第二章8086系统.

第二章8086/8088系统结构通过本章的学习，应该掌握以下内容：8086/8088微处理器的结构及指令执行的操作过程8086/8088微处理器的寄存器组织、存储器组织、I/O组织、堆栈8086/8088在最小模式下引脚功能8086/8088微处理器在最小模式下的典型配置8086的操作时序第二章8086/8088系统结构8086：Intel系列的16位微处理器，16条数据线、20条地址线，可寻址地址范围220=1MB，8086工作时，只要一个5V电源和一个时钟，时钟频率为5MHz。8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，只是外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。它具有包括乘法和除法的16位运算指令，所以能处理16位数据，还能处理8位数据。8088有20根地址线，所以可寻址的地址空间达1M字节。第二章8086/8088系统结构主要内容8086CPU的内部结构8086的存储器组织和I/O组织8086CPU的引脚及功能8086在最小模式下的典型配置8086的操作及总线时序8088CPU习题第二章8086/8088系统结构AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI通用寄存器暂存寄存器ALU标志执行部分控制电路123456CSDSSSESIP内部寄存器总线控制逻辑地址加法器队列总线20位16位8位指令队列寄存器外总线执行部件EU总线接口部件BIU内部16位ALU数据总线段寄存器第二章8086/8088系统结构8086CPU的编程结构编程结构：指从程序员和使用者角度看到的结构，与CPU内部的物理结构和实际布局是有区别的。总线接口单元BIU（businterfaceunit）指令执行单元EU（）8086/8088CPU执行程序的操作过程寄存器结构通用寄存器/数据寄存器AX、BX、CX、DX指针和变址寄存器段寄存器控制寄存器R第二章8086/8088系统结构总线接口部件BIU1、功能：完成与存储器或I/O设备之间的数据传输。从程序存储器取指令送到指令队列。CPU执行指令时，到指定的位置取操作数，并将其送至要求的位置单元中。2、总线接口部件的组成：四个段地址寄存器CS：16位代码段寄存器；DS：16位数据段寄存器；ES：16位附加段寄存器；SS：16位堆栈段寄存器。第二章8086/8088系统结构16位指令指针寄存器IP（PC）。20位的地址加法器。六字节的指令队列寄存器。说明：指令队列寄存器：在执行指令的同时，将取下一条指令，并放入指令队列寄存器中。CPU执行完一条指令后，可以指令下一条指令（流水线技术）。提高CPU效率。地址加法器：产生20位地址。CPU内无论是段地址寄存器还是偏移量都是16位的，通过地址加法器产生20位地址。R第二章8086/8088系统结构执行部件EU1、作用：从指令队列中取出指令。对指令进行译码，发出相应的控制信号。进行算术和逻辑运算。当指令要求访问存储器或I/O接口时，向BIU发出请求，由BIU完成相应的操作。2、执行部件的组成：四个通用寄存器AX、BX、CX、DX：四个通用寄存器都是16位或作两个8位来使用。第二章8086/8088系统结构专用寄存器SP------堆栈指针寄存器；BP------基址指针寄存器DI-------目的变址寄存器；SI-------源变址寄存器算术逻辑单元ALU：完成8位或者16位二进制算术和逻辑运算，计算偏移量。暂存寄存器：协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据。执行部件EU的控制电路：从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码电路分析，发出相应的控制命令，控制ALU数据流向。R第二章8086/8088系统结构8086/8088CPU执行程序的操作过程20位地址的形成，并将此地址送至程序存储器指定单元，从该单元取出指令字节，依次放入指令队列中。每当8086的指令队列中有2个空字节，8088指令队列中有1个空字节时，总线接口部件就会自动取指令至队列中。执行部件从总线接口的指令队列首取出指令代码，执行该指令。当队列已满，执行部件又不使用总线时，总线接口部件进入空闲状态。执行转移指令、调用指令、返回指令时，先清空队列内容，再将要执行的指令放入队列中。R第二章8086/8088系统结构通用寄存器组16位寄存器AX、BX、CX、DX：暂存算术或逻辑运算的操作数和中间结果、地址。8位寄存器低字节AL、BL、CL、DL、高字节AH、BH、CH、DH：存储8位数据。特殊用法：累加器、基址寄存器、计数寄存器、数据寄存器R第二章8086/8088系统结构指针和变址寄存器组堆栈指针寄存器SP在堆栈操作中存放存储单元（栈顶）的偏移地址。基址指针寄存器BP常用来存放访问内存时的偏移地址，与SS配合使用。源变址寄存器SI、目的变址寄存器DI在字符串操作中用于存放源操作数和目的操作数的偏移地址。说明：存放数据，地址。常用于存放存储单元的偏移地址。R第二章8086/8088系统结构段寄存器组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存放存储单元的段基址。R第二章8086/8088系统结构控制寄存器指令指针寄存器IP总是指向下一条要执行指令在现行代码段中的偏移地址，用来控制指令序列的执行流程。每取一条指令，BIU自动修改，即IP自动增量。8086程序不能直接访问IP，用户也不可随意改变其值，只有通过转移类指令、调用及返回类指令指针才能修改其值。在用DEBUG程序时还可通过调试命令修改其值。第二章8086/8088系统结构标志寄存器FLAG/PSW/FR16位寄存器，其中有7位未用。状态标志：存放运算结果的特征，影响后面的操作，用作后续条件转移控制指令的转移控制条件。控制标志：用来设置控制条件，对以后的操作产生控制作用。第二章8086/8088系统结构第二章8086/8088系统结构010100111001010010001000100000011101110000010101CF=0PF=0ZF=0SF=1OF=0AF=0DC15H-23EBH例：已知AX=5394H，BX=-777FH，计算两数相加的结果，并判断6个状态标志。R第二章8086/8088系统结构8086存储器组织和I/O组织8086存储器组织存储器的分段物理地址和逻辑地址存储器的分体结构存储内容与存储单元的表示方式对准字、非对准字I/O组织堆栈R第二章8086/8088系统结构存储器的分段存储器的分段逻辑段之间的关系存储器分段的好处R第二章8086/8088系统结构存储器的分段为什么进行存储器分段8086有20根地址线，可访问1MB的存储器地址空间，但内部寄存器都是16位的，无法用寄存器直接对1MB的内存空间进行寻址。如何分段8086把1MB的存储空间分成许多逻辑段，每个逻辑段的长度≤64KB，段内地址连续，段与段之间相互独立。每个逻辑段的起始位置必须能被16整除，即起始地址为XXXX0H。通常把该起始地址的高16位称为该逻辑段的段基址。R第二章8086/8088系统结构逻辑段之间的关系逻辑段和逻辑段之间可以是连续的、分开的、或重叠的。按信息特征分，存储空间可分为程序段、数据段、堆栈段等。CPU当前可以寻址的四个段的基址分别存放在CS、DS、ES和SS中，也即可以从这四个段寄存器规定的逻辑段中存取指令代码和数据。一旦这四个段寄存器的内容被设定，就规定了CPU当前可寻址的段。逻辑段1逻辑段2逻辑段3逻辑段4逻辑段5第二章8086/8088系统结构存储器段寄存器和偏移地址寄存器组合关系R第二章8086/8088系统结构存储器分段的好处使指令系统中的大部分指令仅涉及16位偏移地址，减少了指令长度，提高了程序的执行速度。为程序在内存中的浮动分配创造了条件。由于程序可以浮动地装配在内存任何一个区域。这使得多道程序和多任务程序能充分使用现有的存储器容量。R第二章8086/8088系统结构物理地址和逻辑地址物理地址、逻辑地址物理地址和逻辑地址的关系物理地址的形成逻辑地址的来源R第二章8086/8088系统结构物理地址、逻辑地址物理地址：CPU与存储器之间进行信息交换都需要的地址，是数据或代码在存储器中的实际地址。每个存储单元都有一个物理地址，物理地址是唯一的。绝对地址，存储单元的实际地址。存储器以字节为单位组织，每个存储单元都有一个20位地址，范围为00000H～FFFFFH。逻辑地址：分段概念引入，某存储单元位于某逻辑段内。在程序编写时采用，不唯一。由两部分组成：段基址和偏移地址，其表示方式为：段基址：偏移地址第二章8086/8088系统结构段基址：逻辑段起始地址的高16位。偏移地址：逻辑段内某存储单元相对于段起始地址的偏移量。8086系统中的每个存储单元在1M内存空间中的位置可以用2个形式的地址来表示：物理地址：存储器的绝对地址（实际地址），00000H～FFFFFH，CPU与存储器进行数据交换。逻辑地址：段基址XXXXH：段内偏移地址YYYYH，是在程序编写时采用。R第二章8086/8088系统结构物理地址和逻辑地址之间的关系物理地址=段基址*16+偏移地址例1：某单元逻辑地址为6000：0100H，其物理地址为60100H。例2：某单元逻辑地址为6010：0000H，其物理地址为60100H。说明：物理地址唯一物理地址计算方法是确定的，唯一的，但是同一个物理地址可以由不同的逻辑地址得到。存储单元的逻辑地址是不确定的（不唯一）。R第二章8086/8088系统结构8086/8088CPU中有一个地址加法器，它将段寄存器提供的段地址自动乘以10H即左移4位，然后与16位的偏移地址相加，并锁存在物理地址锁存器中。段基址：CS、DS、ES、SS。偏移地址：IP、DI、SI、BP、SP等。存储器物理地址的计算方法物理地址的形成当CPU访问存储器时，将根据程序中给出的逻辑地址在BIU的地址物理地址加法器中形成存储器的20位物理地址。R第二章8086/8088系统结构逻辑地址的来源由于访问存储器的操作类型不同，BIU所使用的逻辑地址来源也不同。R第二章8086/8088系统结构8086存储器的分体结构存储体第二章8086/8088系统结构存储体与总线的连接第二章8086/8088系统结构存储体小结A0=0，BHE=0时，奇偶地址存储体分别与低8、高8位数据总线相连，访问奇偶存储体，读写一个字。A0=1，BHE=0时，奇地址存储体分别与高8位数据总线相连，访问奇存储体，从奇地址读写一个字节。c.A0=0，BHE=1时，偶地址存储体分别与低8位数据总线相连，访问偶存储体，从偶地址读写一个字节。d.A0=1，BHE=1时，无效R第二章8086/8088系统结构存储单元、存储内容的表示形式表示形式（01000H）=34H8086/8088中的1MB的存储空间是按字节编址的，但在实际操作中操作数却可能是字节型、字型、双字型。字节型数据可以置于偶地址、可以置于奇地址。（01000H）=34H字型数据在存储器中按相邻的2个字节存放，存入时以数据低字节在低地址，高字节在高地址的次序存放。且字单元的地址以低位地址表示。（00100H）=1234H第二章8086/8088系统结构一个字可以从偶地址开始存放，也可以从奇地址存放。双字在存储器中按相邻4个字节连续存放，存入时数据低位在低地址存放，高位在高地址存放，双字单元的地址以低位地址表示。（001000H）=56781234HR第二章8086/8088系统结构对准字、非对准字8086的读写规则：8086CPU访问存储器是以字为单位，并且总是从偶地址开始。在字节操作时，16位中仅有8位是有用的，其余8位被忽略。一个总线周期对从偶地址单元开始存放的字，16位全有用。一个总线周期对从奇地址单元开始存放的字操作时，就必须对2个连续的偶地址单元用2个存储器访问周期完成，丢掉不需要的一半，然后再做字节变换才能得到所需要的信息