微机原理与接口_第二章(8086微处理器)

XXXXH×16＋ 0000H～XXXXH×16＋FFFFH
即一个段的最大为0000H～FFFFH＝64K
4007FH
…… FFFFH
……
内存节、内存节与段地址的关系
任何一个段的段地址左移4位后，其最低4位都是0，例如 00000H、00010H、00020H、00030H…000F0H、00100H、 00110H、00120H、……F43D0H等都可假设为是一个段地址左 移4位后的结果。 大家观察，上面所列举的每相邻的两个地址编码之间的间 隔是多少个字节？
地址加法器，用于 产生20位物理地址。 假设CS=8200H， IP=1234H，则当 前指令所在内存的 物理地址为 83234H 内存
外设
从指令队列缓冲器取 出指令，进行译码， 产生各种控制信号， 控制各部件的工作
指令队列缓冲器用 于解决以往CPU取 指令期间，运算器 的等待问题
1、执行部件EU
2.1.2 8086的工作模式及引脚功能
1、8086的工作模式 8086CPU提供了两种工作模式：最小工作模式和最 大工作模式。工作在何种模式，将根据需要由硬件连接 决定。 •最小工作模式：系统中只有8086一个微处理器。在这种 系统中，所有的总线控制信号都直接由8086产生。系统 中总线控制逻辑电路最少。 •最大工作模式：系统中包括两个以上处理器，其中一个 8086做主处理器，其他处理器称为协处理器。与8086协 同工作的协处理器有用于数值运算的协处理器8087，输 入/输出协处理器8089。配置协处理器的系统，主处理器 不用处理费时的复杂运算和I/O设备服务，提高了主处理 器的运行效率。
（3）算术逻辑单元（ALU）
完成16位或者8位的算术逻辑运算。
（4）标志寄存器（Flag Register）
辅助进位标志（半 进位），字节运算 奇偶标志， 进位标志， 溢出标志，当 符号标志， 时低半个字节向高 若运算结 当加法最 运算结果超出 接受运算结 半个字节有进位或 果的低8位 高位产生 了机器所能表 果最高位的 操作数中 进位或减 借位时，AF=1 示的数的范围 值，当最高 有偶数个1， 法最高位 时，会产生溢 位为1时， 0标志，当 PF=1，否 产生借位 出，这时 SF=1，表示 运算结果为 则PF=0 时，CF=1， OF=1，否则 标志寄存器共有16位，其中7位未用，内容如下： 该数是负数 0时，ZF=1 否则CF=0 OF=0
3、总线接口部件和执行部件的管理
由于指令队列缓冲器的存在，实现了EU与输入/输出接口部件的 并行工作，从而提高了效率。总线接口部件与EU互相配合工作，其动 作有以下几方面管理原则： 当8086指令队列中有两字节空闲时，总线接口部件自动从内存中将 指令取到指令队列中， 每当EU要执行一条指令时，它就从指令队列头部取出指令，后续指 令自动向前推进。EU要花几个时钟周期执行指令。执行指令中若要访 问内存或I/O设备，
第二章 8086微处理器
8086的编程结构
8086的工作模式及引脚功能
最小模式系统
8086的操作和时序
8086的存储器及I/O组织
基础知识：8086字长为16位，内存空间为1M
2.1.1 8086的编程结构
编程结构是指从程序员和使用者的角度看到的结 构。 8086CPU由执行部件EU（Execution Unit）和总 线接口部件BIU（Bus Interface Unit）两部分组成 （如图所示）。
在8086中将1MB空间以16个字节为一个内存节，共分成64k 个节。每个节的首地址的最低4位都是0，例如从22480H—— 2248FH的内存空间即为一个内存节，这样的内存节的首地址的 高16位部分即可作为一个段的段地址，也就是说一个段的首地 址一定是某个内存节的首地址。
反过来说对么？
段寄存器
刚才提到，在8086中设有4个段寄存器 CS代码段寄存器（编写的程序代码需存放在内存中， 此时需要把其首地址的高16位存放在CS中，例如若CS值 为3000H，则意味着当前运行的程序存放在内存地址 30000H开始的单元中，） DS数据段寄存器（例如存放一个数组的数据，若 DS=2488H，则说明该数组存放在24880H开始的内存单元 中） 若某个段寄存器内容为23F0H，而 SS堆栈段寄存器 段的长度为64K，则其结束地址为： ES附加段寄存器 23F00H+07FFFH=2BEFFH
00001H
00003H
00005H
FFFFFH
64K 很明显，16位地址能够表示_____ 1/16 个单元，只占1M空间的_____，那么 00002H 剩下的单元我们该如何访问呢？ 00004H 为了解决这一问题，在8086中对内存 采取了段式管理，共分4种段： 1.代码段（存放程序代码） 2.数据段（存放程序运行时所需数据） 3.堆栈段 FFFFEH 4.附加段（附加数据段）
0101 0000 1100 1010 + 0110 1101 0111 0010
则CF= PF= AF= ZF= SF= OF=
2、总线接口部件BIU
（1）段寄存器 8086CPU内部数据结构是16位，即所有的寄存器都是16位的， 而其外部寻址空间（即内存大小）为1MB，需要 ？ 条地址线。 20 在寻址方式中经常用16位寄存器存放存储器地址
例如：
给定的某个逻辑段段地址为3008H，段内偏移地址为002FH， 则其对应的真正物理地址为：
3008H×16+002FH=300AFH
在内存中的实际存放为：
我们可以看出，在3008H段中，
30080H
…… 0000H 0001H …… 002FH …… ……
第一个单元的地址为30080H，即： 3008H×16＋0000H=30080H 最后一个单元的地址为： 3008H×16＋FFFFH=4007FH 因此，XXXXH段的地址范围为：
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF
陷阱标志，用于单步操 根据功能，8086的标志分为条件标志和控制标志。条 方向标志，在串处理 中断允许标志， 作,TF=1时,每条指令执行后产 指令中，用于控制串处 IF=1时允许可 生陷阱,进入系统控制程序 件标志（6位）用于寄存程序运行的状态信号（由硬件根据 理的方向。当DF=0时， 屏蔽中断， 运算结果自动设定），这些标志往往用作后续指令判断的依 每次操作后变址寄存器 IF=0则禁止。 据；控制标志（3位）由软件设定，用于串处理的方向控制、 SI、DI自动增量，处理 该标志可由中 中断响应允许控制及单步陷阱控制。 方向由低地址向高地址； 断控制指令设 置或清除 当DF=1时自动减量。 该标志由方向控制指令 设置或清除
T状态
T1状态：CPU向地址总线上发送地址信息（如图所示） （若是取指令周期，则发送指令的地址，若是取操作数则送 操作数地址），指出要寻址的内存单元地址或I/O端口地址。 这期间CPU还要送出地址锁存信号ALE，在ALE的下降沿将 内存单元地址或I/O端口地址打入地址锁存器（因为地址与数 据总线是分时复用的） T2状态：CPU从总线上撤消有效地址，使地址总线低16 位呈高阻状态，为数据传输做准备。总线高4位（A19~A16） 输出总线周期的状态信息，用以表示中断允许状态及正在使 用的段寄存器名称。
有关溢出的判断方法
通常CF用于无符号数运算结果的溢出判断，而OF则用 于有符号数运算结果的溢出判断。若两个正数相加（或正数 减负数）结果为负，或两个负数相加（或负数减正数）结果 为正数，则OF=1；当正数与负数相加时不会产生溢出， OF=0。例如： 1100 1010 则CF= PF= AF= + 0111 1000 ZF= SF= OF=
指令指针寄存器IP
用于存放当前指令的偏移地址，该寄存器一定与代码 段寄存器结合使用 ……
CS 指令1 （2200H）
指令2
0000H（IP）
0001H 0002H
0003H
0004H 指令3 指令4 0005H 0006H 0007H
根据条件转 0008H 移到指令2
指令5 0009H 000AH
1
10 00 01 11 11 01 00 11 01 01
地 址 加 法 器 送 出 20 位 地 址 ， 如
0 0 0 0 1 1
……
1
1 … … 1
地 址 译 码 器
87D35H
…… 87D35H ……
T状态
T3状态： A19~A16上状态信息不变，地址总线低16位上出现 CPU要写出的数据或准备读入的数据。若外设或内 存来不及与总线交换数据，以便在T4状态下结束该 总线周期，则应通过其自身的READY信号，在T3 前沿（下降沿）之前向CPU申请插入等待状态TW。 CPU在T3及TW的前沿查询READY信号，查到高电 平则结束等待状态，进入下一状态。否则继续插入TW。 T4状态：总线周期结束
（2）专用寄存器组
8086CPU除有4个16位的通用寄存器外，还有4个16 位专用寄存器，分别是：
基数指针寄存器BP(Base Pointer Register)
堆栈指针寄存器SP(Stack Pointer Register) 源变址寄存器SI(Source Index Register) 目的变址寄存器DI(Destination Index Register) BP、SP常用来指示相对于段起始地址的偏移量。BP 一般用于访问堆栈段任意单元，SP用于访问堆栈段栈顶 单元。SI、DI可用作寄存器间接地址、相对寻址、基址 变址寻址、相对基址变址寻址寄存器，访问数据段任意单 元。
EU就向总线接口部件申请总线周期，若BIU总线空闲，则立即响应； 若BIU正在取一条指令，则待取指令操作完成后响应EU的总线请求 当指令队列已满，EU又没有申请总线时，BIU进入空闲状态 当遇到转移、调用及返回指令时，自动清除指令队列缓冲器中已有 指令，从新地址开始，重新填充指令队列，以适应新的指令执行顺序