第3章微处理器及其系统

地址加法器将段寄存器(16位) 的内容左移4位，然后与指令 指针寄存器IP的内容相加得 到20位的物理地址。
例如： 从内存取指令时，
(CS)＝5760H，(IP)=1234H， 则物理地址为：
57600H+ 1234H =57934H。
这里，先将段寄存器CS左移4位（16进 制数只需后面加一个零）。
S4
S3
段寄存器
0
0
ES
0
1
SS
1
0
CS（I/O，INT）
1
1
DS
S5用来表示中断标志状态线，当IF为1时， S5=1。 S6保持恒为0。
2020/6/19
3. BHE/ S7 ：高8位数据总线允许／状态复用
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T1 T2 T3 Tw Tw T4
CLK
READY
空闲周期
CPU不需取指令，不需取数据时进入空闲 周期。
以时钟周期 为单位
CLK
T1 T2 T3 T4
T1 T2 T3 T4
2020/6/19
几个空闲周期
5、指令周期：计算机完成对一条指令的读取并执 行这一系列步骤所需要的时间。
指令周期包含一个或几个总线周期。 例如，执行一条8位寄存器乘法（MUL），这是 一条两字节指令，需70－77个时钟周期的执行时 间。
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标志寄存器
15
0
FLAGS
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
例如: MOV AL，4FH 0100 1111 ADD AL，31H +0011 0001 1000 0000 则对标志影响为：
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CF=0——D7未产生进位； PF=0——1的个数为奇数； AF=1——D3有进位； ZF=0——结果非零； SF=1——最高位为1； OF=1——结果为128
3000H: 2: 000H 3000H: 2: 100H
(ES) (DI)
5000H:3000H 5000H:3100H
存储器
......
......
MOV CX, 100H
CLD......
......
MOVSB
…….
SI ,20D20/I6/具19 有自动增量和自动减量功能
DS:2000H~DS:20FFH ES:3000H~ES:30FFH
• EU部分负责指令的执行。
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BIU和EU的管理
BIU和EU可以并行工作，提高CPU效率。
(1)BIU监视着指令队列。当指令队列中有2个空字 节时，就自动把指令取到队列中。
(2)EU执行指令时，从指令队列头部取指令，然后 执行。如需访问存储器，则EU向BIU发出请求 ，由BIU访问存储器。
2020/6/19
(3)通用寄存器组
8086CPU有8个16位的通用寄存器，分2组。
a) 4个通用数据寄存器 ： 累加寄存器 (Accumulator）
基址寄存器（Base ） 计数寄存器（Counter） 数据寄存器（Data）
b) 2个变址寄存器
源变址（Source Index） 目的变址 (Destination Index)
状态标志位反映算术或逻辑运算后结果的状态，由处理器根据计算结 果自动设置
CF——进位标志(Carry Flag) 运算结果最高位产生进位或借位，置CF=1
PF——奇偶标志(Parity Flag) 结果低8位中1的个数为偶数，置PF=1
AF——辅助进位标志(Auxiliary Carry Flag) 低4位产生进位置AF=1，用于十进制数运算调整
常用来确定数据段中某一存储单元的地址
例如：
MOV AX, [SI]
SI或DI DS
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指针与变址寄存器
在串处理指令中，SI、 DI作为隐含的源变址 和目的变址寄存器分 别达到在数据段和附 加段中寻址的目的。
例：
……
MOV SI , 2000H
MOV DI , 3000H
(DS) (SI)
•SP——堆栈指针(stack pointer) 用来指示栈顶的偏移地址
•BP——基址指针(base pointer)
存放堆栈段中一个数据区基地址 的偏移地址
SP或BP SS
2020/6/19
指针与变址寄存器
SI和DI为变址寄存器，用于访问数据段和附加段中 的数据
SI——存放源操作数的偏移地址 DI——存放目的操作数的偏移地址
(3)在执行转移、调用、返回指令时，需改变队列 中的指令，要等新指令装入队列中后，EU才继 续执行指令。
2020/6/19
8086地址生成方式
8086的寻址空间是1M字节，物理地址需要20位的 地址码。但CPU中的寄存器都是16位的。为解决该 问题采用了存储器分段技术。把1MB地址分段（ Segment），每段64KB，其起始地址的高16位装
入一个段寄存器中，称作段基地址。
段是可独立寻址的内存单位，每个段的起始地址 由一个基址设定，它是一个段最低的地址，每个 逻辑段在实际存储器中的位置是可以浮动的 。
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FFFFFH
1FFFFH 1F000H 10000H
00000H
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段地址+偏移地址
偏移量：F000H 段首地址：10000H
T3：高4位复用线继续传送状态，低16位传送数据；
T4：总线周期结束.
高4位地址线A19-A16
CPU
16位数据、低16位地址 共用线AD15-AD0
2020/6/19
Tw状态
在某些特殊情况下，T3时钟周期内存或I/O接 口不能完成读写工作，需通知CPU，CPU将在T3后 插入一个或多个等待时钟周期——Tw状态，直到 内存或I/O接口准备好。
通用数据寄存器器
计数寄存器CX
在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。
例如：MOV CX , 200H AGAIN: ……
…… LOOP AGAIN ；（CX)-1(CX),结果0转AGAIN
2020/6/19
通用数据寄存器器
数据寄存器DX
一般在双字长乘除法运算时，把DX和AX组合在一 起存放一个双字长(32位)数，DX用来存放高16位;
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3.1.3 总线周期
1、时钟周期：是CPU的基本时间计量单位，它 由计算机主频决定。8086主频是5MHz，一个时 钟周期就是200ns。
2、总线周期：BIU完成一次访问存储器操作所需 要的时间称作一个总线周期。一个最基本的总线 周期由4个时钟周期组成，习惯上称4个状态，T1, T2, T3, T4状态。只有在CPU和内存或I/O端口之 间传递数据以及取指令时，CPU才执行总线周期。
2020/6/19
8086CPU具有16根数据线，20根地址线，为了节 省成本和空间，它们共用20个引脚
CPU
高4位地址线和状态线 公用A16- A19 /S3-S6
16位数据和低16位地 址
共用线AD15-AD0
2020/6/19
基本总线周期
T1：CPU发送20位地址信号至多路复用线；
T2：CPU向高4位复用线送状态，低16位高阻；
c) 2个指针寄存器
堆栈指针（Stack Pointer） 基数指针 ( Base Pointer )
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通用数据寄存器：
用来暂存计算过程中所用到的操作 数，结果或其它信息。
在进行算术运算和逻辑运算时，通用 数据寄存器任何一个都可以作为源操 作数或目的操作数。
2020/6/19
通用数据寄存器器
16位
16位
段寄存器 CS
DS SS ES IP
内部暂存器
输入/输出 控制电路
外部 总线
运算寄存器
ALU
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标志寄存器
执行部分 控制电路
8位 指令队列缓冲器
总线接口单元 BIU (Bus Interface Unit)
• BIU负责与存储器、I/O端口，即8086/8088CPU 与存储器之间的信息传送。具体地说，即BIU负 责从内存的指定部分取出指令，送到指令流队列 中排队；在执行指令是所需的操作数，也由BIU 从内存的指定区域取出，传送给EU部分去执行。
标志寄存器
15
0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
控制标志用于控制CPU的操作，由程序设置或Leabharlann Baidu除：
DF——方向标志(Direction Flag) 控制数据串操作指令的步进方向
STD指令将DF置1，使串操作过程中地址自动递减 CLD指令将DF清0，使串操作过程中地址自动递增 IF——中断允许标志(Interupt Flag) 控制可屏蔽中断 STI指令将IF置1，允许CPU接受可屏蔽中断请求 CLI指令将IF清0，禁止CPU接受可屏蔽中断请求 TF——陷阱标志(Trap Flag) 为调试程序而设 将TF置1，CPU处于单步工作方式 将TF清0， CPU正常执行程序
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标志寄存器
15 FLAGS
0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
ZF ——零标志(Zero Flag)
运算结果为0，置ZF=1
SF ——符号标志(Sign Flag)
与运算结果的最高位(符号位)相同
OF——溢出标志(Overflow Flag)
补码运算结果超过了机器表示的范围，置OF=1 可以用来判断有符号整数补码运算结果的正确性
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3.1.2、8086／8088的寄存器结 构
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(1)段寄存器
8086设置了这4个16位段寄存器，通过这 四个段寄 存器，CPU可以定位4个逻辑段：
• CS——代码段(Code Segment) • DS——数据段(Data Segment) • SS——堆栈段(Stack Segment) • ES——附加段(Extra Segment)
第3章 8086／8088微处理器及其系统
2020/6/19
3.1 8086/8088微处理器 3.2 8086/8088系统的最小/最大工作方式 3.3 8086/8088的存储器 3.4 8086/8088指令系统
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3.1 8086／8088微处理器
8086是Intel系列的16位微处理器， 8086有16根数据线和20根地址线，可 以处理8位或16位数据，寻址1MB的存 储单元和64KB的I／O端口。
累加器AX
是算术运算的主要寄存器。 例如：ADD AX, BX
所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。 例如：IN AL, 20H OUT 30H , AX
2020/6/19
通用数据寄存器器
基址寄存器BX
在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。 例如：MOV AX, [BX+03H]
2020/6/19
在推出8086之后不久,Intel公司还推出 了准16位微处理器8088。两者内部结构 和基本性能相同。
2020/6/19
3.1.1、8086／8088CPU的内部结 构
20位
执行单元 EU （Execution Unit)
地址加法器
通用 寄存器
AH AL BH BL
CH CL DH DL
SP BP DI SI
源数据串：默认段寄存器：DS，偏移量：SI 可制定其他段寄存器： CS ES SS
目的数据串：默认段寄存器：ES，偏移量：DI 可制定其他段寄存器： 无
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（4）标志寄存器FG（Flag Register）
15
0
FLAGS
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
标志寄存器有9个标志位：6个状态标志位，3个控制标志位
当程序很大，超过64KB时，则可以定义多个代码段、数 据段和附加段。不同的逻辑段可以相交，甚至可以完全 重叠。
2020/6/19
(2)指令指针寄存器IP
用来确定代码段中当前将要被执行的指令的偏 移地址(相对于代码段基址)。 IP本质上就是程序计数器(PC)
IP由控制程序分支的指令、中断以及异常 等隐含控制，用户程序不能直接控制IP。
2020/6/19
3.1.4 8086/8088的引脚信号和功能
2020/6/19
CPU的外部结构
8086/8088CPU芯片都是40条引脚的双列直插式封装。部 分引脚采用了分时复用方式，即同一条引脚在不同的时刻 具有不同的用途。
2020/6/19
8086CPU引脚
1.AD15-AD0：分时复用的地址/数据总线 2.A19/S6-A16/S3：分时复用的地址/状态线
例如： MUL BX ; (AX)(BX)(DX)(AX)
对某些I/O操作DX可用来存放I/O的端口地址（端口 地址 256）。
例如： IN AL , DX
2020/6/19
指针与变址寄存器
用于存放偏移量地址。
偏移量地址表示某一存储单元相对于段寄存器 所指定的基址的位移量。
2020/6/19
指针与变址寄存器 SP和BP为指针寄存器，用于访问堆栈段中的数据