duì)非屏蔽中斷及內(nèi)部中斷沒(méi)有影響。 DF(Direction Flag)：方向標(biāo)志位。 控制串操作指令用的標(biāo)志，若DF1，串操作按減地址方式進(jìn)行；DF0，串操作按增地址方式進(jìn)行。252.2 8086/8088的存儲(chǔ)器組織2.2.1

13、8086/8088存儲(chǔ)空間8086/8088有20條地址總線，可直接對(duì)1 M(220)個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問(wèn)。每個(gè)存儲(chǔ)單元有唯一的20位存儲(chǔ)器地址與其對(duì)應(yīng)，地址范圍為0220-1，用十六進(jìn)制表示：00000HFFFFFH。一個(gè)存儲(chǔ)單元中存放的信息稱(chēng)為該存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有8位的存儲(chǔ)空間，即一次只能存放一個(gè)字節(jié)型數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器存放的數(shù)據(jù)類(lèi)型還可以是字、雙字。26字節(jié)數(shù)據(jù) 位數(shù)：8位 對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)器地址，即存放在一個(gè)內(nèi)存單元中。存放或讀取數(shù)據(jù)時(shí)，只需根據(jù)地址對(duì)其所指的單元進(jìn)行操作即可。例題：字節(jié)數(shù)據(jù)0AH存放在存儲(chǔ)器地址為E0100H的單元，則記為：(E0100H)=0AH。 存儲(chǔ)情況如圖2

14、.4(a)所示。2728字?jǐn)?shù)據(jù)位數(shù)：16位對(duì)應(yīng)兩個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器地址，存放在兩個(gè)連續(xù)的內(nèi)存單元中。存放數(shù)據(jù)時(shí)，規(guī)定字?jǐn)?shù)據(jù)的低8位存放在低地址，高8位存放在高地址。同時(shí)規(guī)定將低8位的地址作為這個(gè)字的地址。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，只需給出數(shù)據(jù)類(lèi)型及低8位的地址即可，CPU自動(dòng)讀取給出地址所指的單元及下一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。例題：字?jǐn)?shù)據(jù)0B0AH存放在從地址E0100H開(kāi)始的兩個(gè)連續(xù)單元，則記為：(E0100H)= 0B0AH。存儲(chǔ)情況如圖2.4(b)所示。29雙字?jǐn)?shù)據(jù)位數(shù)：32位作為時(shí)地址指針，低16位是被尋址地址的偏移量，高16位是被尋址地址所在段的段地址。一個(gè)雙字?jǐn)?shù)據(jù)存放在四個(gè)連續(xù)的內(nèi)存單元中。低字節(jié)存放在低

15、地址單元，高字節(jié)存放在高地址單元。30例題：雙字?jǐn)?shù)據(jù)0F000B0AH存放在從地址E0100H開(kāi)始的四個(gè)連續(xù)單元，則記為：(E0100H)= 0F000B0AH。存儲(chǔ)情況如圖2.4(c)所示。如果此雙字?jǐn)?shù)據(jù)表示的是某數(shù)在內(nèi)存中的邏輯地址，則0B0AH為此數(shù)的偏移量，0F00H是段地址，邏輯地址可以用段地址和偏移量來(lái)表示。 段地址：偏移量0F00 ：0B0AH312.2.2 存儲(chǔ)器的段結(jié)構(gòu) 8086/8088將整個(gè)存儲(chǔ)器分為若干邏輯段：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加段。 每個(gè)邏輯段最大為64KB，最小為16B各個(gè)邏輯段允許在整個(gè)存儲(chǔ)空間中浮動(dòng)，邏輯段與段之間可以是連續(xù)的、分開(kāi)的、部分重疊或完全重疊

16、。每個(gè)邏輯段的地址叫段地址。存儲(chǔ)器分段后，在每個(gè)段內(nèi)某一地址相對(duì)于段首地址(段地址)的偏移量叫偏移地址。 32表2. 3 8086/8088CPU對(duì)段寄存器在使用時(shí)的一些基本約定 332.2.3 邏輯地址與物理地址存儲(chǔ)器的每一個(gè)單元都有一個(gè)20位的實(shí)際地址，稱(chēng)為內(nèi)存單元的物理地址。8086/8088規(guī)定：分段總是從16字節(jié)的邊界處開(kāi)始，每段的起始地址最低4位總是0，即xxxx0H，每段的基地址可以用16位表示（最低4位默認(rèn)為0）。段內(nèi)偏移地址用16位表示段基地址和偏移地址用8086/8088 CPU中相應(yīng)的寄存器存放。 34段基址和段內(nèi)偏移地址又稱(chēng)為邏輯地址 。邏輯地址表示為 段基址：段內(nèi)偏移

17、 的形式，即xxxxH：yyyyH。邏輯地址和物理地址的關(guān)系： 20位物理地址段基址10H段內(nèi)偏移地址根據(jù)每段的段基址和段內(nèi)偏移地址得到20位的物理地址，可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。35圖2.5 由邏輯地址生成物理地址的方法36從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換：例題： 如果某操作數(shù)在數(shù)據(jù)段內(nèi)的段基地址為2A0EH，偏移地址為2000H，則該操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元的物理地址為： 段基址10H段內(nèi)偏移地址=2A0EH10H+2000H=2C0E0H 372.2.4 堆棧操作堆棧是在存儲(chǔ)器中開(kāi)辟的一個(gè)特定區(qū)域，其容量可達(dá)64 KB。堆棧操作按照先進(jìn)后出（FILO）的原則進(jìn)行，每次壓棧和出棧均以字為單位。堆棧的作

18、用： （1） 存放程序運(yùn)行過(guò)程中需要保護(hù)的數(shù)據(jù)。（2） 保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)。堆棧操作用進(jìn)棧指令PUSH和出棧指令POP完成。38進(jìn)棧和出棧操作的過(guò)程 (a) 入棧前堆棧情況 (b) 入棧后指針變化情況 (c) 出棧后指針變化情況圖2.6 進(jìn)棧及出棧的操作過(guò)程392.3 8086/8088的引腳及功能 （a）8086 CPU的引腳 （b）8088 CPU的引腳圖2.7 8086/8088CPU的引腳408086/8088CPU采用5種方法定義引腳： 1) 同一時(shí)刻每個(gè)引腳只傳送一種信息（例： 等）；2) 不同時(shí)刻，可以傳遞不同信號(hào)，即分時(shí)復(fù)用引腳（例：AD7 AD0 等） ； 3) 引腳電平的高低電

19、平表示不同的信號(hào)（例： 等）； 4) CPU工作于不同方式有不同的名稱(chēng)和定義（例：WR/LOCK 等）；5) 引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信號(hào)（例：30：RQ/GT：總線請(qǐng)求/總線響應(yīng)等）。418088CPU的引腳按功能分為五大類(lèi)： 電源線和地線 地址/數(shù)據(jù)線 中斷請(qǐng)求和響應(yīng)引腳 總線保持引腳 控制/狀態(tài)引腳8088有兩種工作模式： 最小工作模式和最大工作模式421.8088最小工作模式下的引腳1) 電源線和地線（VCC 、GND） VCC（第40引腳）：電源線，輸入，接+5V電源。GND（第1、20引腳）：地線，輸入，兩條地線均接地。2) 地址/數(shù)據(jù)(狀態(tài))引腳（AD7AD0、A15A8、

20、A19/S6A16/S3） A15A8（第28、39引腳）：地址線，輸出。AD7AD0（第916引腳）：地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用引腳，傳送地址時(shí)單向輸出，傳送數(shù)據(jù)時(shí)雙向輸入或輸出。A19/S6A16/S3（第3538引腳）：地址狀態(tài)分時(shí)復(fù)用引腳，輸出、三態(tài)總線。 433) 中斷請(qǐng)求和響應(yīng)信號(hào)(NMI、INTR、 )NMI(Non-Maskable Interrupt )（第17引腳）： 非屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)，輸入，上升沿觸發(fā)。INTR(Interrupt Request)（第18引腳）：可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)，輸入，高電平有效。 (Interrupt Acknowledge)（第24引腳）：輸出。對(duì)INT

21、R信號(hào)的中斷響應(yīng)信號(hào)，低電平有效。該信號(hào)用于對(duì)外設(shè)的中斷請(qǐng)求(經(jīng)INTR引腳送入CPU)響應(yīng)。444) 總線保持信號(hào) （HOLD、HLDA）HOLD(Hold request)（第31引腳）：總線保持請(qǐng)求信號(hào)，輸入，高電平有效。HLDA(Hold Acknowledge)（第30引腳）：總線保持響應(yīng)信號(hào)，輸出，高電平有效。5) 控制和狀態(tài)引腳（CLK、RESET、READY、 、ALE、 等） CLK(Clock)（第19引腳）：系統(tǒng)時(shí)鐘，輸入。RESET（第21引腳）：復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。READY（第22引腳）：數(shù)據(jù)“準(zhǔn)備好”信號(hào)線，輸入，高電平有效。45 （第23引腳）：等待測(cè)試

22、信號(hào)，輸入。ALE(Address Latch Enable)（第25引腳）：地址鎖存允許信號(hào)，輸出，高電平有效。是8086/8088給地址鎖存器的控制信號(hào)。 (Data Enable)（第26引腳）：數(shù)據(jù)允許信號(hào)，輸出低電平有效。該信號(hào)決定數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)是否有效。 (Data Transmit/Receive)（第27引腳）：數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號(hào)，輸出。該信號(hào)用來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳送方向。 (Memory/Input and Output) （第28引腳）：存儲(chǔ)器I/O端口控制信號(hào)，輸出。該信號(hào)用來(lái)區(qū)分CPU是進(jìn)行存儲(chǔ)器訪問(wèn)還是I/O端口訪問(wèn)。 (Write)（第29引腳）：寫(xiě)信號(hào)，輸出，低電平有

23、效。46 (Read)（第32引腳）：讀控制信號(hào)，輸出，低電平有效。當(dāng)=0時(shí)，表示CPCU正對(duì)存儲(chǔ)器或I/O端口的讀操作。 (Minimum/Maximum mode control)（第33引腳）：最小/最大方式控制信號(hào)，輸入。MN/MX引腳接高電平時(shí)，8086/8088 CPU工作在最小方式；MN/MX引腳接低電平時(shí)，8086/8088工作在最大方式。 （第34引腳）：系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)輸出。與 信號(hào)和 信號(hào)一起用來(lái)決定最小模式下當(dāng)前總線周期的狀態(tài)。 472. 8088 最大工作模式下的引腳當(dāng)33號(hào)引腳時(shí)，8088CPU工作在最大模式。最大模式和最小模式相比，除2434引腳外，其它引腳完全相同。

24、8088CPU在最大模式下的2434引腳: 、 、 （第2826引腳）：狀態(tài)信號(hào)(輸出，三態(tài))。 48 (request/grant) （第3031引腳）：請(qǐng)求/允許信號(hào)(輸入/輸出)。低電平有效，是最大組態(tài)下的DMA請(qǐng)求/允許信號(hào)。 （第29引腳）：鎖定信號(hào)(輸出，三態(tài))。低電平有效。當(dāng)其有效時(shí)，CPU控制總線，不允許別的總線設(shè)備取得對(duì)系統(tǒng)總線的控制權(quán)。QS1、QS0(queue status)（第2425引腳）：隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)(輸出)。用于提供8088指令隊(duì)列狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)信號(hào)，可以跟蹤C(jī)PU內(nèi)部的指令。HIGH（第34引腳），在最大模式下始終為高電平輸出。 （第32引腳）：引腳在最大模式下

25、不再使用。493. 8086CPU與8088CPU的區(qū)別8086CPU與8088CPU的不同主要有4個(gè)方面。1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086的指令隊(duì)列有6個(gè)字節(jié)，而8088僅有4個(gè)字節(jié)。2）引出線和存儲(chǔ)器組織8086有一條高8位數(shù)據(jù)總線允許引出線 ，可以看作一條附加的地址線，訪問(wèn)存儲(chǔ)器的高字節(jié)，A0用來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的低字節(jié)。3）地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線8086的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線是16位AD15AD0；8088有AD7AD0復(fù)用，A8A15僅作為地址線使用。4）存儲(chǔ)器與I/O接口選通信號(hào)電平存儲(chǔ)器與I/O接口選通信號(hào)電平不同：8086為 ；8088為 。502.4 8086/8088微處理器的時(shí)序2.4.1 時(shí)序的有

26、關(guān)概念 指令的執(zhí)行過(guò)程：取指令(fetch)、譯碼(decode)、執(zhí)行(execute) 時(shí)序： 8088 CPU 的EU和BIU在時(shí)鐘脈沖CLK的統(tǒng)一控制下執(zhí)行指令。 執(zhí)行時(shí)間的長(zhǎng)短可以用指令周期、總線周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期來(lái)度量。51時(shí)鐘周期：又稱(chēng)為T(mén)周期或T狀態(tài)，由時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生。時(shí)鐘周期是計(jì)算機(jī)內(nèi)部最小的時(shí)間單位，由計(jì)算機(jī)的主頻決定。機(jī)器周期：計(jì)算機(jī)完成一個(gè)基本操作所花費(fèi)的時(shí)間。機(jī)器周期一般有若干個(gè)時(shí)鐘周期組成，如圖2-8所示。52圖2-8 機(jī)器周期、時(shí)鐘周期的組成53總線周期：CPU訪問(wèn)（或讀寫(xiě)）一次存儲(chǔ)器或I/O接口的時(shí)間叫一個(gè)總線周期(Bus Cycle)。8086/8088

27、CPU和外部交換信息是通過(guò)BIU總線接口單元來(lái)完成的，每當(dāng)CPU要從存儲(chǔ)器或I/O接口存取一個(gè)字節(jié)或字時(shí)，就需要一個(gè)總線周期。8086/8088CPU的總線周期包含4個(gè)時(shí)鐘周期：T1、T2、T3、T4，如圖2.9所示。54圖2.9 典型的8086/8088總線周期序列55指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱(chēng)為指令周期(instruction cycle)。指令周期包括取指令、譯碼和執(zhí)行指令等操作所需的所有時(shí)間。56指令周期、機(jī)器周期、總線周期和時(shí)鐘周期之間的關(guān)系：指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成，機(jī)器周期時(shí)間包含若干個(gè)時(shí)鐘周期?？偩€周期一般由4個(gè)時(shí)鐘周期組成。機(jī)器周期和總線周期的關(guān)系：機(jī)器周期有可

28、能包含總線讀寫(xiě)，因而包含總線周期，有時(shí)可能與總線讀寫(xiě)無(wú)關(guān)，所以，并無(wú)明確的相互包含關(guān)系。572.4.2 8086/8088CPU最小模式下的工作時(shí)序8086/8088CPU在與存儲(chǔ)器或I/O端口交換數(shù)據(jù)時(shí)需要啟動(dòng)一個(gè)總線周期。按照數(shù)據(jù)的傳送方向來(lái)分，總線周期可分為“讀”總線周期（CPU從存儲(chǔ)器或I/O端口讀取數(shù)據(jù)）和“寫(xiě)”總線周期（CPU將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器或I/O端口）。 讀總線周期和寫(xiě)總線周期分別如圖2.10、圖2.11所示。58圖2.10 8088讀(M/IO)總線周期59圖2.11 8088寫(xiě)(M/IO)總線周期602.5 80X86微處理器簡(jiǎn)介80X86微處理器主要有80286、8038

29、6和80486，2.5.180286微處理器1）80286的特點(diǎn)與8086相比，80286有如下特點(diǎn):地址線24根，最多可尋址16M字節(jié)的實(shí)際存儲(chǔ)空間和64K的I/O地址空間。內(nèi)、外部數(shù)據(jù)傳輸均為16位。地址總線和數(shù)據(jù)總線完全分離，提高了數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度。80286工作于兩種方式:實(shí)模式和保護(hù)方式。612）80286的功能結(jié)構(gòu)80286內(nèi)部結(jié)構(gòu)由4個(gè)功能部件組成：執(zhí)行部件EU、指令部件IU、總線部件BU和地址部件AU。80286將8086/8088的BIU分為AU、IU和BU兩部分。通過(guò)4個(gè)部件的并行操作，進(jìn)一步提高了CPU的工作速度。623）80286的寄存器結(jié)構(gòu)80286的寄存器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：

30、通用寄存器為AX、BX、CX、DX，地址寄存器為SI、DI、BP、SP、IP，這8個(gè)寄存器與8086完全相同。段寄存器（CS、SS、DS、ES）擴(kuò)展為64位：段選擇器域（16位）、存取權(quán)域（8位）、基地址域（24位）和段界限域（16位）。擴(kuò)展了4個(gè)系統(tǒng)表寄存器：全局描述符表寄存器GDTR、局部描述符表寄存器、中斷描述符表寄存器IDTR和任務(wù)狀態(tài)段寄存器TR。 狀態(tài)控制寄存器新增為3個(gè)：標(biāo)志寄存器PSW（新增3個(gè)有效位）、任務(wù)寄存器TR和新增的機(jī)器狀態(tài)字寄存器MSW。632.5.280386微處理器 Inter公司1985年推出特點(diǎn)：是80X86系列中的第一種32位微處理器內(nèi)部含27.5萬(wàn)個(gè)晶體

31、管時(shí)鐘頻率為12.5MHz，后提高到20MHz、25MHz和33MHz。內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線32位，可尋址4GB內(nèi)存。除具有實(shí)模式和保護(hù)模式外，還增加了虛擬86的工作方式，可以通過(guò)同時(shí)模擬多個(gè)8086處理器來(lái)提供多任務(wù)能力。圖2.12 80386CPU芯片641988年：80386SX1990年：80386 SL和80386 DL 都是低功耗、節(jié)能型芯片，主要用于便攜機(jī)和節(jié)能型臺(tái)式機(jī)。都增加了系統(tǒng)管理方式(SMM)。進(jìn)入系統(tǒng)管理方式后，CPU就自動(dòng)降低運(yùn)行速度、控制顯示屏和硬盤(pán)等其它部件暫停工作，甚至停止運(yùn)行，進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能目的。 652.5.3 80486微處

32、理器1. Intel 80486微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)80486 CPU內(nèi)部組成： 總線接口部件、指令預(yù)取部件、指令譯碼部件、控制和保護(hù)測(cè)試單元部件、整數(shù)執(zhí)行部件、分段部件、分頁(yè)部件、浮點(diǎn)運(yùn)算部件、高速緩存（cache）管理部件66 1）總線接口部件 作用：管理訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器和I/O端口的地址、數(shù)據(jù)和控制總線。對(duì)處理器內(nèi)部，BIU主要與指令預(yù)取部件和高速緩存部件交換信息，將預(yù)取指令存入指令代碼隊(duì)列。 BIU與cache部件交換數(shù)據(jù)的三種情況： 一.向高速緩沖存儲(chǔ)器填充數(shù)據(jù)，BIU一次從片外總線讀取16個(gè)字節(jié)到cache；二.如果高速緩沖存儲(chǔ)器的內(nèi)容被處理器內(nèi)部操作修改了，則修改的內(nèi)容也由BIU寫(xiě)回到

33、外部存儲(chǔ)器中去；三.如果一個(gè)讀操作請(qǐng)求所要訪問(wèn)的存儲(chǔ)器操作數(shù)不在高速緩沖存儲(chǔ)器中，則這個(gè)讀操作便由BIU控制總線直接對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行操作。 67在預(yù)取指令代碼時(shí)，BIU把從外部存儲(chǔ)器取出的指令代碼同時(shí)傳送給代碼預(yù)取部件和內(nèi)部高速緩沖存儲(chǔ)器，以便在下一次預(yù)取相同的指令時(shí)，可直接訪問(wèn)高速緩沖存儲(chǔ)器。 682）指令預(yù)取部件 作用：在總線空閑周期，指令預(yù)取部件（pre-fetcher）形成存儲(chǔ)器地址，并向BIU發(fā)出預(yù)取指令請(qǐng)求。 預(yù)取部件一次讀取16個(gè)字節(jié)的指令代碼存入預(yù)取隊(duì)列中，指令隊(duì)列遵循先進(jìn)先出FIFO（First In First Out）的規(guī)則，自動(dòng)地向輸出端移動(dòng)。693）指令譯碼部件 ID

34、U（Instruction Decode Unit）作用：從指令預(yù)取隊(duì)列中讀取指令并譯碼，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)控制信號(hào)。譯碼過(guò)程分兩步： 首先確定指令執(zhí)行時(shí)是否需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器，若需要?jiǎng)t立即產(chǎn)生總線訪問(wèn)周期，使存儲(chǔ)器操作數(shù)在指令譯碼后能準(zhǔn)備好； 然后產(chǎn)生對(duì)其他部件的控制信號(hào)。 704）控制和保護(hù)測(cè)試單元部件 控制部件CPTU（Control and Protection Test Unit）對(duì)整數(shù)執(zhí)行部件、浮點(diǎn)運(yùn)算部件和分段管理部件進(jìn)行控制，使它們執(zhí)行已譯碼的指令。 5）整數(shù)執(zhí)行部件 IU（Integer data-path Unit）包括四個(gè)32位通用寄存器、兩個(gè)32位間接尋址寄存器、兩個(gè)32位指針

35、寄存器、一個(gè)標(biāo)志寄存器、一個(gè)64位桶形移位寄存器和算術(shù)邏輯運(yùn)算單元等。能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成整數(shù)的傳送、加減運(yùn)算、邏輯操作等。71 6）浮點(diǎn)運(yùn)算部件 FPU（Floating Point Unit）作用：用于完成浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。 7）分段部件和分頁(yè)部件 80486 CPU設(shè)置了分段部件SU（Segmentation Unit）和分頁(yè)部件PU（Paging Unit），實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器保護(hù)和虛擬存儲(chǔ)器管理。分段部件將邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址，采用分段cache可以提高轉(zhuǎn)換速度。分頁(yè)部件用來(lái)完成虛擬存儲(chǔ)，把分段部件形成的線性地址進(jìn)行分頁(yè)，轉(zhuǎn)換成物理地址。728）Cache管理部件 80486 CPU內(nèi)部集成了

36、一個(gè)數(shù)據(jù)/指令混合型cache稱(chēng)為高速緩沖存儲(chǔ)器管理部件CU（Cache Unit）。在大多數(shù)的情況下，CPU都能在片內(nèi)cache中存取數(shù)據(jù)和指令，減少了CPU的訪問(wèn)時(shí)間。732. 80486微處理器的寄存器 按功能可分為四類(lèi)：基本寄存器、系統(tǒng)寄存器、調(diào)試和測(cè)試寄存器以及浮點(diǎn)寄存器?；炯拇嫫靼ò藗€(gè)通用寄存器、一個(gè)指令指針寄存器EIP、一個(gè)標(biāo)志寄存器EFLAGS、和六個(gè)段寄存器。 通用寄存器：EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESP, EDI、ESI。 指令指針寄存器EIP（Extra Instruction Pointer）：存放指令的偏移地址。 標(biāo)志寄存器EFR（Extr

37、a Flags Register）包括狀態(tài)位、控制位和系統(tǒng)標(biāo)志位，用于指示微處理器的狀態(tài)并控制微處理器的操作。 段寄存器：CS, DS, ES, SS, FS和GS，分別存放段基址（實(shí)地址模式）或選擇符（保護(hù)模式），用于與微處理器中的其他寄存器聯(lián)合生成存儲(chǔ)器單元的物理地址。74習(xí) 題2.1簡(jiǎn)述8086的EU和BIU的功能及主要組成部分，并說(shuō)明在執(zhí)行指令時(shí)二者是如何配合工作的？2.28086/8088CPU有哪些寄存器？并說(shuō)明其主要作用。2.38086/8088CPU中標(biāo)志寄存器FLAGS有哪些標(biāo)志位？其含義和作用是什么？2.4邏輯地址和物理地址指的是什么？如果已知邏輯地址為2E00：5B2CH

38、，其物理地址為多少？2.5Inter8086CPU和8088CPU有哪些不同之處？2.6簡(jiǎn)要說(shuō)明8086/8088的指令周期、總線周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期有何不同。2.7什么是最大模式？什么是最小模式？用什么方法將8086/8088置為最大模式和最小模式？2.88086/8088常見(jiàn)總線有哪些？2.980486微處理器包含哪些寄存器？各有什么主要用途？75答 案2.1執(zhí)行單元的組成：8個(gè)通用寄存器、算術(shù)邏輯單元(ALU)、標(biāo)志寄存器FLAGS、數(shù)據(jù)暫存寄存器、EU控制電路執(zhí)行單元EU的功能：負(fù)責(zé)執(zhí)行指令總線接口單元的組成： 4個(gè)段寄存器：CS、DS、SS和ES，IP ，地址加法器，指令隊(duì)列緩沖

39、器，總線控制電路?？偩€接口單元的作用：負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器或I/O端口取指令、取操作數(shù)和保存運(yùn)算結(jié)果。76執(zhí)行單元總線接口單元的配合工作：EU和BIU并行工作，互不影響。當(dāng)EU從指令隊(duì)列中取走指令，BIU自動(dòng)取指令，讀入到指令隊(duì)列。如果EU執(zhí)行了跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用或返回指令，BIU就使指令隊(duì)列復(fù)位，并從指令給出的新地址開(kāi)始取指令，再將新取的第一條指令直接經(jīng)指令隊(duì)列送EU執(zhí)行，隨后取來(lái)的指令送入指令隊(duì)列緩沖器。當(dāng)指令隊(duì)列空時(shí)，EU就等待，直到有指令為止。若EU需要從內(nèi)存或外設(shè)端口讀取操作數(shù)，BIU將根據(jù)EU給出的地址從內(nèi)存或外設(shè)端口讀取數(shù)據(jù)給EU。EU的運(yùn)算結(jié)果由BIU送往指定的內(nèi)存單元或外設(shè)端口。772

40、.2 8086/8088CPU內(nèi)部有14個(gè)16位的寄存器，按功能可分為：通用寄存器（8個(gè)）、段寄存器（4個(gè)）和控制寄存器（2個(gè)）通用寄存器:數(shù)據(jù)寄存器：AX、BX、CX、DX。用來(lái)暫時(shí)存放參與運(yùn)算的操作數(shù)或中間運(yùn)算結(jié)果。地址指針寄存器：SP、BP。SP：在使用堆棧操作指令(PUSH或POP)對(duì)堆棧進(jìn)行操作時(shí)，存放棧頂?shù)牡刂?。BP：存放數(shù)據(jù)或操作數(shù)在堆棧段內(nèi)的基地址。變址寄存器：SI、DI。通常用在字符串操作時(shí)存放操作數(shù)的偏移地址。段寄存器（4個(gè)）：CS、DS、SS、ES 。存放邏輯段的段地址 控制寄存器：IP/F . IP:存放預(yù)取指令在代碼段內(nèi)的偏移地址。F（FLAGS）稱(chēng)為標(biāo)志寄存器， 7

41、82.3 6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位和3個(gè)控制標(biāo)志位。 狀態(tài)標(biāo)志位：反映算術(shù)和邏輯運(yùn)算結(jié)果的一些特征。CF(Carry Flag)：進(jìn)位標(biāo)志位。進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，若最高位發(fā)生進(jìn)位或借位則CF1，否則CF0。PF(Parity Flag)：奇偶標(biāo)志位。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低8位中含有偶數(shù)個(gè)1時(shí)，PF1，否則PF0。 AF(Auxiliary Flag)：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。加法或減法運(yùn)算時(shí)，若結(jié)果的低字節(jié)的低4位向高4位有進(jìn)位或借位，則AF1，否則AF0。ZF(Zero Flag)：零標(biāo)志位。若當(dāng)前的運(yùn)算結(jié)果為0，則ZF1，否則ZF0。SF(Sign Flag)：符號(hào)標(biāo)志位。與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1時(shí)，SF=1，否則為0。OF(Overflow Flag)：溢出標(biāo)志位。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出了帶符號(hào)數(shù)的范圍，即溢出時(shí)，OF=1，否則OF=0。控制標(biāo)志位：TF(Trap Flag)：跟蹤標(biāo)志位。測(cè)試程序時(shí)，若將TF=1，8086/8088CPU處于單步工作方式，否則，將正常執(zhí)行程序。IF(Interrupt Flag)：中斷