清华大学-计算机硬件技术基础Chapter21课件

第二章8086/8088微处理器第一节8086/8088微处理器的结构第二节8086/8088的寻址方式第三节8086/8088的指令系统第四节DOS操作系统简介1第一节

8086/8088微处理器的结构一、简介二、8086/8088的编程结构1.总线接口部件2.执行部件3.工作原理三、8086/8088的寄存器组四、8086/8088的存储器组织1.内存物理地址的形成2.内存单元内容的存放及表示五、8086/8088的I/O组织2一、8086/8088简介

Intel系列的16位CPU双列直插式封装40根引脚工作频率为4.77MHz~10MHz工作电源+5V

80883二、8086/8088的编程结构

编程结构：指从程序员和使用者的角度看到的结构。与芯片内部的物理结构和实际布局有区别。某CPU芯片内部实物图51.总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit)

→运输部门2.执行部件EU(ExecuteUnit)

→加工部门3.工作原理DSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组BIUABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器EU运算器8088编程结构DSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组BIUABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器EU运算器61.总线接口部件BIU

构成部分

4个16位段寄存器：

CS，DS，ES，SS16位IP指令指针寄存器地址加法器

4字节的指令队列

(8086的指令队列为6字节)DSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器8088编程结构BIUEU

主要功能负责与存储器、I/O接口传递数据具体完成：

1)从内存取指令，送到指令队列;

2)配合执行部件从指定的内存单元或I/O端口取数据;

3)将执行部件的操作结果送到指定的内存单元或I/O端口。73.工作原理

计算机的工作过程是：取指令,执行指令CPU总线内存DSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、数据1数据2数据3、、、地址总线AB数据总线DB控制总线CB地址译码器9总线接口部件和执行部件可并行工作，提高工作效率。指令的提取和执行分别由BIU和EU完成。BIU和EU相互独立又相互配合1)当指令队列有一个空字节时，

BIU自动把指令取到指令队列中2)执行部件总是从指令队列前部提出指令去执行。3)如果在执行指令的过程中，需要访问内存或I/O端口，

EU会请求BIU去完成存取操作。DSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器8088编程结构BIUEU10由于有指令队列的存在，在EU执行指令的同时，BIU可取指令，即BIU和EU可处于并行工作状态。

取指

取指

取指取指取数取指

等待

执行

执行执行等待执行时间8088的工作原理：BIUEU1113

状态标志寄存器PSW(ProcessorStatusWord)16位寄存器，包含9个标志各标志在标志寄存器中的位置如下：

用了其中的9位，其它7位在8086/8088中无意义。14

9个标志按其作用分状态标志和控制标志两类

状态标志：OF、SF、ZF、AF、PF、CF

共6个记录指令运行过程或运算结果的状态信息。常作为后续转移指令的控制条件，又称为条件码。控制标志:DF、IF、TF

共3个

作用是控制CPU的操作。15ZF：零标志(ZeroFlag)反应运算结果是否为0。

运算结果为0时，ZF＝1，否则ZF＝0SF：符号标志(SignFlag)反应运算结果的符号位。对字节操作SF＝D7对字操作SF＝D1517OF：溢出标志(OverflowFlag)反应运算过程中是否产生溢出。产生溢出，OF＝1，否则为0。PF：奇偶标志(ParityFlag)反应运算结果中“1”的个数情况。有偶数个“1”时，PF＝1,否则PF＝0。18

10110101被加数8位

+

10001111加数8位进位1

111111

01000100和8位PSW标志寄存器运算器标志寄存器运算器被加数加数和进位例

8位二进制加法如下，给出各状态标志位的值

最高位D7位产生进位:CF=1D3位产生进位:AF=1相加的结果为44H,不为0:ZF=0结果的最高位为0:SF=0两负数相加结果为正，溢出:OF=1结果中有2个1，偶数个1:PF=110011119四、8086/8088的存储器组织

1.内存物理地址的形成

2.内存单元内容的存放及表示211.内存物理地址的形成取指令、取数、存数时，都要访问内存，

被访问内存单元的地址由CPU提供。DSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、数据1数据2数据3、、、地址总线AB数据总线DB控制总线CB地址译码器22

8086/8088有20根地址线，可寻址220=1M个内存单元，而CPU内部寄存器均为16位，故：

20位的地址需由一个附加部件完成。这个部件就是地址加法器。DSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器8088编程结构BIUEU23物理地址PA=段地址＋偏移地址=(段寄存器)×10H+偏移地址段寄存器有4个：DS、ES、CS、SS

偏移地址由IP、SP、BX、BP、SI、DI

或一个8位或16位二进制数得到。这种存储器管理方式叫分段编址。25物理地址PA=段地址＋偏移地址=(段寄存器)×10H+偏移地址或段寄存器的内容左移4位，加上偏移地址例：某内存单元的段地址由DS、偏移地址由BX给出。若(DS)=2000H,(BX)=1000H，计算其物理地址。PA=(DS)×10H+(BX)=2000H×10H+1000H=21000H26要点：(段地址由16位的段寄存器给出，可将段地址直接用16位表示)物理地址20位，段地址20位，偏移地址16位。物理地址PA=段地址＋偏移地址=(段寄存器)×10H+偏移地址由16位段寄存器决定有216=64K个段值

由16位偏移地址决定每个段的大小为0~64K

每个段最大64K，但不一定是64K，可据需要分配。27

每个内存单元有唯一的物理地址，但可由不同的段地址和偏移地址构成。(实验二内容)例

某内存操作的段值由DS给出，偏移值由BX给出。若(DS)=1000H，(BX)=0150H，则：PA=(DS)×10H+(BX)=1000H×10H+0150H=10150H若(DS)=1010H，(BX)=0050H，则：PA=(DS)×10H+(BX)=1010H×10H+0050H=10150H…...12h34h56h…...10150H内存10151H10152H物理地址相同，就选中同一单元292．内存单元内容的存放及表示表示为：(01000H

)=1EH(01001H

)=2FH…...1E2F3C…...01000H内存01001H01002H一个内存单元可以存放一个字节信息30

8086/8088是16位CPU，可对内存进行字节或字操作例

将字数据1234H写入从02000H开始的内存单元…...34h12h…...02000H内存02001H当往内存写一个字数据时，写入规则是：写入的结果：(02000H)=34H(02001H)=12H低字节到低地址单元高字节到高地址单元31取入的结果：

(AL)=34H

(AH)=12H

或表示为(AX)=1234H例

将内存02000H单元的字数据1234H取入AX寄存器中…...34h12h…...02000H内存02001H将内存的某一字数据取至CPU内的寄存器时，取入规则是：低字节到低8位寄存器高字节到高8位寄存器32在书写时，可用首地址表示相邻内存单元的内容如(02000H)=1234H等价于:

(02000H)=34H(02001H)=12H注意:按照低字节低地址，高字节高地址规律…...34h12h…...02000H内存02001H33五、8086/8