微机原理及应用第二章

三 8086/8088的引脚信号和功能
8086和8088的内部结构相似，并且都被封装在一个 标准的40 条引脚的双列在插式管壳内。如图2-8（a）是 8086CPU引脚，（b）是8088引脚。
（a）
(b)
图2-8 8086/8088引脚信号图（括号内为最大模式时的引脚 ）
8086/8088有两种工作模式，即最大模式和最小模式。 40个引脚中括号内的符号为最大模式下的引脚说明符， 括号外的符号是最小模式下的引脚说明符，没有括号的 引脚是最大和最小模式公用的引脚说明符。 1．AD0～AD15（Address Data Bus）地址数据复用 引脚（可输入/输出，双向工作） 这16条引脚是分时复用多路地址/数据线。在时钟周 期T1状态时，输出存储器（或输入/输出设备）的地址信 号，T2到T4状态，则作为数据线传递数据。
⑶变址寄存器SI、DI SI（source Index）叫源变址寄存器，一般用于 源操作数当前数据段中某个地址的偏移地址。 DI（Destination index）叫目标变址寄存器，一 般用于目标操作数当前附加段（本数据段）中某个地 址的偏移地址。 在字符串操作中，SI用于存放源串操作数的偏移 地址，这个串一定是在数据段DS。DI用于存放目标串 操作数的偏移地址，这个串一定是在附加段ES。 在寄存器间寻址时，经常用DI、SI加上一个位移 量来改变存储器的地址，因此叫变址寄存器。 指针寄存器和变址寄存器与数据寄存器一样，可 以参与算术和逻辑运算，但指针寄存器和变址寄存器 只能用于16位计算，不能分成8位。
2.总线接口单元BIU 总线接口单元BIU包括4个段寄存器、1个指令指针寄 存器、1个与EU通读寄存器。一个先入先出的6个字节 （8088是4个字节）指令队列。总线控制逻辑电路及20位 实际物理地址计算的加法器。
二 8086/8088的寄存器结构 8086内部寄存器按其功能可分为：通用寄存器（8 个），段寄存器（4个），控制寄存器(2个）。 1.通用寄存器
2.段寄存器（segment） 段寄存器包括CS、SS、DS、ES，用于指示当前段的 段基址。 CS（Code Segment）叫代码段寄存器，用于指示当 前的代码段（程序段）的起始地址段基址。 DS (Date Segment)叫数据段寄存器，用于指示当 前的数据段的段基址。 SS（Stack Segment）叫堆栈段寄存器，用于指示 当前的堆栈段的段基址。 ES (Extra Segment)叫附加段寄存器，用于指示当 前的附加段的段基址。 CS段一般用于存放CPU执行的程序代码。DS一般用 于存放程序中的变量和数据。SS段一般用于存放压栈的 信息。ES段一般用于存放参与运算结果。
控制标志位 控制标志位被设置后，可完成某些控制操作。 TF（Trap Flag）跟踪标志位：是为调试程序而设置的。若 TF=1，则使8086CPU处于单步工作方式，在这种工作方式下，CPU 每执行完一条指令，就自动产生一个内部中断，处理机转去执行 一个中断服务程序。检查程序中的每条指令执行情况，当TF=0时， CPU正常执行程序。 IF（Interrupt Flag）中断允许标志位（开中断标志位）： 若将IF设置为1时（IF=1），8086CPU开中断，CPU允许外部的可 屏蔽中断源的中断请示，若将IF清零（IF=0），8086CPU关中断， CPU禁止外部可屏蔽中断的请求。 IF只对可屏蔽中断起作用，对非屏蔽中断和内部中断都不起 作用。 DF（Direction Flag）方向标志位：方向标志位用于控制串 操作指令中SI（或DI）的修改方向。当DF设置为1（DF=1）时， SI（或DI）减量，当DF清零（DF=0）时，SI（或DI）增量，因为 SI（或DI）描述串操作的偏移地址，当SI（DI）减量时，串是由 高地址向低地址方向遵序执行。后续指令中将详细介绍。
第二章 8086/8088微处理器
第一节 8086/8088微处理器的结构 第二节 8086/8088典型时序分析
第一节 8086/8088微处理器的结构
一 8086/8088CPU内部结构
8086/8088微处理器的结构相似，都由算术逻辑运算 单元ALU、专用和通用寄存器、指令寄存器、指令译码器、 定时器控制电路等组成。按功能可把CPU分成两大部：执 行单元（Execution Unit）和总线接口单元（Bus Interface Unit）如图2-1所示，图中左半部分为执行单 元，简称EU。右半部分为总线接口单元，简称BIU。BIU与 外部总线相连，完成与外设（或存储器）的数据传送，包 括取指令操作、存储器读/写数据操作、I/O接口的读/写 操作。EU通过BIU得到信息，其功能就是负责指令的执行。 BIU和EU两个单元可以并行工作。这样提高CPU的工作速度。
2．A19/S6～A16/S3（Address/Status）地址状态复用 引脚（输出信号、三态工作） 在时钟周期T1状态时，这四条引脚输出最高四位地 址。（对于I/O操作，它们都是低电平）。在T2～T4状态 期间，它们输出状态信息，S6恒等于0，S5表明中断允许 标志位的状态，S5=1表示CPU可以响应可屏蔽中断的请 求，S5=0表示禁止可屏蔽中断。S4和S3的编码及功能如表 2-1所示。
AX（Accumulator）累加器，是指令系统中应用最 多的寄存器，输入/输出只能用AX寄存器传递数据，它 经常存放运算的中间结果，并参与下次运算，所以叫累 加器。 BX（base Register）基址寄存器，它通常用来存 放内存的基地址，用于寄存器寻扯。 CX（count Register）计数寄存器，在循环和串操 作指令中，用于计数重复次数。 DX（Data Register）数据寄存器，通常用来存放 运算结果。如乘法运算后DX与AX合起来存放32位数的运 算结果，其中DX存放高16位。在输入/输出操作中，可 用DX作为端口地址的寄存器间接寻址。
表2-1 S3﹑S4的代码组合和对应的含义 S4 0 0 S3 0 1 当前正在使用的段寄存器 ES SS
1
1
0
1
CS或未使用任何寄存器
DS
3． /S7（Bus High Enable）高位总线允许/状态 复用引脚（输出信号、三态工作） 在T1期间，若 （低电平）有效，则可以用D8～ D15数据总线传递数据。在T2～T4期间，这条引脚输出状态 信息。S7在8086芯片中，S7并未被赋予任何实际意义。 通常用 /A0控制连接在总线上的存储器或接口传 输数据操作特性。见表2-2。 表2-2 和A 的编码和对应的操作
⑵地址指针寄存器 地址指针寄存器有SP和BP两个。 SP（stack pointer）叫堆栈指示器，用于指示当 前堆段中栈顶所在的存储单元地址。（堆栈在后面介 绍）。 BP（base pointer）叫基址指示器，用于指示当前 堆栈段中一个数据区基址的偏移地址，通过它间接寻址 可对堆栈段中的某个数据进行存取。 SP和BP只能用于堆栈段，不能指示其它段。（存储 器是按段管理的，后续介绍）。但SP和BP应用上是有区 别的，SP可用于PUSH、POP、CALL、RET等指令，而BP不 能用于这些令（后续介绍）。
OF DF IF TF SF ZF AF PF CF
图2-2 8086标志寄存器FLAGS
状态标志位有： CF（Corry Flag）进位标志位（借位标志位）：当进行加法 （或减法）运算时，若最高位发生进位来借位，则CF=1，否则 CF=0。 PF（ Parity Flag）奇偶标志位：当逻辑运算结果中“1”的 个数为偶数时，PF=1，为奇数时，PF=0。 AF（Auxiliary Carry）半进位标志位：在8（16）位加减法 运算中，低4（8）位向高位有进位或借位，则AF=1，否则AF=0。 ZF（Zero Flag）零标志位：当运算结查为0时，ZF=1，否则 ZF=0。 SF（Sign Flag）符号标志位：当运算结果最高位是1（即函 数）时，SF=1，否则SF=0。 OF（Over Flag）溢出标志位：当运算结果超出了带符号数 的范围，即溢出时，OF=1，否则OF=0。8位带符号数范围是128~+127。16位带符号数的范围是-32768~+32767。这6个状态标 志位状态是计算机运算后，自动生成的不是人为赋予的，当然也 可通过POPF改变各状态值。（后续介绍）
6．INTR（Interrupt Request）可屏蔽中断请示（输入信号、 高电平有效） 在CPU执行每条指令的最后一个时钟周期，要对INTR进行采 样，如果IF=1，并且INTR有效，那么CPU就会在结束当前指令后， 响应中断，进入一个中断处理程序。 7． （Test）测试引脚（输入信号、低电平有效） 由外部提供。当处理机执行WAIT指令时，用WAIT指 令来测试 信号。当 为低电平时，程序继续执行WAIT指 令后的指令，当 为高电平时，则处理机处于空闲等待状态， 重复执行WAIT指令。该输入信号在每个时钟周期内，由时钟脉冲 的前沿来实现内部同步。 8．NMI（Non-Maskable Interrupt）非屏蔽中断引脚（输入信 号） 非屏蔽中断信号是边缘触发的外部输入信号。这类中断不受IF的 影响，也不能用软件进行屏蔽。当NMI引脚受到由低到高变化的 信号（正沿触发），CPU就会在当前指令结束后，马上进入非屏 蔽中断处理程序。非屏蔽中断处理程序的入口地址在中断向量表 中2号中断源的存储器中存放。中断向量表在中断一章详细介绍。
0
在8088中，第34脚不是 /S7，而是被赋予另外的信 号。在最大模式时，此引脚恒为高电平；在最小模式时， 则为SS0，它和DT/ ， /IO一起决定了8088芯片当前总线 周期的读/写动作。
4． （READ）读控制信号（输出信号、三态工作） 有效表明可以执行一个对内存或I/O端口的读操 作。是对存储器还是对I/O进行读操作,由引脚M/ IO 状态 决定。从T2状态开始,到T4状态前, 低电平有效。在系 统总线进入保持响应期间， 信息呈高阻状态。 5．READY (Ready)准备就绪（输入信号、高电平 有效） READY信号是由所访问的存储器或I/O设备发来的 响应信号。当READY=1时，表示存储器或I/O设备准备 就绪，可以进行一次数据传输。若存储器或I/O设备没有 准备就绪，则READY降为低电平，于是CPU在T3状态 之后，插入等待状态TW，直到READY恢复高电平，才 进入T4状态，完成数据传输。CPU在每个总线周期的T3 状态对READY信号采样。 在数据传递完成以后，存储器或I/O设备发给8284 时钟发生器一个RDY信号，RDY信号经8284同步后， 形成8086需要的READY准备就绪信号。
3.控制寄存器 控制寄存器有IP和FLAGS。 ⑴IP（Instruction Pointer）叫指令指针寄存器 （程序指示器）。用于存放预取指令的偏移地址。CPU 从代码段中偏移地址为IP的内存单元中取出指令代码的 一个字节后，IP自动加I，指向指令代码的下一个字节 。用户程序不能直接访问IP。 ⑵FLAGS（Flags）叫标志寄存器，用于存放运算 结果的标志。FLAGS是16位寄存器，用其中的9位来描述 9个标志。通常叫标志9个标志可分为状态标志位和控制 标志位。如图2-2所示。
通用寄存器的包括数据寄存器、地址指针寄存器和 变址寄存器。 ⑴数据寄存器数据寄存器有AX、BX、CX、DX都是16 位寄存器，这四个16位寄存器可分为高8位和低8位两部分 使用，也就是说也可作8位寄存器使用。高8位表示成：AH、 BH、CH、DH，低8位表示成：AL、BL、CL、DL。参与运算 的数是16位数时，可用AX、BX、CX、DX中的任意一个描述， 如果参与运算的数据是8位数时可用AH、AL、BH、BL、CH、 CL、DH、DL中的任意一个描述。一般情况下，这四个数据 寄存器就是用于存放参与运算的数据或运算结果的。但这 四个寄存器又有自己特殊的用法。
图2-1 8086微处理器内部结构示意图
ห้องสมุดไป่ตู้ 1．执行单元EU
执行单元EU由8个通用寄存器、1个标志寄存器、算术 逻辑运算单元ALU及EU控制电路组成；EU从BIU指令队列寄 存器中获得指令和待处理数据进行操作。将指令代码译码 后，发出相应的控制信息，将数据在ALU中进行运算，运 算结果的特征保留在标志寄存的FLAGS中。