CHAP2-8086CPU

– 3．段寄存器
• 8086CPU中有4个段寄存器，用于存放当前程序所 用的各段的起始地址，也称为段的基地址。它们分 别为：
– – – – （1）代码段寄存器CS（Code Segment） （2）数据段寄存器DS（Data Segment）。 （3）堆栈段寄存器SS（Stack Segment）。 （4）附加段寄存器ES（Extended Segment）。
表2-1 8086中通用寄存器的一般用法和隐含用法
寄存器 AX 一般用法 16位累加器 （Accumulator) 隐含用法 字乘时提供一个操作数并存放积的低字;字除时提供 被除数的低字并存放商 字节乘时提供一个操作数并存放积的低字节；字节 除时提供 被除数的低字节并存放商；BCD码运算指令和XLAT 指令中作累加器；字节I/O操作中存放8位输入/ 输出数据 字节乘时提供一个操作数并存放积的高字节；字节 除时提供 被除数的高字节并存放余数；LAHF指令中充当目的 操作数 XLAT指令中提供被查表格中源操作数的间接地址 串操作时用作串长计数器；循环操作中用作循环次 数计数器 移位或循环移位时用作移位次数计数器 在间接寻址的I/O指令中提供端口地址；字乘时存放 积的高 字，字除时提供被除数高字并存放余数
ALU
1 2 3 4 5 6
队列总线 指令队列缓冲器
标志寄存器FR 执行部件（EU） 总线接口部件（BIU）
图2-1 8086CPU的内部功能结构框图
– 1．执行部件EU
• （1）EU的功能 – ① 从BIU的指令队列缓冲器中取出指令，由EU控制器 的指令译码器译码产生相应的操作控制信号给各部件 – ② 对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运算结果 的状态特征保存到状态寄存器FR中 – ③ EU不直接与CPU外部系统相连，当需要与主存储 器或I/O设备交换数据时，EU向BIU发出命令，并提 供给BIU16位有效地址及所需传送的数据 • （2）EU的组成。 – EU由算术逻辑单元ALU，通用数据寄存器组，地址 指针和变址寄存器，标志寄存器，数据暂存寄存器和 EU控制器组成
个段覆盖。 注意ymin和ymax的最低位必须与z的最低位相同， 这样才能计算得到整数x。
例2：
z=01235H= 则xmax=0123H。 且 z=01235H=10H*xmin+ymax=10H*xmin+FFF5H，
隐含用法 压栈、出栈操作中指示栈顶
BP
SI
串操作时用作源变址寄存器， 指示数据段（段默认）或其他 段（段超越）中源操作数的偏 移地址
DI
目的变址（Destination Index）寄 串操作时用作目的变址寄存器， 存器。它支持间接寻址、变址寻址、 指示附加段（段默认）中目的 基址加变址寻址等多种寻址 操作数的偏移地址
对于x值较大的高段，整个段64K字节的底部除了覆盖
1M内存的顶部以外，64K字节的顶部也覆盖了1M内存 的底部。 由y取值范围为0000—FFFFH决定了每个段的高度都相 同，均为264即64K字节。由x的取值范围为0000— FFFFH决定了总共有264即64K个段。
1M内存空间里任一字节单元的物理地址是
0000H
0001H
……
FFFEH
FFFFH
FFFE0H
FFFFH
FFFF0H FFFF1H
0002H
…… FFFEH FFFFH
…… 00002H FFFEH FFFFH
00012H
0FFFEH 0FFFFH 1000EH 1000FH 0FFDEH 0FFDFH
FFFE2H
0FFEEH 0FFEFH
8086 CPU利用段基址x和偏移地址y进行运
算得到物理地址这种方式的优点是：
– 可将代码、数据、堆栈、附加数据等置于不同 的段，避免重叠；需要时当然也可重叠使用。 – 只需改变段基址，即可将整个段上移或者下移 ，但不改变段内数据的相互位置关系。编程时 使用逻辑地址描述，给程序设计带来很大的灵 活性。
小结
8086 CPU能够访问的内存空间大小是1M字节，每个字
节单元对应的地址为00000—FFFFFH，需要的地址线 为20条，即20位地址。 8086 CPU里的所有寄存器全为16位。如果只用一个16 位的寄存器作为地址，不能一一对应1MB空间的每一 个字节单元；若使用两个各16位寄存器并列使用，能 够提供32位地址，又多于20位。 实际上8086使用两个各16位寄存器，一个作为段基址x 、一个作为偏移地址y，利用以下公式计算得到物理地 址z： z=x*16+y=x*10H+y
可推算出xmin=F124H
共有xmax- xmin+1=0123H-F124H+1=1000H=4096个
段覆盖。
8086 CPU利用段基址x和偏移地址y进行运算
得到物理地址这种方式的优点是：
– 可将代码、数据、堆栈、附加数据等置于不同的 段，避免重叠；需要时当然也可重叠使用。 – 只需改变段基址，即可将整个段上移或者下移， 但不改变段内数据的相互位置关系。编程时使用 逻辑地址描述，给程序设计带来很大的灵活性。
AB(20位)
数 据 寄 存 器 指针 和变 址寄 存器
AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI
AX BX CX DX
地址加法器
DB(16位)
ALU数据总线 （16位）
CS DS SS ES IP 内部暂存器
总线 控制 逻辑
8086 总线
暂存寄存器 EU 控制器
（8位）
AL
AX的低8位
AH
AX的高8位 基址(Base)寄存器,支 持多种寻址,常用 作地址寄存器 16位计数器 （Counter） 8位计数器 16位数据（Data） 寄存器
BX CX CL DX
寄存器 SP
一般用法 堆栈指针（Stack Pointer），与SS 配合指示堆栈栈顶的位置 基址指针（Base Pointer），它支 持间接寻址、基址寻址、基址加变 址等多种寻址手段。在子程序调用 时，常用它来取压栈的参数 源变址（Source Index）寄存器。 它支持间接寻址、变址寻址、基址 加变址寻址等多种寻址
表2-2 8086中地址寄存器的一般用法和隐含用法
• （1）8086的堆栈及堆栈操作有以下特点
– ① 双字节操作 – ② 堆栈向低地址方向生成。
• （2）BP、BX都被称为基址指针，但两者用法不同 • （3）由于大多数算术和逻辑运算中又可以使用BP 、SP和变址寄存器，因而也将这4个寄存器归入通 用寄存器组
• （3）EU的特点 – ① 通用数据寄存器AX，BX，CX，DX，既可以作16 位寄存器使用，也可以分成高、低8位分别作两个8位 寄存器使用 – ② ALU的核心是16位二进制加法器 – ③ 16位状态标志寄存器（7位未用）存放操作后的状 态特征和设置的控制标志。 – ④ EU控制器是执行指令的控制电路，实现从队列中 取指令、译码、产生控制信号等。
FFFF2H
0FFFEH 0FFFFH
1000EH 1000FH
0FFDEH 0FFDFH
0FFEEH 0FFEFH
如果段基址x不变，y加一，物理地址z相当于在x段内上
移一个字节。
如果段基址x加一，相当于整个段向上移动16个字节。 段基址x用来表示这个段的高低位置，偏移地址y用以表
示某一字节相对于该段底部的高度。
20位物理地址和16位段基址、 16位段内偏移量之间的关系
地址加法器是用来产生20位存储器物理地
址的。8086可寻址1MB空间，但8086内部 寄存器和数据通道宽度都是16位的，所以 需要根据提供的逻辑地址信息产生20位物 理地址。地址加法器把段寄存器提供的16 位信息——称作段基址，左移4位（相当于 乘以16），加上EU或者IP提供的16位信息 ——称作偏移地址，形成20位的物理地址 ，计算公式为： 物理地址z（20位）=段基址x（16位）× 16+ 偏移地址y（16位）=x*10H+y。
可作为偏移量y使用的只有以下6个寄存器，BX、BP、SI、DI、IP
、SP。
2.1.2 8086的寄存器结构
• 8086CPU内部设有三组信息寄存器和一个标志寄存器 • 三组寄存器是：通用数据寄存器组、地址指针和变址寄 存器、段寄存器组。另有一个16位的指令指针寄存器IP （Instruction Pointer）。
x的物理意义是该段的高低位置，由x的取值范
围为0000-FFFFH，决定了总共有65536即64K 个段。X加/减1则整个段则上/下移16个字节。 y的物理意义是该段内某个字节单元相对于该 段最底部的高度，亦即所谓的偏移量。若x不 变，y加减1，则对应的内存单元在该段内上/ 下移一个字节。y的取值范围也为0000-FFFFH ，由此决定了任何一个段的大小或高度均为 64KB。 高段除了覆盖高地址单元以外，超过1M部分 则折返至低地址单元。1MB空间里的任意一个 内存单元均可被4K即4096个段所覆盖。
– 2．总线接口部件BIU
• （1）BIU的功能 – ① BIU从主存取指令送到指令队列缓冲器。
– ② CPU执行指令时，总线接口单元要配合EU从指定的主 存单元或外设端口中取数据，将数据传送给EU或把EU的 操作结果传送到指定的主存单元或外设端口中 – ③ 计算并形成访问存储器的20位物理地址 • （2）BIU的组成。 – BIU由4个16位段寄存器、16位指令指针寄存器、20位物 理地址加法器、6字节指令队列及总线控制逻辑组成。 • （3）BIU的特点： – ① 指令队列是由6个字节的寄存器组成（8088指令队列 由4个字节组成）。 – ② 地址加法器是用来产生20位存储器物理地址的。 – ③ 8086分配20条引脚线分时传送20位地址，16位数据和 4位状态信息。