8086系统结构与8086CPU

4）控制寄存器
IP：指令指针 FR：标志寄存器
IP：指令指针(Instruction Pointer)寄存器；程序运行时，它始 终指向EU要执行的下一条指令所在单元。当EU执行本条指令时， IP中的内容自动增量，能自动加1，生成代码段中下一条将要取 的指令的偏移地址。 注意：程序不能直接访问IP，但可通过某些指令修改IP内容： 转移指令，子程序调用和返回指令，中断处理指令等
隐含寻址：某些指令中制定某些通用寄存器作为特殊用法。 采用隐含方式能够有效的缩短指令代码长度
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寄存器名
特殊用途 在输入输出指令中作数据寄存器用 AX, AL 在乘法指令中存放被乘数或乘积，在除法指令中存放被除数或商 AH 在LAHF指令中，作目标寄存器用 在十进制运算指令中作累加器用 AL 在XLAT指令中作累加器用 在间接寻址中作基址寄存器用 BX 在XLAT指令中作基址寄存器用 CX 在串操作指令和LOOP指令中作计数器用 CL 在移位/循环移位指令中作移位次数计数器用 在字乘法/除法指令中存放乘积高位或被除数高位或余数 DX 在间接寻址的输入输出指令中作地址寄存器用 在字符串运算指令中作源变址寄存器用 SI 在间接寻址中作变址寄存器用 在字符串运算指令中作目标变址寄存器用 DI 在间接寻址中作变址寄存器用 BP 在间接寻址中作基址指针用 SP 在堆栈操作中作堆栈指针用
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4）控制寄存器
标志寄存器FR：处理器状态字(PSW)寄存器;用各个状态位反映算 术逻辑运算的一些状态标志和控制标志。存放运算结果的特征

6个状态标志位（CF，SF，AF， PF，OF，ZF） 3个控制标志位（IF，TF，DF） 15 11 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
X X X X OF DF IF TF SF ZF X AF X PF X CF
16 32 32 64 64 64
20 20
24 32 32 32 36 36
1M 1M
16M 4G 4G 4G 64G 64G
wk.baidu.com
No No
No Yes 8K 8K 8K 8K 8K 32K 512K
7
150-200 64 233-350 64
8086/8088微处理器的组成 总线接口部件（BIU） 组成：①段寄存器(DS、CS、ES、SS)； ②16位指令指针寄存器IP(指向下一条要取出的指令代码)； ③20位地址加法器(用来产生20位地址)； ④6字节(8088为4字节)指令队列缓冲器； ⑤总线控制逻辑。 功能：负责从内存中取指令，送入指令队列，实现CPU与存储器和I/O接 口之间的数据传送。
总线接口部件（BIU）
16
8086/8088微处理器——微处理器的内部寄存器
通用寄存器用途:保存数据和地址
寄存器 AX 用 途
字乘法，字除法，字I/O， BCD数运算
AL
AH BX
字节乘，字节除，字节I/O，十进制算术运算
字节乘，字节除 转移内存的逻辑偏移地址，而AX，CX，DX则不能。
CX
CL DX
DH DL SP BP DI SI 16 位
运算寄存器 执行部分
20 位 地址加法 16 位 CS DS SS ES IP
内部暂存器
控制 寄存器
--指令指针 IP F(FLAG) --标志寄存器
输入/输出 控制电路
外部 总线
ALU
标志
控制电路
8位
1 2 3 4 5 6 指令队列 缓冲器
执行部件（EU）
输入/输出 控制电路
外部 总线
ALU
标志
控制电路
8位
1 2 3 4 5 6 指令队列 缓冲器
执行部件（EU）
总线接口部件（BIU）
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通用 寄存器 8086 寄 存 器
段 寄存器
AX --累加器 BX --基址寄存器 数据寄存器 CX --计数寄存器 DX --数据寄存器 AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL —8位 变址寄存器 SI --源变址寄存器 DI --目的变址寄存器 指针寄存器 SP --堆栈指针 BP --基址指针 CS --代码段 DS --数据段 SS --堆栈段 AH AL 通用 BH BL ES --附加数据段 寄存器 CH CL

2.1 8086CPU结构


执行部件（EU） 组成：①ALU(算术逻辑单元)； ②通用寄存器(AX、BX、CX、DX)； ③专用寄存器(BP、SP、SI、DI)； ④标志寄存器(FLAGS)； ⑤EU控制系统。 功能：负责分析指令和执行指令。
8
8086编程结构
通用 寄存器 AH BH CH DH SP BP DI SI 16 位
12
8086/8088微处理器: 并行工作方式：
BIU和EU取指部分与执行部分分开，取指和执行可以重迭
取指 取指 取指 取指 得到数据
等待
执行
执行
执行
执行

在一条指令的执行过程中可以取出下一条（或多条）指令，指令在 指令队列中排队； 在一条指令执行完成后,就可以立即执行下一条指令，减少CPU为取 指令而等待的时间，提高CPU的利用率和整个运行速度。
指令指示器 标志寄存器 进位标志位 奇偶标志位 半进位标志 零标志 符号标志
溢出标志 方向标志 中断标志 单步标志
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CF(Carry Flag)：进位标志位
CF＝l，表示本次运算中最高位(D15或D7)有进位(加法运算 时)或有借位(减法运算时)。CF标志可通过STC指令置位，通 过CLC指令复位(清除进位标志)，还可通过CMC指令将当前CF 标志取反。
译码 运算结果
的特征保存在标志寄存器FLAG中。
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总线接口单元BIU
主要功能：访问存储器物理地址，访问存储
器并取指令到指令队列中等待。
1、总线接口部件要从内存 取指令送到指令队列；
2、CPU执行指令时，要配合执行部件从指定的内存单元或者外 设端口中取数据，将数据传送给执行部件；或把执行部件的操 作结果传送给指定的M或I/O口。
隐含性质 不能隐含 隐 含 隐 含 隐 含 隐 含 不能隐含 隐 含 隐 含 不能隐含 隐 含 不能隐含 隐 含 不能隐含 隐 含 不能隐含 不能隐含 隐 含
隐含寻址：某些指令中制定某些通用 在指令中没有明显的标出，而指定寄存器 寄存器作为特殊用法。 参加操作，称之为“隐含寻址”。 DAA （调整BCD数加法结果，隐含在AL中） 作用：采用隐含方式能够有效的 MUL BL （隐含AL或AX） 缩短指令代码长度 19
4
2.1 8086CPU结构
微处理器CPU基本功能 算术运算，逻辑运算 指令译码、寄存、执行操作 与存储器、I/O接口通信 数据暂存 提供定时控制信号 响应中断请求
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CPU性能表征：
内部寄存器位数及内部数据总线位数 4位机、8位、16位、32位、64位表示CPU同
串操作，移位操作中，作计数用，循环次数
变量移位，循环控制 字节乘，字节除，间接I/O
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8086/8088微处理器——微处理器的内部寄存器
2）指针及变址寄存器
• • • • • SP：堆栈指针寄存器(Stack Pointer)，用来指示栈顶的偏移地址。 BP：基址指针寄存器(Base Pointer)，指示堆栈区中的一个基地址。

重叠操作技术： 遇到转移指令怎么办？ 大大减少了等待取指所需时间，提高CPU利用率。 提高了整个执行速率， 降低了与之相配的存储器的存取速度的要求。 13
地址加法器：用来完成由逻辑地址变成物理地 址功能，通过一次地址加法，将16位逻辑地 址变成20位物理地址，可寻址存储空间达到 1MB。 标志寄存器：存储ALU运算结果特征。
微机原理与接口技术
第二章 8086系统结构与8086CPU
8088CPU
8086CPU
1
主要内容
8086CPU的结构 8086系统的结构 8086系统的配置 8086CPU的内部时序
2
学习重点
8086CPU的组成及其编程结构、管脚的意义
8086计算机系统的结构及其工作原理（存储
11
EU与BIU协同工作 对于8080与8085及较早的8位微处理器: 串行工作方式：BIU和EU交替工作，按顺序完成上述指令
执行过程; 程序执行由取指令和执行指令的循环来完成的，每条指令 执行完后CPU必须等待到下条指令取出来后才能执行。
取指 执行 取指 执行 ... ... 取指 执行
时间坐标
运算寄存器 执行部分
20 位 地址加法
AL BL CL DL
16 位 CS DS SS ES IP
内部暂存器
输入/输出 控制电路
外部 总线
ALU
标志
控制电路
8位
1 2 3 4 5 6 指令队列 缓冲器
执行部件（EU）
总线接口部件（BIU）
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执行单元EU
功能:执行指令
从指令队列中取指令代码 在ALU中完成数据的运算
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2.1.2 8086的内部寄存器
含14个16位寄存器，
20 位 地址加法 通用 寄存器 AH BH CH DH SP BP DI SI 16 位
运算寄存器 执行部分
按功能可分为三类 8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器
AL BL CL DL
16 位 CS DS SS ES IP
内部暂存器
3）段寄存器 用于存放相应逻辑段的段基地址 段：内存中用来存放性质相同信息的一段连续区域。 所有的段寄存器用来指示相应段在内存区域的位置 • CS：代码段(Code Segment);存放程序段的段地址。 • DS：数据段(Data Segment);存放数据段的段地址。 • ES：附加段(Extra Segment);存放附加段的段地址. • SS：堆栈段(Stack Segment);存放堆栈段的段地址。

ZF＝1，表示本次运算结果为零， ZF＝0，运算结果非零。
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SF(Sign Flag)：符号标志 SF＝1，表示本次运算结果的最高位(第7位或第15位) 为“l”，否则SF＝0。 OF(Overflow F1ag)：溢出标志(有符号数有意义） IF(Interrupt Flag)：中断标志位 IF＝1，表示允许CPU响应可屏蔽中断。IF标志可通过 STI指令置位，也可通过CLI指令复位。 DF(Direction Flag)：方向标志位 在串操作指令中，若DF＝0，表示串操作指令地址指针 自动增量；DF＝1，表示地址指针自动减量。DF标志 位可通过STD指令置位，也可通过CLD指令复位。 TF(Trap Flag)：单步标志位，调试程序时用。
20 位 地址加法 通用 寄存器 AH BH CH DH SP BP DI SI 16 位
运算寄存器 执行部分
AL BL CL DL
16 位 CS DS SS ES IP
内部暂存器
输入/输出 控制电路
外部 总线
ALU
标志
控制电路
8位
1 2 3 4 5 6 指令队列 缓冲器
20
执行部件（EU）
总线接口部件（BIU）
器、接口、工作模式） 8086CPU的内部时序（最大、最小模式下的 读写时序）
3
8086/8088微处理器——微处理器的结构
•
8086/8088微处理器 8086/8088微处理器是Intel公司推出的第三代CPU 芯片，它们的内部结构基本相同，都采用16位结构 进行操作及存储器寻址，但外部性能有所差异，两 种处理器都封装在相同的40脚双列直插组件中。

PF(Parity Flag)：奇偶校验标志位
PF＝1，表示本次运算结果中有偶数个“l”，PF＝0，表示 本次运算结果中有奇数个“1”。
AF(Auxiliary Carry Flag)：辅助进位标志位 AF＝l，表示运算结果的8位数据中，低4位向高4位 有进位(加法运算时)或有借位(减法运算时)，这个 标志位只在十进制运算中有用(BCD码）。 ZF(Zero Flag)：零标志位
SP、BP两者隐含的逻辑段地址都在SS寄存器。
SI：源变址寄存器(Source Index):存放内存逻辑偏移地址 DI：目的变址寄存器(Destination Index) 说明：这4个寄存器也可以作为通用寄存器使用。
BX与BP在应用上的区别： 作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； 作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在数据 段DS；用BP则表示数据在堆栈段SS。 SI 、DI变址寄存器常用于指令的间接寻址或变 址寻址。
1978 1979
1982 1986 1989 1993 1995 1997
16 16
16 32 32 32 32 32
2.9 2.9
13.4 27.5 120160 310330 550 750
4.77 4.77
6-20 12.5-33 25-100 60-166
16 16
16 32 32 64
16 8
时可操作的位数。
6
Intel-80x86系列微处理器概述
型号 发布 年份 字 长 晶体管数 (万） 主频 (MHz) 数据总 线 外部总 线 地址总 线 寻址空 间 高速缓 存
8086 8088
80286 80386 80486 Pentium (586) Pentium Pro(P6) Pentium II