第三章(1)8086微處理器及其系統(tǒng)

第3章8086/8088微處理器及其系統(tǒng)1.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)微處理器功能結(jié)構(gòu)寄存器結(jié)構(gòu)（編程結(jié)構(gòu)）2.8086/8088存儲(chǔ)器組織3.8086/8088工作方式時(shí)序和引腳信號(hào)最大和最小模式4.8086/8088尋址方式5.8086/8088指令系統(tǒng)2/6/20231第3章8086/8088微處理器及其系統(tǒng)8080/8088introductionFirstmemberofx86familyofprocessorsUpto10MHz,40-pinDIP1MBRAM,64KI/OportsPowerfulinstructionsetOtherProductsAMDID8086BFujitsuMBL8086MitsubishiM5L8086SNECD8086D-2SiemensSAB8086-C(T40-45)2/6/202321.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)硬件概括內(nèi)部結(jié)構(gòu)是16位，內(nèi)部運(yùn)算部件，內(nèi)部操作按16位設(shè)計(jì)）；16-bitarchitecture-16-bitinternalregisters能處理16位數(shù)據(jù),也能處理8位數(shù)據(jù)；16-bitdatabus匯編語(yǔ)言與8080/8085兼容，即能執(zhí)行整套8080/8085的指令.增加了許多16位操作指令；地址線20位，直接尋址能力1M字節(jié)；20-bitaddressbus(1MBofphysicalmemory).8086與8088的主要區(qū)別:8086的外部數(shù)據(jù)總線16位，8088外部數(shù)據(jù)總線為8位。2/6/202331.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)地址線(AB)？數(shù)據(jù)線(DB)？控制線(CB)？2/6/202341.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)2/6/202351.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)2/6/202361.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)8086/8088微處理器功能結(jié)構(gòu)由總線接口單元（BIU）和執(zhí)行單元構(gòu)成（EU）BIU：由指令隊(duì)列、指令指針、段寄存器、地址加法器和總線控制邏輯等組成，負(fù)責(zé)CPU對(duì)存儲(chǔ)器和外設(shè)進(jìn)行訪問(wèn)。EU：由ALU、通用寄存器組（數(shù)據(jù)寄存器組、指針寄存器組、地址寄存器組）、標(biāo)志寄存器和指令譯碼邏輯等組成，負(fù)責(zé)指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運(yùn)算。2/6/202371.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)BIU和EU功能框圖數(shù)據(jù)寄存器組暫存寄存器標(biāo)志寄存器EU控制器電路指針寄存器組變址寄存器組ALUALU數(shù)據(jù)總線通用寄存器組段寄存器組內(nèi)部暫存器指令隊(duì)列總線控制電路16位數(shù)據(jù)總線8086總線∑ABDBIP寄存器EU部件返回段寄存器2/6/202381.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)BIU/指令隊(duì)列緩沖器8088為4字節(jié)，8086為6字節(jié)。為FIFO(先進(jìn)先出)結(jié)構(gòu)指令隊(duì)列至少保持有一條指令，且只要有一條指令，EU就開(kāi)始執(zhí)行；指令隊(duì)列只要有空，BIU自動(dòng)執(zhí)行取指操作，直到填滿為止；若EU要進(jìn)行M/IO存取數(shù)據(jù)，BIU在執(zhí)行完現(xiàn)行取指操作周期后進(jìn)行；當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)，EU要求BIU從新的地址中重新取指。隊(duì)列中原有指令被清除。新取得的第一條指令直接送EU執(zhí)行，隨后取得的指令填入隊(duì)列。EU與BIU的協(xié)同工作:取指令和執(zhí)行指令可以并行返回功能單元圖2/6/202391.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)BIU/指令隊(duì)列緩沖器－串行操作忙CPUBUSt1t0t2t3t4t5分析/執(zhí)行指令3預(yù)取指令3分析/執(zhí)行指令2預(yù)取指令2分析/執(zhí)行指令1預(yù)取指令1閑忙閑忙閑2/6/2023101.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)BIU/指令隊(duì)列緩沖器－并行操作忙CPUBUSt1t0t2t3t4t5分析/執(zhí)行指令3預(yù)取指令3分析/執(zhí)行指令2預(yù)取指令2分析/執(zhí)行指令1預(yù)取指令1忙忙忙忙忙分析/執(zhí)行指令4預(yù)取指令4預(yù)取指令5分析/執(zhí)行指令5返回功能單元圖2/6/2023111.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)BIU/IP—指令指針寄存器用來(lái)存儲(chǔ)代碼段中的偏移地址;程序運(yùn)行過(guò)程中IP始終指向下一次要取出的指令偏移地址，自動(dòng)加1；通常不能被直接訪問(wèn)，也不能直接賦值，指令中不會(huì)出現(xiàn)IP。BIU/總線控制邏輯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，16/8位雙向數(shù)據(jù)總線，一組控制總線返回功能單元圖2/6/2023121.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)BIU/地址加法器20位地址加法器，它將段寄存器提供的段地址自動(dòng)乘以10H，即左移4位，再與16位的偏移地址相加，并鎖存在物理地址鎖存器中。段寄存器組內(nèi)部暫存器指令隊(duì)列總線控制電路16位數(shù)據(jù)總線8086總線∑ABDBIP寄存器返回功能單元圖2/6/2023131.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)EU部件算術(shù)邏輯單元ALU進(jìn)行所有的算術(shù)和邏輯運(yùn)算計(jì)算尋址單元的十六位偏移地址EA(EffectAddress)EU控制器接收指令隊(duì)列中的指令，進(jìn)行指令譯碼、分析，形成各種控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)EU各個(gè)部件完成規(guī)定動(dòng)作的控制標(biāo)志寄存器F通用寄存器組返回功能單元圖2/6/2023141.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)2/6/2023151.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)寄存器編程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)寄存器地址指針及變址寄存器控制寄存器組段寄存器組AXAHAL累加器BXBHBL基址寄存器CXCHCL計(jì)數(shù)寄存器DXDHDL數(shù)據(jù)寄存器通用寄存器組

SP堆棧指針BP基址指針SI源變址指針DI目的變址指針I(yè)P指令指針FLAG標(biāo)志寄存器

CS代碼段寄存器DS數(shù)據(jù)段寄存器SS堆棧段寄存器ES附加段寄存器

158702/6/2023161.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)通用寄存器特點(diǎn)一般，通用寄存器可以用于任何指令的任意操作，可以相互替換；16位的數(shù)據(jù)寄存器可分解為2個(gè)8位的寄存器使用，是同一個(gè)物理介質(zhì)；如果存儲(chǔ)了一個(gè)16位的數(shù)據(jù)，不能同時(shí)存儲(chǔ)另外的1個(gè)或2個(gè)8位數(shù)；地址寄存器不能分解為8位使用；有些操作規(guī)定只能使用某個(gè)寄存器，即寄存器的特殊用法。通用寄存器的特殊用法(默認(rèn)用法)2/6/2023171.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)段寄存器4個(gè)16位段寄存器CS、DS、SS、ES用來(lái)識(shí)別當(dāng)前可尋址的四個(gè)段，每個(gè)段的功能各不相同CS：代碼段寄存器，指示當(dāng)前執(zhí)行程序所在存儲(chǔ)器的區(qū)域。DS：數(shù)據(jù)段寄存器，指示當(dāng)前程序所用之?dāng)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域。SS：堆棧段寄存器，指示當(dāng)前程序所用之堆棧位于的存儲(chǔ)器區(qū)域。ES：附加段寄存器，指示當(dāng)前程序所用之?dāng)?shù)據(jù)位于的另外存儲(chǔ)器區(qū)域，在字符串操作中常用到。功能單元圖2/6/202318150

OFDF

IF

TFSFZFAFPFCF進(jìn)借位標(biāo)志奇偶標(biāo)志半進(jìn)借位標(biāo)志零標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志單步中斷中斷允許方向標(biāo)志溢出標(biāo)志1-有進(jìn)、借位0-無(wú)進(jìn)、借位1-低8位有偶數(shù)個(gè)10-低8位有奇數(shù)個(gè)11-低4位向高4位有進(jìn)、借位0-低4位向高4位無(wú)進(jìn)、借位1-結(jié)果為00-結(jié)果不為0舉例2/6/2023191.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)標(biāo)志寄存器/狀態(tài)標(biāo)志OF(OverflowFlag)：溢出標(biāo)志(指補(bǔ)碼)，F(xiàn).11OF=1：在運(yùn)算過(guò)程中，如操作數(shù)超過(guò)了機(jī)器表示的范圍稱(chēng)為溢出；OF=0：在運(yùn)算過(guò)程中，如操作數(shù)未超過(guò)機(jī)器數(shù)表示的范圍稱(chēng)為不溢出。求解方法：最高位進(jìn)位次高位進(jìn)位字節(jié)允許范圍：-128—+127字允許范圍：-32768—+327672/6/2023201.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)標(biāo)志寄存器/狀態(tài)標(biāo)志CF（CarryFlag）：進(jìn)位/借位標(biāo)志，F(xiàn).0CF=1：最高位需要向前產(chǎn)生進(jìn)位/借位；CF=0：最高位不會(huì)向前產(chǎn)生進(jìn)位/借位。AF（AuxiliaryCarryFlag）：輔助進(jìn)位標(biāo)志，F(xiàn).4AF=1：數(shù)據(jù)的第3位（半個(gè)字節(jié)）需要向前產(chǎn)生進(jìn)位/借位；AF=0：數(shù)據(jù)的第3位（半個(gè)字節(jié)）不會(huì)向前產(chǎn)生進(jìn)位/借位。2/6/2023211.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)標(biāo)志寄存器/狀態(tài)標(biāo)志SF（SignFlag）：符號(hào)標(biāo)志，F(xiàn).7SF=1：運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，如果為帶符號(hào)數(shù)，則為負(fù)數(shù)；SF=0：運(yùn)算結(jié)果的最高位為0，如果為帶符號(hào)數(shù)，則為正數(shù)；帶符號(hào)數(shù)的最高位為符號(hào)位；而無(wú)符號(hào)數(shù)的最高位為數(shù)值位。ZF（ZeroFlag）：全零標(biāo)志，F(xiàn).6ZF=1：運(yùn)算結(jié)果為全0；不包括進(jìn)位的情況；ZF=0：運(yùn)算結(jié)果不為0。2/6/2023221.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)標(biāo)志寄存器/狀態(tài)標(biāo)志PF(ParityFlag)：奇偶標(biāo)志，F(xiàn).2PF=1:結(jié)果的低8位中有偶數(shù)個(gè)1。PF=0:結(jié)果的低8位中有奇數(shù)個(gè)1。有些運(yùn)算操作將影響全部狀態(tài)標(biāo)志，如加法、減法運(yùn)算；有些操作影響部分狀態(tài)標(biāo)志，如移位操作；有些指令的操作不影響任何狀態(tài)標(biāo)志，如數(shù)據(jù)傳送指令。2/6/2023231.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)標(biāo)志寄存器/控制標(biāo)志DF(DirectionFlag)：方向控制標(biāo)志位，F(xiàn).10用于串處理指令，控制從前往后、還是從后往前對(duì)字符串進(jìn)行操作處理；DF=1，每次串處理操作后使變址寄存器SI和DI的值遞減，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的值遞增，使串處理從低地址向高地址方向處理。2/6/2023241.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)標(biāo)志寄存器/控制標(biāo)志IF(InteruptFlag)：中斷允許/禁止標(biāo)志位，F(xiàn).9IF=1,允許外部可屏蔽中斷。CPU可以響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。IF=0,關(guān)閉中斷。CPU禁止響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。IF的狀態(tài)對(duì)不可屏蔽中斷和內(nèi)部軟中斷沒(méi)有影響。TF(TrapFlag)：跟蹤(陷阱)標(biāo)志位，F(xiàn).8TF=1，每執(zhí)行一條指令后，自動(dòng)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(jìn)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。2/6/20232510001101001101100011001000011001+0110011010101001運(yùn)算結(jié)果最高位為1 ∴SF=1；例：2個(gè)數(shù)相加后，分析各標(biāo)志位的值第三位向第四位有進(jìn)位 ∴AF=1；次高位向最高位有進(jìn)位，最高位向前沒(méi)有進(jìn)位，OF=10=1最高位沒(méi)有進(jìn)位 ∴CF=0；低8位中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)∴PF=1；運(yùn)算結(jié)果本身≠0 ∴ZF=0；2/6/20232610001101001101100011001000011001-0010110010001100運(yùn)算結(jié)果最高位為0 ∴SF=0；例：2個(gè)數(shù)相減后，分析各標(biāo)志位的值第三位向第四位沒(méi)有借位 ∴AF=0；次高位向最高位沒(méi)有借位，最高位向前沒(méi)有借位，OF=00=0最高位沒(méi)有借位 ∴CF=0；低8位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)∴PF=0；運(yùn)算結(jié)果本身≠0 ∴ZF=0；2/6/2023271.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)練習(xí)：x86寄存器標(biāo)志名標(biāo)志為1標(biāo)志為0OF溢出(是/否）OVNVDF方向（減量/加量)DNUPIF中斷(允許/關(guān)閉)EIDISF符號(hào)(負(fù)/正)NGPLZF零(是/否）ZRNZAF輔助進(jìn)位(是/否）ACNAPF奇偶標(biāo)志(偶/奇)PEPOCF進(jìn)位標(biāo)志(是/否）CYNC2/6/2023281.8086/8088微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)與思考閱讀教材P42~P50,Intel8086評(píng)價(jià)/Technology/PCWorld/story?id=5181251課外學(xué)習(xí)處理器知識(shí)Intel系列：/其它系列：http:/CPUs/8086/2/6/2023292.8086/8088存儲(chǔ)器組織8086/8088存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)方式8086有20條地址線，尋址(空間)能力為1MB字節(jié)地址/字地址存儲(chǔ)方式字符串地址：存放在最低地址單元的第一個(gè)字節(jié)地址指針的存儲(chǔ)：偏移地址在低地址字單元，段地址在較高地址單元存儲(chǔ)單元內(nèi)容含義：數(shù)據(jù)指令指針(包括偏移地址和段地址)2/6/2023302.8086/8088存儲(chǔ)器組織8086/8088存儲(chǔ)器-固定存儲(chǔ)單元以8088CPU的IBMPC系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器首尾地址的用途固定。00000H-003FFH共1K內(nèi)存單元用于存放中斷向量。0FFFF0H-0FFFFFH是存儲(chǔ)器底部的16個(gè)單元。系統(tǒng)加電復(fù)位時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到0FFFF0H單元執(zhí)行，而在0FFFF0H處存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)初始化程序。2/6/2023312.8086/8088存儲(chǔ)器組織信息存放方式

地址

內(nèi)容

19H

1AH

1BH

1CH

1DH

1EH

1FH

20H

21H

22H

23H

地址為1AH的字節(jié)數(shù)據(jù)1FH

1FH地址為1BH的字?jǐn)?shù)據(jù)2301H 01H 23H地址為1EH的字?jǐn)?shù)據(jù)41ABH ABH 41H首地址為1FH的字符串“ABCDE”21H43H23H45H20H42H22H44H1FH 41H地址為1AH的雙字?jǐn)?shù)據(jù)7423011FH；如解釋為指針數(shù)據(jù)，則段地址為7423H，偏移量為011FH 1FH 01H23H74H2/6/2023322.8086/8088存儲(chǔ)器組織Explainthememoryorganizationof8086

The8086useslittleendianformat：leastsignificantbyteofavalueisstoredfirst. 低字節(jié)優(yōu)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器低位地址。

Theaddressoftheleastsignificantbyteformsthewordaddress.Awordcanstarteitherfromanevenaddressorfromanoddaddress. 字地址有奇地址和偶地址2/6/202333SELA19~A1D15~D8D7~D0A0SELA19~A1D15~D8D7~D0高位（奇地址）庫(kù)512Kx8低位（偶地址）庫(kù)512Kx8A19~A1BHEA0讀/寫(xiě)的字節(jié)00高低兩個(gè)字節(jié)01奇數(shù)地址的高位字節(jié)10偶數(shù)地址的低位字節(jié)11不傳送2/6/2023342/6/2023352.8086/8088存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器的分段–(引論-書(shū)籍分頁(yè))一本書(shū)字?jǐn)?shù)總編號(hào)為0000~9999按照100頁(yè)分(頁(yè)碼編號(hào)00~99)，每頁(yè)100個(gè)字(每頁(yè)字編號(hào)00~99)。問(wèn)總編號(hào)No.105字屬于第頁(yè)第幾個(gè)字？(01:0501x100+5=0105)0105如果按1000頁(yè)分(頁(yè)碼編號(hào)000~999)，每頁(yè)10個(gè)字(每頁(yè)字編號(hào)0~9)。問(wèn)編號(hào)No.105字屬于第幾頁(yè)第幾個(gè)字？(10:0510x10+5=0105)01052/6/2023362.8086/8088存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器的分段存儲(chǔ)器的分段目的20條地址總線，尋址能力多少？用16進(jìn)制表示地址？?jī)?nèi)部寄存器16位，直接表示的地址范圍是多少？用16位寄存器表示20位地址的方法：存儲(chǔ)器分段分段目的是為了能夠利用16位地址線達(dá)到尋址1MB存儲(chǔ)空間。2/6/2023372.8086/8088存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器分段示意圖(連續(xù)、重疊、分離)10000H=64KB,1000H=4KB,400H=1KB,100H=256B2/6/2023382.8086/8088存儲(chǔ)器組織物理地址(PhysicalAddress)與邏輯地址（LogicalAddress）

物理地址：對(duì)應(yīng)于每個(gè)存儲(chǔ)單元的實(shí)際地址（20位），CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)單元時(shí)所必須的。 20位物理地址形成：由16位段地址和16位偏移地址組成。段地址:只取段起始地址高16位值。(段基址？)偏移地址:指在段內(nèi)某內(nèi)存單元物理地址相對(duì)段起始地址的偏移值。 邏輯地址：為(段地址：偏移地址)的表示形式，由邏輯地址可以求得存儲(chǔ)單元的唯一物理地址。2/6/2023392.8086/8088存儲(chǔ)器組織邏輯地址到物理地址映射邏輯地址形式為：段地址：段內(nèi)位移（物理地址）20=（段地址）×10H+（段內(nèi)偏移）2/6/2023402.8086/8088存儲(chǔ)器組織邏輯地址到物理地址映射對(duì)存儲(chǔ)器任一位置的訪問(wèn)都是在該位置所在的段基址下進(jìn)行的。邏輯地址0C85FH:109AH實(shí)際地址0C85F0H+109AH=0C968AH同一個(gè)實(shí)際地址可以采取不同的邏輯地址形式表示，即不同段可以相互重疊。12345H可以表示為1200H:0345H或1230H:0045H…1200H1230H0345H0045H2/6/2023412.8086/8088存儲(chǔ)器組織邏輯地址到物理地址映射128個(gè)字的存儲(chǔ)器區(qū)域，如果起始邏輯地址為625AH:234DH，求其首末物理地址：128字＝256字節(jié)，長(zhǎng)度為100H(00H-FFH)首地址：625AH×10H+234DH=648EDH末地址：648E