微机试卷第二章8086系统结构

1、微机系统与接口第2章 8086系统结构华南理工大学电子与信息学院2012-3-31116位微处理器基本结构特点引脚引脚功能复用提高引脚利用率。如：数据双向传输可由“读写”信号来控制，决定数据处于输入还是输出状态单总线、累加器结构由于面积限制，使微处理器内部寄存器的数目，数据通路位数受到限制可控三态电路采用可控三态电路与总线相连，当微处理器外部总线同时连接多个部件，可避免总线和信号串扰，不工作器件所连的三态电路处于总线分时复用状态地址总线和数据总线使用了相同的引脚，节省了引脚，但操作时间增加了2指令执行的一般过程取指令指令译码操作数执行指令存放结果32.1 8086 CPU结构BIU和EU并行工

2、作4顺序工作方式CPUBUS5忙碌忙碌取指令1分析指令1执行指令1取指令2分析指令2执行指令2并行流水线工作方式CPUBIU6忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌取指令1分析指令1执行指令1取指令2分析指令2执行指令2取指令3分析指令3执行指令31 总线接口部件BIU功能物理地址形成、取指令、指令排队、读写操作数、总线控制组成16位段地址寄存器16位指令指针寄存器20位物理地址加法器总线控制逻辑6字节指令队列工作过程形成物理地址，发读信号（/RD），取指令送入指令队列7指令执行部件BU(Execution Unit)功能指令译码、执行指令组成算术逻辑运算单元ALU标志寄存器PSW寄存器组EU控制器工作过程从B

3、IU的指令队列取得指令、进行译码、执行指令82.1.2 寄存器结构寄存器的作用存放运算过程中所需要的操作数地址、操作数及中间结果寄存器的特点存取速度比分类通用寄存器组器快得多指针和变址寄存器段寄存器指令指针及标志位寄存器92.1.2 寄存器结构AX 累加器 Accumulator BX 基址寄存器Base CX 计数寄存器Count DX 数据寄存器Data数据寄存器通用寄存器源变址寄存器 Source Index变址寄存器目的变址寄存器 Destination Index基址指针寄存器 Base Po堆栈指针寄存器 Stack Po指针寄存器数据段寄存器Data Segment附加段寄存器E

4、xtra Segment堆栈段寄存器Stack Segment代码段寄存器Code Segment段寄存器指令指针寄存器Instruction Poer控制寄存器PSW状态标志寄存器Prosor Sus Word10IPDSESSSCSSPBPSIDIAHALBHBLCHCLDHDL1 通用寄存器组4个l6位通用寄存器AX、BX、CX、DX存放16位数据或地址也可分为8个8位寄存器低8位是AL、BL、CL、DL高8位为AH、BH、CH、DH只能存放8位数据不能存放地址某些通用寄存器用作专门用途11158 70AX累加器BX基址寄存器CXDX计数寄存器数据寄存器通用寄存器AHALBHBLCHCL

5、DHDL1 通用寄存器组AX（累加器）中间运算结果也多放于AX中所有I/O指令都通过AX与接口传送信息BX（基址寄存器）在间接寻址中用于存放CX（计数寄存器）址用于在循环或串操作指令中存放计数值CL在移位/循环移位指令中用作移位次数寄存器DX（数据寄存器）在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址在32位乘除法运算时，存放高16位数122 指针和变址寄存器4个16位寄存器：用于堆栈操作和变址运算，存放段内地址偏移量BP、SP称为指针寄存器，与SS联用BP：基址指针寄存器例：MOVAX，BP ；寄存器间接寻址，物理地址=16SS+BPSP：堆栈指针寄存器，内容为栈顶的偏移地址；在堆栈段内（SS）

6、，SPSP-2，指例：PUSH向栈顶AXSI、DI称为变址寄存器，与DS/ES联用例：MOV（或DI）AX，SI（或DI） ；物理地址=16DS+SI在串指令中，SI、DI均为隐含寻址例：MOVS目的串（DI），源串（SI）SI与DS联用，DI与ES联用133 段寄存器4个16位段寄存器代码段寄存器CS数据段寄存器DS堆栈段寄存器SS附加段寄存器ES。作用：给出相应逻辑段的首地址，即“段基址”CS：存放可执行的指令代码DS：存放操作的数据ES：存放操作的数据SS：开辟为程序执行中所要用的堆栈区物理地址的形成：16段基址+段内偏移地址144 指令指针寄存器IP16位寄存器存放将要执行的下一条指令

7、在现行代码段中的偏移地址注意：8086程序不能直接IP，但可以由某些指令修改。例如，中断指令、调用指令、跳转指令155 标志寄存器Flags状态标志(6个)CF、PF、AF、ZF、SF、OF表示运算后结果的状态特征，影响后面的操作控制标志(3个)TF、IF、DF控制CPU操作。1643210OFDFIFTFSFZFAFPFCF5 标志寄存器FlagsCF (Carrv Flag)：进位标志位有进位或借位时，CF1最PF (Parity Flag)：奇偶校验标志位运算结果的低8位有偶数个“1”时，PF1有奇数个“1”时，PF 0AF(Auxiliary Flag)：辅助进位标志位低4位向高4位进

8、化或借位时，AF1AF一般用在BCD码运算中175 标志寄存器FlagsZF(Zero Flag)：全零标志位本次运算结果为0时，ZF1；否则ZF 0SF(Sign Flag)：符号标志位为1时，SF1，结果为负；否则SF本次运算结果的最0，结果为正OF(Overflow Flag)：溢出标志位本次运算过程中产生溢出时，OF 1有符号数范围为-128+127，字运算结果的范围为-32768，超过此范围为溢出185 标志寄存器FlagsTF (Trap Flag)：单步标志位设置单步工作方式。TF1时，每执行一条指令，就自动产生一次内部中断，使用户能逐条程序进行调试IF (errupt Flag

9、)：中断标志位IF1时，允许CPU响应可应外设有中断申请中断；IP0时， CPU不响DF(Direction Flag)：方向标志位控制串操作指令中地址指针变化方向。DF0，地址指针自动增量；DF1，地址指针自动减量。STD指令使DF置 “1”，CLD指令使DF置“0”19例0101 0011 1001 01001000 1000 1000 0001+CF= 0AF= 0SF= 1OF=0 PF= 0ZF= 01101 1100 0001 01012002.2引脚8086CPU的引脚及其功能GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4

10、 AD3 AD2 AD1 AD0 NMIR CLKGNDVCC AD15 AD16/ S3 AD17/ S4 AD18/ S5AD19/ S616条数据线20条地址线（低16位和数据线复用）17根控制线电源和地线封装：双列直插工作模式：最小模式（单机系统）：系统中控制信号由8086提供最大模式（多处理机系统）：系统中控制信号由总线控制器8288提供BHE/ S7 MN/ MX RDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK) M/ IO (S2)DT/ R (S1)DEN (S0)ALE (QS0)A (QS1)TEST READYRESET2114023933843753

11、663573483393210 80863111CPU30 122913281427152616251724182319222021引脚及其功能指令执行单元总线接口单元工作模式由MN/MX引线的BHE/S7 A19/S6A16/S3状态决定。MN/MX=0最大模式MN/MX=1AD15 AD0A RD WRDT/RDENALE最小模式22CLK RESET READY MN/MX GNDTESTR NMI RQ / GT2HOLDHLDA控制电路LOCK QS0 QS1 S2 S1 S0六字节指令队列总线接口ALUFLAGS寄存器组通用寄存器组（8个16位寄存器）地址线和数据线AD0AD7：低

12、8位地址和低8位数据信号分时复用。在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。A16-A19：高4位地址信号，与状态信号分时复用。A8A15 ：8位地址信号23WR： 写信号；RD：读信号；IO/M：为“0”表示为“1”表示内存，接口；DEN： 低电平有效时，允许进行读/写操作；DT/R：数据收发器的传送方向控制；ALE：地址锁存信号；RESET：复位信号242.3 8086器组织器的要求：以字节为00000信息，64KB0F每个址。单元有唯一的地1000064KB1F分段管理的原因：80868088系统的空间lM字节(即220，要20位物理地址)CPU内部寄存器只有16位（只能寻址64K字

13、节）F0000FF64KB整个辑段中间分成许多逻250段1段15段分段管理每段容量不超过64K字节允许各个逻辑段在整个间中浮动00000空逻辑段164KB逻辑段264KB逻辑段364KB逻辑段1起点段和段之间可以连续，也可以分开或单元的实际地址：段地址+段内偏移地址（IBM PC机规定段的首地址必须从每小段 (paragraph)的首地址开始，机器规定每16字节为一小段，所以段起始地址必须能被16整除）逻辑段2起点逻辑段3起点逻辑段4起点逻辑段464KBFF262 物理地址的形成逻辑地址段基址:偏移地址物理地址(无符号的16位二进制数，程序设计时用)器的绝对地址，是CPU器的实际寻址地址地址范

14、围：00000FFH物理地址段基址16十偏移地址其中：段基址：放在段寄存器地址（CS、DS、ES、SS）偏移地址：从段地址开始的相对偏移位置（放在指令指针寄存器IP、16位通用寄存器中）27物理地址形成过程150 3 2 1 0从段寄存器中取出段基址，4位，将其150再与16位偏移地址相加，就得到了物理地址（由总线接口部件BIU的地址加法器完成）地址加法器19028物理地址偏移地址段基址0000逻辑地址来源器的操作类型不同，BIU所使用的逻辑地址来源也不同29操作类型隐含段地址替换段地址偏移地址取指令CS无IP堆栈操作SS无SPBP为间址SSCS、DS、ES有效地址EA存取变量DSCS、SS、

15、ES有效地址EA源字符串DSCS、SS、ESSI目标字符串ES无DI例CS=1055H段首地址=10550HDS=250AH段首地址=250A0HES=2EF0HSS=8FF0H10550H代码段250A0H数据段2EF00H附加段8FF00H堆栈段302.3.2 8086器的分体结构体+奇地址两个体：偶地址体，各为512KByte，共1M Byte0000100003000050000000002000042201FFFE 220231512K8位奇地址体（A0=1）512K8位偶地址体（A0=0）32 BHEA0操作总线使用情况00从偶地址开始读/写一个字AD15 AD001从奇地址单元读

16、/写一个字节AD15 AD810从偶地址单元读/写一个字节AD7 AD011无效01从奇地址开始读/写一个字AD15 AD810AD7 AD0分体结构读写操作注意：8086CPU器时，以字为进行，并从偶地址开始。000FF1000010001100020010310004000FF1000010001100020010310004从偶地址读一个字节从奇地址读一个字节3311000011223300112233 若字单元地址从奇地址开 若字单元地址从偶地址开始，两次器始，要一次器只需000FF1000010001100020010310004000FF1000010001100020010310

17、004从偶地址读一个字从奇地址读一个字34332222110011223300112233器与总线连接8088系统8086系统数据总线D7D00000000001FFBHEA035A19A1地址总线A19A0地址总线D7D0偶地址体SELA19A0D7D0奇地址体SELA19A0D7D01M8位体A19A0D15D8数据总线D7D0数据总线2.3.2 堆栈的概念堆栈堆栈是在器中开辟一个区域，用来存放需要暂时保存的数据36堆栈的工作方式及特点工作方式“先进后出”，指令为PUSH、POP，栈顶指针SP的变化由CPU自动管理。操作特点以字为进行操作，低字节在偶地址，高字节在奇地址，每地址增长方式栈底

18、设在化一次堆栈就能压入弹出一个字。器的高地址区，堆栈地址由高向低变37堆栈操作指令的执行过程执行PUSH指令时：CPU自动修改指针SP2顶；将低位数据压入(SP)单元，元。当执行POP指令时：SP，使SP指向新栈数据压入(SP+1)单CPU将当前栈顶SP(低位数据)和SP+1(数据)中的内出；自动修改指针，使SP+2SP，SP指向新栈顶382.3.2堆栈的主要用途中断，子程序调用，数据暂时保存。【注意】：先进入的内容后弹出；PUSH和POP指令成对392.4 8086系统配置402.4.1 8086最小模式系统8086CPU器I/O接口1片8284A，作为时钟发生器3片82828283或74LS373，作为地址锁存器2片82858287或74LS245，作为双向数据总线收发器41最小模式系统框图VccVccMN / MXRDCLK READYRESETWRM / IO时钟RES发生器8086CPUALEBHESTB地址总线地址20位AA19168282/8283BHEAD15AD0 DT/R地址/数据DENOEI/ODATA器DATA8286/8287数据总线T16位OE422.4.3 8086CPU时序T状态相邻两个脉冲之间的时间间隔，称为一个时钟周期，又称 T状态（T周期）CLKT43指令周期执行一条指令所需要的时间称为指令周期。