8086微处理器的结构

第二节 8086微处理器的存储器组织
• 存储器是计算机存储信息的地方。掌握数 据存储格式，以及存储器的分段管理对以 后的汇编程序设计非常重要 • 你能区别寄存器、存储器(主存)、外存(包 括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗？
答案
寄存器、存储器和外存的区别
• 寄存器是微处理器（CPU）内部暂存数据的存储单 元，以名称表示，例如：AX，BX..….等 • 存储器也就是平时所说的主存，也叫内存，可直 接与CPU进行数据交换。主存利用地址区别 • 外存主要指用来长久保存数据的外部存储介质， 常见的有硬盘、光盘、磁带、U盘等。外存的数据 只能通过主存间接地与CPU交换数据 • 程序及其数据可以长久存放在外存，在运行需要 时才进入主存
第2章 8086/8088微处理器的结构 本章主要教学内容
• • • • 8086的内部结构 8086的寄存器结构 8086的存储器组织 8086的工作模式及总线时序
教学目的：掌握 8086 微处理器的编程结构和 存储器的使用。 教学重点： 8086微处理器的编程结构和存储 器的使用 教学难点：存储器的使用
2. 8086寄存器结构 8086微处理器内部有14个16位寄存器。
2.1 通用寄存器
通用寄存器组分为：数据寄存器和指针、变址寄存器。 1.数据寄存器包括： AX累加器（Accumulator）：用做算术、逻辑运算等 BX基址寄存器（Base Address Register）：用来存放 存储单元的地址 CX计数器（Counter）：在循环（存放循环次数）和串 处理指令中用作隐含的计数器 DX数据寄存器（Data register）：常用来存放双字长 数据的高16位，或存放外设端口地址 这4个寄存器也可作为8个8位的寄存器使用
3.变址寄存器
常用于存储器变址寻址方式时提供地址 SI是源地址寄存器（Source Index） DI是目的地址寄存器（Destination Index） 在串操作类指令中，SI、DI还有较特殊的用法
现在不必完全理解，以后会放段首址，因而可把8086 的1MB存储空间分成若干个逻辑段。 CS:代码段存放程序的代码； DS:数据段存放程序当前使用的数据； SS:堆栈段为入栈、出栈的数据提供存放 空间； ES:附加段通常也是存放数据，典型用法 是存放处理后的结果数据。
3AH＋7CH＝B6H，就是58＋124＝182， 已经超出－128～＋127范围，产生溢出，故OF＝1； 补码B6H表达真值是多少呢？
◆ 溢出和进位的区别 • 溢出标志OF和进位标志CF是两个意义 不同的标志 • 进位标志表示无符号数运算结果是否 超出范围，运算结果仍然正确 • 溢出标志表示有符号数运算结果是否 超出范围，运算结果已经不正确
SF=1、ZF＝0、PF＝1、CF＝0、AF＝1、OF＝1
• 若算术运算的结果有溢出，则OF＝1； 否则 OF＝0
3AH + 7CH＝B6H，产生溢出：OF＝1 AAH + 7CH＝（1）26H，没有溢出：OF＝0
◆ 什么是溢出
• • • • • 处理器内部以补码表示有符号数 8位表达的整数范围是：－128 ~ ＋127 16位表达的范围是： －32768 ~ ＋32767 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 有溢出，说明有符号数的运算结果不正确
复习题 1. 已知机器字长为8位，若x= -1，y= -127,则 [x]补=___________, [x+y]补=______________。 2. 十进制数128.375表示成十六进制____________。 3. 当运算结果的最高位产生一个进位时，标志位 ________置1，而运算结果的最高位为1时，____ 标志位为1。 4. 已知[X]补=00010100B，求[-2X]补= ________。 5．8086/8088CPU内部共有 个 位寄存器。 6.从功能上，8086CPU可分为 和 两部分。
◆ 溢出和进位的对比
◆ 溢出和进位的应用场合 • 处理器对两个操作数进行运算时，按照无 符号数求得结果，并相应设置进位标志CF； 同时，根据是否超出有符号数的范围设置 溢出标志OF • 应该利用哪个标志，则由程序员来决定。 也就是说，如果将参加运算的操作数认为 是无符号数，就应该关心进位；认为是有 符号数，则要注意是否溢出
1.1 执行单元（EU） 执行单元EU主要由算术逻辑运算单元ALU、 标志寄存器FR、通用寄存器组和EU控制 器等四个部件组成。其主要功能是执行 命令。
1.2 总线接口单元（BIU） 总线接口单元BIU主要有地址加法器、段 寄存器、指令指针、指令队列缓冲器以及 总线控制电路等四个部件组成。其主要功 能是负责完成CPU与存储器或I/O设备之间 的数据传送。
例：计算机在进行2345H＋3219H运算后，试求状 态标志SF、ZF、PF、CF、AF、OF的值。
0010 0011 0100 0101 0011 0010 0001 1001
0101 0101 0101 1110 SF=0、ZF＝0、PF＝0、CF＝0、AF＝0、OF＝0 思考：在进行5439H＋456AH运算后，试求状态标 志SF、ZF、PF、CF、AF、OF的值。
逻辑地址 1460:0100H、1380:0F00H 物理地址 14700H 14700H
段地址左移4位 加上偏移地址 得到物理地址
14600H ＋ 100H 14700H
13800H ＋ F00H 14700H
[例]：
• 已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H， SS=8FF0H， DS段有一操作数，其偏移地址=0204H， 1)画出各段在内存中的分布 2)指出各段首地址 10550H 3)该操作数的物理地址=？
250A0H
解： 各段分布及段首址见右图所示。 操作数的物理地址为：
CS DS ES
2EF00H
250AH×10H+0204H = 252A4H
8FF00H
SS
注意：
一个程序可以有代码段、数据段、附加段和堆栈段，它们的 段基址分别存放在CS、DS、ES和SS中。段寄存器为16位， 在计算物理地址时要乘16，比如DS的内容为1000H，对应物 理地址为10000H，相当于在二进制数尾部补了4个0，也就是 说，段的起始地址只能从物理地址能够整除16的（二进制数 尾部为4个0）那些地址开始。 例如，如下第一列的物理地址可以作为段首地址，存入 段寄存器时只存前16位二进制数，其他列不可以作为段首地 址。 00000H 00010H 00020H 00030H 00001H 00011H 00021H 00031H 00002H 00012H 00022H 00032H 00003H 00013H 00023H 00033H 0000FH 0001FH 0002FH 0003FH
2.1 存储器的逻辑结构
• 每个存储单元都有一个编号；被称为存 储器地址 • 每个存储单元存放一个字节的内容 00002H单元存放有一个数据34H 表达为 （00002H）＝34H
A0 A1 A2
… 34H 6DH …
…
00000H 00001H 00002H 00003H 00004H
A18
A19
逻辑地址和物理地址区别
15 偏移地址 15 段基址 加法器 19 物理地址 0 0 0000 段首地址 0 偏移地址
乘以16
物理地址：20位绝对地址 逻辑地址：段基址:段内偏移量 物理地址 = 段基址 16 + 偏移地址
物理地址的形成： • 将逻辑地址中的段基址左移4位，加上 偏移地址就得到20位物理地址 物理地址=段基址*10H+偏移量 • 一个物理地址可以有多个逻辑地址
在存储器中，任何连续存 放的两个字节都可以称为一 个字。将偶地址的字称为规 则字，奇地址的字称为非规 则字。
例：字2301的地址为0000H，为规则字； 字8967的地址为0003H，为非规则字。
8086的存储 器结构
例:有一双字87653421H在内存中的地址为 30101H，画出其在8086系统内存中存放的 情况。
溢出的判断方法
• 方法１：
–同号相减或异号相加——不会溢出。 –同号相加或异号相减——可能溢出：
• 两种情况： 同号相加时，结果符号与加数符号相反——溢出； 异号相减时，结果符号与减数符号相同——溢出。
• 方法２：
–两个带符号二进制数相加或相减时，若 C7C6＝1，则结果产生溢出； C7C6＝0，则结果产生不溢出。（都为1或都为0） C7为最高位的进(借)位；C６为次高位的进(借)位。
2.2 存储器的分段
为什么要分段？
• 8086CPU有20条地址线
–最大可寻址空间为220＝1MB –物理地址范围从00000H～FFFFFH 分段方法：
• 8086CPU将1MB空间分成许多逻辑段 （Segment）
分段两个规则：
–每个段最大限制为64KB –段地址的低4位为0000B
• 8086CPU存储系统中，对应每个物理存储 单元都有一个唯一的20位编号，就是物理 地址，从00000H～FFFFFH • 分段后在用户编程时，采用逻辑地址， 形式为 段基址 : 段内偏移地址
2.3 控制寄存器
1.标志寄存器（FLAG）
15 14 13 12 11 10 4 3 2 1 0 CF OF DF IF TF SF ZF AF PF 9 8 7 6 5
（1）状态标志位 ① 进位标志CF（Carry Flag) ② 辅助进位标志AF(Auxiliary Carry Flag) ③ 溢出标志OF(Overflow Flag) ④ 零标志ZF(Zero Flag) ⑤ 符号标志SF(Sign Flag) ⑥ 奇偶标志PF(Parity Flag)
2.指针寄存器 • 指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 –SP为堆栈指针寄存器（Stack Pointer）,指示 堆栈（ Stack ）是主存中一个特殊的 堆栈段栈顶的位置（偏移地址） 区域，采用“先进后出”或“后进先出” – BP为基址指针寄存器（Base Pointer），表示 存取操作方式、而不是随机存取方式。 数据在堆栈段中的基地址 用 8088/8086 形成的微机系统中，堆 • SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈 栈区域被称为堆栈段 段中的存储单元地址