微处理器及其系统结构

第二章8086微处

理器及其系统结构

8086的功能结构8086的寄存器组8086微处理器引脚信号

8086微处理器典型时序分析8086微处理器微处理器是微机的硬件核心主要包含指令执行的运算和控制部件，还有多种寄存器对程序员来说，微处理器抽象为以名称存取的寄存器8086内部结构有两个功能模块，完成一条指令的取指和执行功能模块之一：总线接口单元BIU，主要负责读取指令和操作数模块之二：执行单元EU，主要负责指令译码和执行指令执行内部结构8086的功能结构

EU与BIU并行但不同步工作，减少了取指令所需的时间，提高了CPU的工作效率。8086内部结构内部暂存器

IP

ES

SSDSCS输入/输出控制电路外部总线执行部分控制电路123456∑ALU标志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用寄存器地址加法器指令队列缓冲器执行部件（EU)总线接口部件（BIU)16位20位16位8位8088的指令队列是4B第二章8086微处理器

8086的功能结构

8086的寄存器组存储器组织与分段管理

堆栈和堆栈操作

8086的寄存器组对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组

执行单元EU8个通用寄存器1个指令指针寄存器1个标志寄存器4个段寄存器8086的通用寄存器8086的16位通用寄存器是： AX BX CX DX SI DI BP SP其中前4个数据寄存器都还可以分成高8位和低8位两个独立的寄存器8086的8位通用寄存器是：AH BH CH DHAL BL CL DL对其中某8位的操作，并不影响另外对应8位的数据数据寄存器数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以存放地址每个寄存器又有它们各自的专用目的AX－－累加器，使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等；BX－－基址寄存器，常用做存放存储器地址；CX－－计数器，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器；DX－－数据寄存器，常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址。变址寄存器变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址SI是源变址寄存器DI是目的变址寄存器指针寄存器指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据SP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址SP不能再用于其他目的，具有专用目的BP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中的基地址SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址堆栈（Stack）堆栈是主存中一个特殊的区域它采用先进后出FILO（FirstInLastOut）或后进先出LIFO（LastInFirstOut）的原则进行存取操作，而不是随机存取操作方式。堆栈通常由处理器自动维持。在8086中，由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器SP共同指示8086的寄存器组对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组执行单元EU8个通用寄存器

1个指令指针寄存器1个标志寄存器4个段寄存器指令指针寄存器IP指令指针寄存器IP，指示代码段中指令的偏移地址它与代码段寄存器CS联用，确定下一条指令的物理地址计算机通过CS:IP寄存器来控制指令序列的执行流程IP寄存器是一个专用寄存器8086的寄存器组对汇编语言程序员来说，8086内部结构就是可编程的寄存器组执行单元EU8个通用寄存器1个指令指针寄存器

1个标志寄存器4个段寄存器标志寄存器标志（Flag）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器FR（标志寄存器的内容称为程序状态字PSW）OF111512DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0程序设计需要利用标志的状态标志凤的分批类状态苗标志臣－－浇用来定记录产程序谅运行蜘结果泉的状踪蝶态信啄息，区许多启指令陪的执杠行都洒将相誓应地昼设置背它CFZFSFPFOFAF控制卫标志冈－－馅可由贷程序靠根据阔需要气用指芳令设恒置，礼用于泡控制狭处理恋器执最行指位令的削方式DFIFTF进位参标志CF（Ca耽rr姨y乡丰Fl披ag）当运枝算结蚕果的记最高嘉有效唯位有浇进位察（加运法）欢或借哥位（誉减法腐）时傻，进听位标圈志置1，即CF宁=狂1；否则CF插=恭0。3A京H评+邮7C铸H＝0B妹6H，没有鸡进位杏：CF条=指00A岩AH宣+司7冒CH＝（1）26巩H，有进雨位：CF矿=妄1零标率志ZF（Ze唯ro通F格la镜g）若运猾算结纽奉果为0，则ZF弹=矛1；否则ZF削=律03A晶H而+降7C犬H＝0B陆6H，结果切不是业零：ZF淋=竟084流H担+疯7C来H＝（1）00汤H，结果蛾是零击：ZF语=寻1注意犯：ZF为1表示插的结底果是0符号结标志SF（Si巧gn葵F诵la麻g）运算著结果徐最高炸位为1，则SF湾=气1；否则SF钥=蜜03A蛇H宋+填7C样H＝0B塘6H，最高少位D7＝1：SF套=畏184虫H片+猛7C锡H＝（1）00掠H，最高拼位D7＝0：SF傍=眯0有符害号数皂据用永最高辩有效匙位表边示数锦据的陈符号培，所以孕，最辛高有推效位豪就是钩符号隙标志臣的状虎态。奇偶觉标志PF（Pa佩ri按ty往F华la裹g）当运咸算结早果最鸦低字趁节中压“1”的个忌数为株零或赢偶数予时，PF祥=辅1；否则PF珠=窃03A匹H天+盈7C陈H＝0B骡6H＝10歌11悉01鱼10纯B结果天中有5个1，是奇驶数：PF樱=功0PF标志鸦仅反青映最裙低8位中话“1”的个梢数是浴偶绿或奇拔，即走使是刮进行16位字酷操作溢出舱标志OF（Ov惩er属fl含ow球F紫la洗g）若算延术运依算的习结果万有溢展出，则OF＝1；否则OF＝03A达H热+守7C厅H＝0B茎6H，产生设溢出零：OF车=送10A暗AH怖+翅7肠CH＝（1）26政H，没有商溢出呜：OF效=劫0溢出胖标志OF（Ov库er延fl满ow管F蛙la秤g）问题什么励是溢识出？溢出厅和进匹位有在什么佣区别客？处理脖器怎刻么处哑理，鹿程序拣员如日何运衣用？如何魄判断胀是否姐溢出帽？什么贩是溢监出处理共器内拜部以滥补码旦表示语有符叔号数8位表号达的居整数内范围标是：拔＋12躁7～－12勉816位表霞达的潮范围凯是：失＋32布76刮7～－32喂76午8如果信运算都结果悦超出庆这个槐范围趁，就喜产生府了溢猴出有溢暖出，唱说明谊有符男号数角的运薪算结诸果不院正确3A掌H＋7C姿H＝0B捷6H，就是58＋12劝4＝18稿2，已经蒸超出峡－12杰8～＋12服7范围袍，产饲生溢渐出，旬故OF＝1；另一绕方面部，补枯码0B拴6H表达猛真值君是-7睁4，显然看运算舍结果比也不泥正确溢出爱和进概位溢出狱标志OF和进旨位标监志CF是两佳个意挎义不乔同的辈标志进位城标志岂表示衰无符姻号数治运算浑结果尽是否象超出忙范围辰，运侵算结稿果仍遭然正加确；溢出戒标志踪蝶表示滚有符稻号数示运算阁结果裙是否绞超出恰范围鼓，运璃算结真果已底经不州正确趋。请看讽例子溢出烦和进馒位的便对比例1：3A肉H条+在7C炉H＝0B条6H无符两号数耻运算惊：58＋12叮4＝18使2范围翼内，荣无进蜓位有符亲号数帮运算泛：58＋12艺4＝18姿2范围确外，禁有溢疑出例2：0A枯AH燥+宝7燥CH＝（1）26侨H无符忠号数认运算谋：17颂0＋12搞4＝29恐4范围校外，肃有进槐位有符育号数拐运算东：蹈－86＋12储4＝28范围卫内，桨无溢穿出如何犁运用巷溢出芝和进秩位处理皮器对蓝两个眨操作蔬数进稀行运及算时送，按廊照无估符号环数求盏得结着果，敏并相并应设糖置进言位标漆志CF；同时众，根乌据是冤否超创出有往符号幸数的妇范围帜设置泳溢出岂标志OF。应该粥利用躺哪个刻标志友，则疏由程证序员理来决素定。盯也就糕是说眠，如衫果将捐参加占运算饲的操按作数英认为尼是无秋符号德数，拘就应探该关畏心进被位；痕认为括是有犬符号愿数，扰则要唱注意坏是否婶溢出突。溢出焰的判完断判断任运算恰结果匪是否禾溢出饼有一掘个简笋单的搭规则灰：只有渠当两灶个相亲同符视号数挪相加犬（包量括不廊同符愧号数提相减恨），乞而运抬算结蹲果的屑符号桶与原弦数据隆符号武相反用时，节产生享溢出知；因只为，气此时茶的运哑算结户果显冒然不冤正确其他安情况只下，嘴则不杨会产兄生溢胜出3A班H庆+术7C炮H＝0B赤6H，D3有进顶位：AF客=莫1运算剩时D3位（究低半农字节辫）有奖进位选或借阵位时阵，AF牌=沿1；否则AF拖=0。这个贱标志笋主要广由处宁理器兵内部爬使用出，用妖于十音进制蹄算术揪运算税调整肃指令剃中，恶用户裕一般返不必帜关心辅助激进位葛标志AF（Au盗xi萍li筹ar撇y梢Ca锻rr锡y苍Fl煮ag）方向返标志DF（Di桶re贸ct怠io昨n族Fl撇ag）用于陶串操埋作指斜令中耳，控分制地订址的拣变化踩方向驶：设置DF＝0，存储宏器地怪址自留动增姓加；设置DF＝1，存储现器地腊址自泰动减堡少。CL喷D指令庆复位厦方向溜标志赞：DF＝0ST龟D指令县置位禾方向网标志付：DF＝1中断碍允许般标志IF（In罩te辛rr回up暂t-贞en槐ab戴le状F御la饰g）用于便控制有外部符可屏渣蔽中细断是根否可速以被致处理活器响炕应：设置IF＝1，则允晶许中道断；设置IF＝0，则禁屑止中饰断。CL孕I指令见复位诉中断柏标志鉴：IF＝0ST注I指令至置位花中断释标志般：IF＝1陷阱忍标志TF（Tr斗ap牲F及la尽g）用于款控制释处理科器进悦入单约步操亭作方粉式：设置TF＝0，处理袖器正肆常工必作；设置TF＝1，处理捉器单哲步执牲行指床令。单步验执行荒指令——处理枕器在每条挽指令慨执行屡结束时，毙便产吐生一韵个编仁号为1的内杨部中熄断这种偿内部柔中断锅称为单步墨中断所以TF也称辨为单步察标志利用刷单步公中断问可对贡程序航进行过逐条壶指令侧的调榨试这种薄逐条氏指令情调试近程序摔的方脖法就与是单步荷调试80棉86的寄公存器狭组对汇立编语路言程季序员马来说缝，80串86内部亿结构就是翅可编她程的泽寄存鸡器组执行悄单元EU8个通基用寄姐存器1个指目令指肆针寄辰存器1个标臭志寄真存器4个段最寄存恳器段寄孕存器80挨86有4个16位段牙寄存幅器CS（代码灿段）绸指明代码磨段的起胜始地纯址SS（堆栈爸段）枝指明堆栈掘段的起呼始地倡址DS（数据盈段）俘指明数据乘段的起谋始地参址ES（附加百段）框指明附加堪段的起奔始地轻址每个乒段寄相存器沾用来乳确定腹一个贺逻辑绸段的逼起始市地址盲，每对种逻拿辑段危均有序各自槽的用礼途代码肌段（Co肠de余S掩eg吃me肆nt）代码助段用杰来存手放程肉序的珍指令缠序列代码义段寄活存器CS存放将代码瞒段的懒段地界址指令风指针葛寄存籍器IP指示但下条佩指令灶的偏欣移地技址处理貌器利茫用CS劳:I攀P取得堂下一毁条要提执行绢的指馆令堆栈宰段（St亲ac深k莲Se百gm涂en毛t）堆栈锡段确槐定堆械栈所抬在的备主存铁区域堆栈挣段寄石存器SS存放服堆栈厅段的扔段地依址堆栈尚指针工寄存顺器SP指示蚂堆栈错栈顶琴的偏考移地疤址处理皮器利宜用SS罢:S残P操作其堆栈开栈顶必的数插据数据裤段（Da错ta盒S晒eg眯me腥nt）数据充段存引放运早行程绒序所屠用的瞎数据数据肯段寄粒存器DS存放渣数据箭段的军段地多址各种针主存述寻址透方式普（有规效地忍址EA）得到彻存储燥器中跳操作并数的岔偏移优地址处理肥器利大用DS帐:E降A存取漠数据匙段中博的数召据附加瞧段（Ex坚tr嘉a屋Se奥gm讯en蹈t）附加望段是网附加少的数浅据段竟，也川用于怪数据裕的保醋存：附加撕段寄监存器ES存放左附加缓段的莲段地衬址各种死主存税寻址烤方式战（有吨效地衣址EA）得到泊存储骨器中贱操作确数的酬偏移厦地址处理哀器利炸用ES案:E挖A存取社附加毫段中籍的数梯据串操踏作指伞令将席附加燥段作亩为其蹲目的畜操作眠数的乓存放秆区域第二搜章80料86微处射理开器及驼其系绿统结划构80墙86的功解能结葱构80出86的寄牌存器疮组80寺86微处击理器秀引脚帅信号80亭86微处达理器档典型校时序灭分析学习响外部剥特性,首先窑了解荒其引跑脚信高号，旱关注福以下厕几个厦方面价：引脚未的功仇能信号宁的流菠向有效祝电平三态办能力输出约正常尖的低米电平甲、高我电平厉外，榨还可其以输年出高滚阻的齿第三夕态80圣86搅CP靠U引脚蛇功能80估86与80梨88痰CP云U引脚文区别见：80慨86有16位数丈据线猛，与谨地址南线A0呆-A巡寿15兼用；20位地砌址线,寻址妖空间耕达到1M罚B；80堪88有8位数壳据线峡，与瞒地址沙线A0平-A货7兼用奴；80府86与80他88塑CP衣U引脚28信号赢相反(M秃/I趣O,艺M勿/I棍O)引脚34信号迷，80眨86与80杀88性CP泳U功能角稍有坑不同敬。引脚分类地址尤总线表、数新据总烛线、累控制爷总线地址/数据线地址/状态线非屏辟蔽中智断可屏生蔽中太断请因求最小污最大榨模式序控制MN懒/M节X=路1,最小封模式MN脆/M惰X=拥0,最大寇模式读信何号总线易保持挠请求长信号总线罩保持中相应嘴信号写信巩号存储踪蝶器/I框O控制萍信号M/摇IO徐=1泽,选中甘存储护器M/踩IO神=0疾,选中IO接口数据语发送/接收青信号DT尿/R浩=1匀,发送DT胁/R凝=0绢,接收数据大允许娃信号地址权允许湿信号中断所响应鼻信号测试税信号:执行WA骗IT指令踩，CP徒U处于旷空转破等待;TE闸ST有效皇时,结束且等待纱状态洁。准备支好信肿号:表示渐内存或I/魔O设备绣准备哀好，可以标进行禾数据匀传输债。复位势信号80委86鞋CP涉U引脚过功能80捏86轰CP完U的两桑种模尼式最小衔模式MN忍/M们X接+5绵V构成愈小规漆模的略应用稻系统,只有80初86一个恭微处依理器,所有喂的总炸线控磁制信姥号均绢为80掉86产生络，系匠统中边的总凑线控纲制逻某辑电你路，吓减少滚到最拨少。最大剂模式MN攀/M担X接地秆。用于讽大型捎（中巡寿型）80惯86上/8熟08挺8系统务中,系统奴总是上包含孩有两腰个或拖多个章微处区理器疗，其森中一袄个主雪处理侍器就你是80用86或80姥88，其独它的疗处理驱器称篇协处南理器界，协晒助主搭处理械器工预作。需要握总线辜控制存器来弊变换糠和组基合控皱制信棕号。协处屈理器颗：数值典运算廉协处露理器80水87：由硬械件实俯现高唇精度逮整数秀浮点滔段运胡算。输入时输出亲协处毫理器80赴89：相当坟两个DM口A通道共的处骂理器馋。增加代协处站理器蛛，不布再占筒用80窄86时间件，大废大提莫高系它统的孙运算箱速度川效率。80撤86在最炉小模种式下唱的典坦型配阿置1、MN堤/M骄X接+5捷V2、一片82怖84欢A,作为躁时钟剃发生趁器3、三从片82均82或74叨LS般27想3,作地呜址锁蜜存器4、二股片82闭86裁/8梳28籍7,作总蛙线收狗发器常见锁存筛器82绑82DI0-DI7：数据历输入预引脚如；DO0-DO7：数据杆输出施引脚继；VCC、GN币D：电源阶与地玻线；ST吉B：数据惑选通房诚信号使，当防有一有个地壤址锁辫存控异制信惨号送摧到该遣端时闻，82转82即完赢成对担输入俭数据俭的锁缴存任际务；OE：输出可允许永信号肚，该茶端接唯低电廊平时仓，82乳82就将相锁存号的内肠容传衫送到墙输出咸引脚核上。82序82锁存君器与80梳86的连献接A0-A7、B0-粪B7：两个8位双颗向输汗入/输出虚数据列线；VCC、GN系D：电源臭与地白线；T：数据度传送乡丰方向贴控制娃线控之制82娱86中的睬数据开传送偏方向岔；OE：输出糊允许热信号搅，控礼制82到86何时听传送挽数据雕。双向8位三肠态缓昂冲器82男86T=顾1,发送;T肢=0炭,接收80愧86在最拍小模致式下啄的典踩型配肆置1、MN堂/M虽X接地；2、一片82貌84，作捐系统痒时钟3、三啊片82拴82或74涛LS顾37撕3，作锁箭存器4、二片82订86兼/8浪28桥7，作智数据扒收发笼器5、一霉片82润88，作云总线贫控制寨器6、一镇片82句5980永86来CP督U的最党大模匙式的典启型配相置80上86蛙CP买U的最吓大模般式MN累/M塔X（33引脚）引线第接地泊时，萝处于吗最大咽模式畅。QS生1、QS誓2（25、24引脚）：队列惜状态激信号赢。0友0无操作0峡1取走凑指令禽队列荒第一挂个字汉节1滋0队列舅空1罩1取走裁指令艇队列躁后续吩字节劣代码特点：需抢要总钳线控众制器珍来变歪换和茎组合汽控制幼信号宜。S2、S1、S0：输出赌（28、27、26引脚）0假0哨0中断完响应0防0百1读I/席O口0歪1羊0写I/狐O口0趟1鸦1暂存1妥0元0取指记令1霜0品1读存姓储器1星1福0写存肥储器1俯1摆1无源休状态RQ烤/G炮T1、RQ盗/女GT0（30、31引脚脚）双向,请求/允许势信号可供CP臂U以外架的两柄个处众理器弟发总明线请布求/允许厌信号宋。RQ书/G冠T0优先袍级比RQ营/G拦T1更高题。LO踢CK（29引脚腹）输出琴，三委态总线技锁定诵信号涂，由欣指令峰的前梯缀产壤生。最大形模式缘瑞为多伐处理宵器系说统，墓共用黎一条叶外部悟总线谣，需估要增蜓加总破线控粱制器女，来作完成穷多处转理器包的分解时控替制。第二池章80修86微处陪理比器及雹其系栋统结秒构80害86的功技能结高构80亡86的寄型存器仍组80黄86微处惰理器潜引脚饥信号80巷86微处非理器权典型筝时序夹分析80况86丙CP笋U的时睡序基本咐概念指令世周期庆（In混st悼ru柔ct删io情n闭Cy帆cl元e）：执行述一条泛指令格的时研间。总线昆周期旅（Bu住s忘Cy挺cl累e)）：CP虽U从存淹储器服或I/旺O端口痛读写到一个段字节咐（字甘）的拥时间榜。时钟麻周期挡（Cl笨oc啄k表Cy眯cl仰e）：基本匀定时途脉冲太的两趟个沿皱之间绪的时榴间间距隔，姐是CP异U的最苍小时短间单阳位。T状态伴（Ts粪ta剃te）：一个治基本细时钟示周期竹又称T状态烂。基本渔总线点周期：4个T状态总线壤操作愁是指CP严U通过门总线墨对外状的各笔种操宿作80贿88的总挤线操蛮作主高要有低：存储棕器读彻、存腿储器住写I/算O读操厕作、I/蜂O写操伙作中断锅响应坐操作总线塞请求抄及响邪应操选作CP哄U正在咬进行陈内部衫操作狂、并扣不进匹行实蛾际对垮外操纸作的从空闲裙状态Ti复位存贮关