第2章8086体系结构资料课件

1、计算机的五个基本部件：输入器，_、运算器，_和_。答案：4、输出器，存储器，控制器复习：2024/7/81第二章 8086微处理器第2章 8086体系结构 8086CPU结构 8086CPU的引脚及其功能 8086存储器组织 8086CPU内部时序 2024/7/82第二章 8086微处理器2.1 8086CPU结构 8086CPU的内部结构 8086CPU的寄存器结构2024/7/83第二章 8086微处理器一、一、8086CPU的内部结构的内部结构8086的内部结构（两部分两部分）l总线接口部件BIU:总线接口单元BIU，负责控制存储器和I/O读写。l执行部件EU:执行单元EU从指令队列中取出指令并执行。特点：l取指令和执行指令分开进行，提高了速度。2024/7/84第二章 8086微处理器内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件（EU)总线接口部件总线接口部件（BIU)16位位20位位16位位8位位通用寄存器通用寄存器四个地址寄存器四个地址寄存器 SP：堆栈指针堆栈指针 BP：基址指针：基址指针：SI:源变址寄存器源变址寄存器 DI:目的源变址寄存器目的源变址寄存器 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU：主要是加法器。大部分指令主要是加法器。大部分指令的执行由加法器完成。的执行由加法器完成。标志寄存器：标志寄存器：16位字利用了9位。AXBXCXDX2024/7/85第二章 8086微处理器内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件（EU)总线接口部件总线接口部件（BIU)16位位20位位16位位8位位20位地址加法器位地址加法器四个段寄存器：四个段寄存器：CS、DS、SS、ESCS管理代码段管理代码段;DS管理数据段管理数据段SS管理堆栈段管理堆栈段;ES管理附加段管理附加段.16位的指令指针寄存器位的指令指针寄存器IP：IP中的内容是下一条指令中的内容是下一条指令对现行代码段基地址的偏移对现行代码段基地址的偏移量量6字节的指令队列字节的指令队列指令队列共六字节，总线接指令队列共六字节，总线接口部件口部件BIU从内存取指令，从内存取指令，取来的总是放在指令队列中；取来的总是放在指令队列中；执行部件执行部件EU从指令队列取指从指令队列取指令，并执行。令，并执行。指令执行部件（指令执行部件（EU）主要组成主要组成l算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元(ALU)l标志寄存器标志寄存器FRl通用寄存器通用寄存器l指针和变址寄存器指针和变址寄存器lEU控制电路控制电路主要功能是执行指令主要功能是执行指令.2024/7/87第二章 8086微处理器 总线接口部件总线接口部件(BIU)主要组成主要组成l地址加法器地址加法器l专用寄存器组专用寄存器组l指令队列指令队列l总线控制电路总线控制电路主要功能是形成访问存储器的物理地址、主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令队列中等访问存储器并取指令暂存到指令队列中等待执行，访问存储器或待执行，访问存储器或IO端口读取操作端口读取操作数参加数参加EU运算或存放运算结果等。运算或存放运算结果等。2024/7/88第二章 8086微处理器补充知识指令指令指令是指示计算机执行某种操作的命令，它由指令是指示计算机执行某种操作的命令，它由一串二进制数码组成。一串二进制数码组成。操作码操作码 操作数操作数 操作数操作数指令：指令：2024/7/89第二章 8086微处理器EU和和BIU的操作原则的操作原则lBIU中中的的指指令令队队列列有有2个个或或2个个以以上上字字节节为为空空时时，BIU自自动动启启动动总总线线周周期期，取取指指填填充充指指令令队队列列。直直至队列满，进入空闲状态。至队列满，进入空闲状态。lEU每每执执行行完完一一条条指指令令，从从指指令令队队列列队队首首取取指指。系系统统初初始始化化后后，指指令令队队列列为为空空，EU等等待待BIU从从内内存取指，填充指令队列。存取指，填充指令队列。lEU取取得得指指令令，译译码码并并执执行行指指令令。若若指指令令需需要要取取操操作作数数或或存存操操作作结结果果，需需访访问问存存储储器器或或I/O，EU向向BIU发出访问总线请求。发出访问总线请求。2024/7/810第二章 8086微处理器l当当BIU接接到到EU的的总总线线请请求求，若若正正忙忙（正正在在执执行行取取指指总总线线周周期期），则则必必须须等等待待BIU执执行行完完当当前前的的总总线线周周期期，方方能能响响应应EU请请求求；若若BIU空空闲闲，则则立立即执行即执行EU申请总线的请求。申请总线的请求。lEU执执行行转转移移、调调用用和和返返回回指指令令时时，若若下下一一条条指指令令不不在在指指令令队队列列中中，则则队队列列被被自自动动清清除除，BIU根根据本条指令执行情况重新取指和填充指令队列。据本条指令执行情况重新取指和填充指令队列。2024/7/811第二章 8086微处理器内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件（EU)总线接口部件总线接口部件（BIU)16位位20位位16位位8位位AXBXCXDXu 通用寄存器通用寄存器u 指针和变址寄存器指针和变址寄存器u 段寄存器段寄存器 u 标志寄存器标志寄存器FRu 指令指针寄存器指令指针寄存器IP 二、二、8086CPU的寄存器结构的寄存器结构2024/7/813第二章 8086微处理器 1、通用寄存器、通用寄存器指令执行部件（EU）设有4个通用寄存器，但是每个寄存器均由高8位寄存器和低8位寄存器组成 AX (AH AL)BX (BH BL)CX (CH CL)DX (DH DL)2024/7/814第二章 8086微处理器u通用寄存器通用寄存器AX（Accumulator Register）累加器一般用来存放参加运算的数据和结果，在乘、累加器一般用来存放参加运算的数据和结果，在乘、除法运算、除法运算、I/O操作、操作、BCD数运算中有不可替代的数运算中有不可替代的作用。作用。BX（Base Register）基址寄存器除可作数据寄存器外，还可放内存的逻基址寄存器除可作数据寄存器外，还可放内存的逻辑偏移地址，而辑偏移地址，而AX，CX，DX则不能。则不能。CX（Counter）将它称作计数寄存器，是因为它既可作数据寄存器，将它称作计数寄存器，是因为它既可作数据寄存器，又可在串指令和移位指令中作计数用。又可在串指令和移位指令中作计数用。DX（Data Register）DX除可作通用数据寄存器外，还在乘、除法运算、除可作通用数据寄存器外，还在乘、除法运算、带符号数的扩展指令中有特殊用途。带符号数的扩展指令中有特殊用途。2024/7/815第二章 8086微处理器u指针和变址寄存器指针和变址寄存器SI（Source Index）源变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含源变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在的逻辑段地址在DS寄存器中，也可放数据。寄存器中，也可放数据。DI（Destination Index）目标变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐目标变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在含的逻辑段地址在DS寄存器中也可放数据。寄存器中也可放数据。BP（Base Pointer）基址指针用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑基址指针用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在段地址在SS寄存器中。寄存器中。SP（Stack Pointer）堆栈指针用于存放栈顶的逻辑偏移地址，隐含的逻辑堆栈指针用于存放栈顶的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在段地址在SS寄存器中。寄存器中。2024/7/816第二章 8086微处理器u寄存器的特殊用途和隐含性质寄存器的特殊用途和隐含性质(P26)在指令中没有明显的标出，而这些寄存器参加在指令中没有明显的标出，而这些寄存器参加操作，称之为操作，称之为“隐含寻址隐含寻址”具体的：具体的：在某类指令中，某些通用寄存器有指在某类指令中，某些通用寄存器有指定的特殊用法，编程时需遵循这些规定，将某定的特殊用法，编程时需遵循这些规定，将某些特殊数据放在特定的寄存器中，这样才能正些特殊数据放在特定的寄存器中，这样才能正确的执行这些指令。采用确的执行这些指令。采用“隐含隐含”的方式，能的方式，能有效地缩短指令代码的长度。有效地缩短指令代码的长度。2024/7/817第二章 8086微处理器2024/7/818第二章 8086微处理器u段寄存器段寄存器 总线接口部件总线接口部件BIU设有设有4个个16位段寄存器位段寄存器 CS（Code Segment）代码段寄存器中存放程序代码段起始地址的高代码段寄存器中存放程序代码段起始地址的高16位。位。DS（Data Segment）数据段寄存器中存放数据段起始地址的高数据段寄存器中存放数据段起始地址的高16位。位。SS（Stack Segment）堆栈段寄存器中存放堆栈段起始地址的高堆栈段寄存器中存放堆栈段起始地址的高16位。位。ES（Extended Segment）附加段寄存器中存放扩展数据段起始地址的高附加段寄存器中存放扩展数据段起始地址的高16位。位。2024/7/819第二章 8086微处理器u标志寄存器标志寄存器FR 共有9个标志位，可分成两类：状态标志状态标志 表示运算结果的特征CF、PF、AF、ZF、SF、OF控制标志控制标志 控制CPU的操作IF、DF、TF2024/7/820第二章 8086微处理器uFR中标志位介绍中标志位介绍CF(Carry Flag)：进位标志位进位标志位CFl，表示本次运算中最高位有进位或有借位。表示本次运算中最高位有进位或有借位。PF(Parity Flag)：奇偶校验标志位奇偶校验标志位PF1，表示本次运算结果低表示本次运算结果低8位有偶数个位有偶数个“l”，PF0，表示运算结果表示运算结果低低8位有位有奇数个奇数个“1”。AF(Auxiliary Carry Flag)：辅助进位标志位辅助进位标志位AFl，表示运算结果的，表示运算结果的8位数据中，低位数据中，低4位向高位向高4位有进位或有借位，在位有进位或有借位，在BCD码运算中有用。码运算中有用。ZF(Zero Flag)：零标志位零标志位ZF1，表示本次运算结果为零，否则即运算结，表示本次运算结果为零，否则即运算结果非零时，果非零时，ZF0。2024/7/821第二章 8086微处理器SF(Sign Flag)：符号标志符号标志 SF1，表示本次运算结果的最高位(第7位或第15位)为“l”，否则SF0。SF反映了本次运算结果是正还是负OF(Overflow F1ag)：溢出标志溢出标志 计算机进行加法运算时，判断出低位向最高有效位产生进位，而最高有效位向前无进位，便置OF=1;或者，当判断出低位向最高位无进位，而最高位向前却有进位；或者，当最高位不需要借位，而低位从最高位有借位时，OF=12024/7/822第二章 8086微处理器例:两个带符号数运算0101 0011 1001 01001000 1000 1000 000110011101 1100 0001 0101+CF=0、PF=1、AF=0、ZF=0、SF=1、OF=00100 1000 1000 00011001 1100 0001 01012024/7/823第二章 8086微处理器uFR寄存器的控制标志寄存器的控制标志 IF(Interrupt Flag)：中断标志位中断标志位 IF1，表示允许表示允许CPU响应可屏蔽中断。响应可屏蔽中断。IF标志标志可通过可通过STI指令置位，也可通过指令置位，也可通过CLI指令复位。指令复位。DF(Direction Flag)：方向标志位方向标志位在串操作指令中，若在串操作指令中，若DF0，表示串操作指令地表示串操作指令地址指针自动增量；址指针自动增量；DF1，表示地址指针自动减表示地址指针自动减量。量。DF标志位可通过标志位可通过STD指令置位，也可通过指令置位，也可通过CLD指令复位。指令复位。TF(Trap Flag)：单步标志位单步标志位2024/7/824第二章 8086微处理器u指令指针寄存器指令指针寄存器 IP IP 用来存放下一条待执行的指令的偏移地用来存放下一条待执行的指令的偏移地址。址。IP中内容可由中内容可由BIU自动修改，即可自动加自动修改，即可自动加1.2024/7/825第二章 8086微处理器复习：复习：8086的编程结构图的编程结构图内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件（EU)总线接口部件总线接口部件（BIU)16位位20位位16位位8位位功能是负责与存储器、I/O端口传送数据总线接口部件由下列各部分组成：（1）4个段地址寄存器；CS16位的代码段寄存器；DS16位的数据段寄存器；ES16位的扩展段寄存器；SS16位的堆栈段寄存器；（2）16位的指令指针寄存器IP；（3）20位的地址加法器；（4）6字节的指令队列缓冲器。（5）控制电路。2024/7/827第二章 8086微处理器功能是负责从指令队列取指令并执行。从编程结构图可见，执行部件由下列几个部分组成：（1）通用寄存器组（2）指令变址寄存器）；（3）标志寄存器FR；（4）算术逻辑单元ALU。（5）控制电路。执行部件EU 2024/7/828第二章 8086微处理器1、通用寄存器：、通用寄存器：AX 累加器累加器BX 基址寄存器基址寄存器CX 计数寄存器计数寄存器DX 数据寄存器数据寄存器2、指令和变址寄存器：、指令和变址寄存器：SP 堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器BP 基址指针寄存器基址指针寄存器SI 源变址寄存器源变址寄存器DI 目的变址寄存器目的变址寄存器3、段寄存器：、段寄存器：CS,DS,ES,SS4、指令指针和标志位寄存器：、指令指针和标志位寄存器：IP 指令指针寄存器指令指针寄存器FR 标志位寄存器标志位寄存器总结：2024/7/829第二章 8086微处理器8086CPU的引脚信号的引脚信号 最小工作模式最小工作模式最大工作模式最大工作模式 2.2 8086CPU引脚及其功能2024/7/830第二章 8086微处理器重点思考：重点思考：1.掌握掌握8086CPU几个重要的的引脚信号几个重要的的引脚信号 2.什么情况下工作在最小模式或最大模式什么情况下工作在最小模式或最大模式 3.最小工作模式和最大工作模式的特点最小工作模式和最大工作模式的特点2024/7/831第二章 8086微处理器1、8086CPU的引脚信号8086CPU采用双列直插式的封装形式，具有40条引脚，见图。它采用分时复用的地址/数据总线，所以有一部分引脚具有双重功能，即在不同时钟周期内，引脚的作用不同。2024/7/832第二章 8086微处理器8086CPU的引脚n四类引脚n地址总线:20位地址线n数据总线:16位数据线n控制总线:读/写/.n其他:电源/时钟/.2024/7/833第一章：基础知识8086CPU的引脚数据/地址n数据/地址引脚nAD15AD0n数据/地址复用,地址需锁存(T1,ALE)n20位内存地址的低16位n16位I/O地址nA19A16/S6S3n地址/状态n20位内存地址的高4位/运行状态2024/7/834第一章：基础知识8086CPU的引脚控制总线nBHE/S7n高8位数据允许/状态nMN/MXn最小/最大模式nRDn读选通nWRn写选通nALEn地址锁存允许nDENn数据允许nDT/Rn数据发送/接收nREADYn准备就绪2024/7/835第一章：基础知识8088与8086的差异8088n外部8位数据总线n4字节指令队列nIO/Mn准十六位CPU8086n外部16位数据总线n6字节指令队列nM/IOn十六位CPU2024/7/836第一章：基础知识为了尽可能适应各种各样的使用场合，在设计为了尽可能适应各种各样的使用场合，在设计8086 CPU芯片时，芯片时，使它们可以在两种模式下使它们可以在两种模式下工作，即最小模式和最大模式。工作，即最小模式和最大模式。所谓所谓最小模式最小模式，就是在系统中只有，就是在系统中只有8086一个一个CPU，而所有的总线控制信号都由而所有的总线控制信号都由8086直接直接产生，因此系统中的总线控制电路被减到最少。产生，因此系统中的总线控制电路被减到最少。而而最大模式最大模式是相对最小模式而言的，是相对最小模式而言的，此时系统此时系统中有两个或多个微处理器，中有两个或多个微处理器，其中有一个是主处其中有一个是主处理器理器8086，其它的处理器称为协处理器，它，其它的处理器称为协处理器，它们协助主处理器工作。们协助主处理器工作。2024/7/837第二章 8086微处理器2最小工作模式 在在8086的最小模式的最小模式中，硬件连接有如下中，硬件连接有如下特点特点：（1）引引脚脚接接+5V，决决定定了了8086工工作作在在最最小小模式。模式。（2）有一片有一片8284A，作为时钟发生器。作为时钟发生器。（3）有有三三片片8282或或74LS373，用用来来作作为为地地址址锁锁存存器。器。（4）当当系系统统中中所所连连接接的的存存储储器器和和外外设设比比较较多多时时，需需要要增增加加系系统统数数据据总总线线的的驱驱动动能能力力，这这时时，可可选选用两片用两片8286或或74LS245作为总线收发器。作为总线收发器。2024/7/838第二章 8086微处理器 8086CPU最小模式下的典型配置2024/7/839第二章 8086微处理器 最大工作模式 由图可知，最大由图可知，最大模式配置和最小模式配置和最小模式配置有一个模式配置有一个主要的差别：主要的差别：最最大模式下多了大模式下多了8288总线控制器。总线控制器。8086CPU最大工作模式下最大工作模式下的典型配置的典型配置2024/7/840第二章 8086微处理器2024/7/841第二章 8086微处理器2.3 8086存储器组织存储器组织（1）8086存储器的分体结构存储器的分体结构 8086系统中，存储器是分体结构，1M字节的存储空间分成两个512K字节的存储体。一个是偶数地址存储体，一个是奇数地址存储体，两个存储体采用字节交叉编址方式 2024/7/842第二章 8086微处理器D0D7D8D1500000H00002H00004HFFFFEH00001H00003H00005HFFFFFH234523452024/7/843第二章 8086微处理器（2）涉及的概念）涉及的概念物理地址物理地址逻辑地址逻辑地址段地址段地址偏移地址偏移地址有效地址（有效地址（EA）2024/7/844第二章 8086微处理器当访问当访问I/O时：时：16根地址线有效根地址线有效,寻址范围寻址范围0000 0000 0000 0000到到1111 1111 1111 1111因此有因此有216寻址空间，即寻址空间，即64KBI/O端口空间端口空间当访问内存时：当访问内存时：20根地址线有效根地址线有效,寻址范围寻址范围0000 0000 0000 0000 0000到到1111 1111 1111 1111 1111因此有因此有220寻址空间，即寻址空间，即1MB的内存空间的内存空间2024/7/845第二章 8086微处理器物理地址物理地址共1M20位的内存地址就称为物理地址，BIU在寻址内存的时候使用的就是该地址。寄存器，数据总线都为16位，如何形成20位物理地址？.每个段最大不超过64K(即216B)内存空间?2024/7/846第二章 8086微处理器段地址和偏移地址段地址和偏移地址段地址和偏移地址段地址：段地址：16位，位，描述了要寻址的描述了要寻址的逻辑段在内存中的起始位置逻辑段在内存中的起始位置偏移地址：偏移地址：16位，描述了要寻址位，描述了要寻址的内存单元距本段段首的偏移量的内存单元距本段段首的偏移量（为什么为什么16位就够？位就够？）1000H:1F20H有效地址：同偏移地址，在程序设计有效地址：同偏移地址，在程序设计中的说法。中的说法。逻辑地址：逻辑地址：段地址:偏移地址2024/7/847第二章 8086微处理器段寄存器和对应存放偏移量的寄存器段寄存器和对应存放偏移量的寄存器段寄存器段寄存器存放偏移量的寄存器存放偏移量的寄存器CSIPDSBX/SI/DISSBP/SPESDI2024/7/848第二章 8086微处理器（3）物理地址的产生：物理地址的产生：16d段地址+偏移地址=物理地址例：DS=1000H，SI=501AH，1 0 0 0 0 +5 0 1 A 1 5 0 1 A 1501AH单元的内容为20H20H12H1501AH2.2 IA32微处理器的功能结构微处理器的功能结构2024/7/849第二章 8086微处理器课堂提问：课堂提问：存储器的逻辑地址由哪几部分组成？存储器的物存储器的逻辑地址由哪几部分组成？存储器的物理地址是怎样形成的？理地址是怎样形成的？一个具有一个具有20位地址线的位地址线的CPU，其最大物理地址为其最大物理地址为多少？多少？在在 8088/8086中，逻辑地址中，逻辑地址FFFF0001,00A237F和和B800173F的物理地址分别是多少的物理地址分别是多少？2024/7/850第二章 8086微处理器2.4 8086CPU内部时序内部时序 时钟周期或状态周期时钟周期或状态周期：8086CPU内部的逻辑操作以及内部的逻辑操作以及与外部存储器和与外部存储器和I/O交换数据进行的总线操作全部由交换数据进行的总线操作全部由CPU的时钟来定时的。的时钟来定时的。CPU的基本定时单位称为时钟的基本定时单位称为时钟周期或者状态周期。假设周期或者状态周期。假设8086的主频为的主频为10MHz，一个一个时钟周期为时钟周期为100ns。总线周期总线周期：CPU为了读取指令或传送数据，需要通过为了读取指令或传送数据，需要通过总线接口部件总线接口部件BIU与存储器或与存储器或I/O接口进行信息交互，接口进行信息交互，执行对总线的操作。进行一次数据传送的总线操作定执行对总线的操作。进行一次数据传送的总线操作定义为一个总线周期。义为一个总线周期。指令周期指令周期：完成一条指令所需要的时间，是由一个或：完成一条指令所需要的时间，是由一个或多个总线周期组成。多个总线周期组成。2024/7/858第二章 8086微处理器1、执行一条指令所需要的时间称为：_，而CPU 对存储器或I/O端口进行一次读写操作的时间称为：_。2、Intel 8086是几位CPU？3、当8086 CPU的 引脚接（）电源时，8086 CPU工作于最小方式。例：答案：1、指令周期，总线周期2、16位3、+5V2024/7/868第二章 8086微处理器习题：1、判断题(1)在执行指令期间，EU能直接访问存储器。(2)8086是一个16位微处理器。2、问答题(1)8086/8088 CPU中有几个段寄存器？其功能是什么？(2)8086/8088CPU中的指令队列的长度分别为几个字节。(3)8086CPU工作在最大模式还是最小模式取决于哪一个信号？2024/7/869第二章 8086微处理器作业P56 t10、t112024/7/870第二章 8086微处理器