第三章：8086微处理器结构

8086微处理器内部结构基本组成指令执行部件EU组成算术逻辑单元(ALU) 、标志寄存器、通用寄存器和EU 控制系统等部件功能执行指令总线接口部件BIU组成地址加法器、专用寄存器组、指令队列缓冲器和总线控制逻辑等部件功能形成访问存储器的物理地址，与外部（存储器或I/O 接口）进行联系内部寄存器结构通用寄存器组通用寄存器组数据寄存器地址指针和变址寄存器段寄存器组控制寄存器组指令指针寄存器IP1（16位）用来存放将要取出的下一条指令在代码段中的偏移地址。

在程序运行过程中， BIU 可修改IP 中的内容，使它始终指向将要取出的下一条指令。

标志寄存器FLAGS（双字）有9 个标志位，其中6个用来表示运算结果的状态，包括CF 、PF 、AF、ZF 、SF 和OF ，称为状态标志位，另外3 个是控制标志位，用来控制CPU 的操作，包括IF 、DF 和TF。

标志位2CFCarry Flag——进位标志位如果做加法时最高位产生进位或做减法时最高位产生借位，则CF=1 ，否则CF=0。

PFParity Flag——奇偶标志果操作结果的低八位中含有偶数个1 ，则PF= 1,否则PF=0 。

AFAuxiliary Carry Flag——辅助进位标志位如果做加法时，D3位有进位；做减法时，D3位有借位，则AF=1 ，否则AF=0。

ZFZero Flag——零标志位如果运算结果各位都为0，则ZF = 1 ，否则ZF=0SFSign Flag——符号标志位。

如果运算结果的最高位为1 ，则SF= 1 ，否则SF=0 。

OFOverllow Flag——溢出标志在加或减运算中结果超出8位或16位有符号数所能表示的数值范围时，产生溢出，OF= 1 ，否则OF=0 。

IFInterrupt Flag——中断标志位TFTrap Flag——单步标志位DFDirection Flag——方向标志位存储管理存储器的分段逻辑地址和物理地址逻辑地址由段地址和偏移地址两个部分构成。

8086结构组成8086是一款16位微处理器，它的结构组成非常复杂。

本文将从以下几个方面来详细介绍8086的结构组成。

一、总体结构8086由三个主要部分组成：执行单元（EU）、总线接口单元（BIU）和寄存器组。

1.执行单元：负责执行指令并进行算术和逻辑运算。

2.总线接口单元：负责与外部设备通信并控制数据传输。

3.寄存器组：包括通用寄存器、段寄存器和指令指针寄存器等。

二、执行单元1.指令队列指令队列是执行单元中的一个重要部分，它可以存储多条指令，以便快速地进行取指令操作。

当EU需要执行一条新的指令时，它会从队列中取出下一条指令并开始执行。

2.算术逻辑单元算术逻辑单元（ALU）是执行单元中的核心部分，它可以进行各种算术和逻辑运算，如加、减、乘、除、与、或等操作。

ALU还可以处理条件跳转和无条件跳转等控制操作。

3.状态标志寄存器状态标志寄存器（FLAGS）用于记录ALU运算的结果，以便EU进行下一步操作。

FLAGS寄存器包括零标志位、进位标志位、溢出标志位等。

三、总线接口单元1.地址加法器地址加法器（AFA）是BIU的核心部分，它可以将内部地址转换为外部地址，并控制数据传输。

2.指令缓存器指令缓存器（IC）用于存储从内存中读取的指令。

当EU需要执行一条新的指令时，BIU会从IC中取出相应的指令并传输给EU。

3.数据缓存器数据缓存器（DC）用于暂时存储从内存中读取或写入的数据。

当EU 需要访问内存时，BIU会将相应的数据传输到DC中，EU再从DC中读取或写入数据。

四、寄存器组1.通用寄存器8086有8个16位通用寄存器，分别命名为AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP。

这些寄存器可以用于保存临时数据和计算结果等。

2.段寄存器8086有4个16位段寄存器，分别命名为CS、DS、ES和SS。

这些寄存器用于保存程序和数据在内存中的位置信息。

3.指令指针寄存器指令指针寄存器（IP）用于保存下一条指令在内存中的地址。

8086微处理器的功能与结构四、80x86微处理器的结构和功能(一)80x86微处理器1.8086/8088主要特征(1)16位数据总线(8088外部数据总线为8位)。

(2)20位地址总线，其中低16位与数据总线复用。

可直接寻址1MB存储器空间。

(3)24位操作数寻址方式。

(4)16位端口地址线可寻址64K个I/O端口。

(5)7种基本寻址方式。

有99条基本指令。

具有对字节、字和字块进行操作的能力。

(6)可处理内部软件和外部硬件中断。

中断源多达256个。

(7)支持单处理器、多处理器系统工作。

2.8086微处理器内部结构8086微处理器的内部结构由两大部分组成，即执行部件EU(Execution Unit)和总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)。

和一般的计算机中央处理器相比较，8086的EU相当于运算器，而BIU则类拟于控制器。

3.8086最小模式与最大模式及其系统配置最小模式在结构上的特点表现为:系统中的全部控制信号直接来自8086CPU。

与最小模式相比，最明显的不同是系统中的全部控制信息号不再由8086直接提供，而是由一个专用的总线控制器8288输出的。

4.8087与8089处理机简述(1)8087协处理机8087协处理机与8086组合在一起工作，以弥补8086在数值运算能力方面的不足，所以它又称为协处理机。

(2)8089I/O处理机8089是一个带智能的I/O接口电路，相当于大型机中的通道，它将CPU的处理能力与DMA控制器结合在一起。

它具有52条基本指令，1MB的寻址能力，包含两个DMA通道。

8089也可以与8086联合在一起工作，执行自己的指令，进行I/O 操作，只在必需时才与8086进行联系。

在8089的控制下，可以进行外设与存储器之间、存储器与存储器之间以及外设与外设之间的数据传输。

同时，8089还可以设定多种终止数据传输的方式。

5.总线时序一个基本的总线周期包括4个时钟周期，即4个时钟状态T 1 、T2 、T3 和T4 。

第3章 8086微处理器与存储器的编程结构1．教学目的:掌握INTEL80X86微处理器概况以及基于微处理器的计算机系统构成，为汇编语言编程奠定基础。

2．教学要求：①了解INTEL80X86微处理器概况②理解基于微处理器的计算机系统构成③熟练掌握汇编语言编程所需的CPU功能结构、微机存储器（MEM）组织和微机接口组织等基础知识3．教学重点：①微处理器的功能结构②微存储器组织4．掌握难点：①微处理器的寄存器组②存储器寻址5．教学进程安排：P20～406．教学方法：①一般叙述INTEL80X86微处理器概况以及基于微处理器的计算机系统构成②重点讲授微处理器的功能结构和微存储器组织7．教学内容摘要：3.1 80X86微处理器概述3.1.1 微处理器发展简介1．Intel 8086微处理器2．Intel 80386微处理器3．Intel 80486微处理器4．Intel 奔腾（Pentium）处理器5．Intel 奔腾Ⅱ处理器6．Intel 奔腾Ⅲ处理器7．Intel 奔腾Ⅳ处理器3.1.2 与微处理器相关的概念1. 芯片集成度2. 微处理器主频3. 系统总线, 系统总线一般分三类：（1）数据总线（DATA BUS，DB）（2）地址总线（ADDRESS BUS，AB）（3）控制总线（CONTROL BUS，CB）4. 程序存储及存储器组织5. 处理器运算速度3.2 基于微处理器的计算机系统构成微型计算机系统包括硬件和软件两部分。

3.2.1 硬件系统图3.1给出了微型计算机组成框图。

1．运算器2．控制器3．存储器，（1）“读操作”：是指CPU将存储器中存储的某一部分信息取出来进行处理的操作。

（2）“写操作”：是指CPU用新的信息刷新存储器原来存储的某一部分内容的操作。

（3）注意：存储器的读/写操作是以字节为单位按存储器存储单元地址进行的。

4．输入/输出设备图3.1 微型计算机硬件系统组成把运算器、控制器、主存储器和输入/输出接口称为组成计算机硬件系统的五大部件。

8086结构组成一、简介8086是英特尔（Intel）公司于1978年推出的16位微处理器，是第一款具有高度通用性的微处理器。

8086结构包括各种功能部件，如寄存器组、运算单元、控制单元等。

本文将详细介绍8086的结构组成和各个组成部分的功能。

二、8086结构组成1. 寄存器组8086包含了多个寄存器，用于存储各种数据和地址信息。

寄存器组包括通用寄存器、指令指针寄存器、段寄存器等。

1.1 通用寄存器8086拥有四个16位的通用寄存器：AX、BX、CX、DX。

这些寄存器可以用于存储数据、地址以及进行运算。

1.2 指令指针寄存器指令指针寄存器IP存储当前执行指令的地址，可以进行程序的跳转和控制。

1.3 段寄存器8086采用段寄存器和偏移地址的方式来定位内存中的数据。

段寄存器包括代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES。

2. 运算单元8086拥有一个功能强大的运算单元，可以执行各种运算和逻辑操作。

运算单元包括算术逻辑单元ALU、标志寄存器FLAGS等部件。

2.1 算术逻辑单元（ALU）ALU是8086中重要的组成部分，负责执行各种算术和逻辑运算，如加法、减法、与、或等。

2.2 标志寄存器（FLAGS）FLAGS寄存器用于存储运算结果的状态信息，包括进位标志、零标志、溢出标志等。

这些标志位可以帮助程序进行条件分支和判断。

3. 控制单元控制单元是8086中负责控制和协调各个部件工作的组成部分。

主要包括指令译码器、时钟发生器等。

3.1 指令译码器指令译码器用于解析指令，将指令转化为相应的控制信号，控制其他部件的工作。

3.2 时钟发生器时钟发生器为8086提供稳定的时钟信号，用于同步各个部件的工作，确保指令能够按序执行。

4. 外部接口8086能够与外部设备进行通信，包括输入输出接口和存储器接口。

4.1 输入输出接口输入输出接口负责将内部数据和外部设备进行数据交换，通过输入输出指令控制。

8086CPU的组成8086CPU是一种早期的微处理器，用于计算机的中央处理单元（CPU）。

它由多个组件组成，包括逻辑单元、寄存器、内存控制器、输入/输出单元等。

以下是对8086CPU组成的详细描述：1. 逻辑单元：8086CPU的逻辑单元包括各种控制单元和调度单元，用于处理指令、数据和内存访问请求。

这些逻辑单元负责协调各个组件之间的操作，确保CPU能够高效地执行任务。

2. 寄存器：8086CPU使用多个寄存器来存储数据和处理指令。

这些寄存器用于临时存储数据、操作数和结果，并支持CPU执行各种操作。

3. 内存控制器：8086CPU的内存控制器负责与主存储器（如RAM）进行通信，以快速访问数据和指令。

内存控制器通过内部总线与逻辑单元和其他组件进行交互，确保数据传输的效率和准确性。

4. 输入/输出单元：8086CPU的输入/输出单元负责与外部设备进行通信。

这些设备包括显示器、键盘、鼠标、硬盘驱动器等。

输入/输出单元通过接口与外部设备连接，并处理与它们的通信和数据传输。

5. 时钟和电源管理：8086CPU需要一个时钟信号来控制其操作速度。

时钟信号的频率决定了CPU的执行速度。

此外，8086CPU还具有电源管理功能，以确保各个组件在需要时获得适当的电源，并在不需要时关闭以节省能源。

总的来说，8086CPU由多个组件组成，这些组件协同工作以实现高效的计算任务。

它具有强大的逻辑单元、寄存器、内存控制器和输入/输出单元，以及时钟和电源管理功能，使其成为早期计算机系统的重要组成部分。

这些组件的组合和协同工作，使得8086CPU能够处理复杂的指令和数据，并支持计算机系统的正常运行。

8086CPU 的结构与功能CPU 结构与功能不管什么型号的CPU ，其内部均有这四⼤部件1. ALU ：算术逻辑单元2. ⼯作寄存器：分为数据寄存器和地址寄存器⼯作寄存器的⽬的是为了提⾼运算速度，希望参与运算的数据不从外部存储器去取数据，⽽是在CPU 内部取，所以要有能暂存少量数据的寄存器。

数据寄存器是专门存放数据的，地址寄存器是专门存放地址，进⾏间接寻址⽅式，但当地址寄存器不提供地址时，也可以⽤来暂存数据。

3. 控制器：中央指挥机关4. I/O 控制逻辑电路⼀般CPU 执⾏存储器（按字节组织）⾥⾯指令过程如下：1. CPU 通过控制器部件⾥⾯的程序计数器（PC ）给外部存储器的地址引脚输出地址（通过地址总线AB ），同时CPU 给存储器发送读操作命令；2. 在读操作下，就把这个地址单元的指令代码通过数据总线（DB ），取回来放在指令寄存器⾥⾯（IR ），注意此时因为指令没有执⾏完，所以PC 还不能去往下⼀条指令，IR 没有地⽅放数据。

3. 指令译码器（ID ）不断检测指令寄存器有没有数据，有的话就把指令取⾛放在ID ⾥⾯，取来的指令就被ID 译码分析，就知道这个指令希望CPU 做什么，怎么做；4. ID 通知控制逻辑部件，在相应的控制引脚发出相应的有效命令（读，写等）；5. 此条指令执⾏完，IR 为空，PC ⾃动增加到下⼀条指令的地址，执⾏下⼀条指令流程。

如果指令为n 字节，PC ⾃动增n 。

因为在取指令时候，不能执⾏指令，在执⾏指令时候，不能取指令，因此这种架构CPU 是取指令->执⾏指令->取指令...这样循环下去。

CPU 执⾏效率不⾼。

堆栈由先进后出原则组织的存储器区域，称为堆栈。

单⽚机应⽤中，堆栈是个特殊存储区，堆栈属于RAM 空间的⼀部分，堆栈⽤于函数调⽤、中断切换时保存和恢复现场数据（临时数据）。

对于8006 CPU ⽽⾔，堆栈操作是按字操作。

堆栈单元的地址指针由堆栈指针寄存器SP 的内容提供。

8086cpu的结构和功能8086CPU是由英特尔公司开发的一款经典的16位微处理器。

它是在20世纪80年代初面世的，也是当时最新一代的微处理器。

8086CPU具有复杂的结构和强大的功能，为计算机技术的发展做出了重要贡献。

本文将从多个方面介绍8086CPU的结构和功能。

首先，我们来了解8086CPU的整体结构。

8086CPU包括两个主要部件：执行部件和总线控制部件。

执行部件由数据总线单元（DBU）、算术逻辑单元（ALU）和寄存器组成，负责实际进行数据的处理和运算。

总线控制部件包括指令队列、指令译码器和时序控制器，负责控制数据和指令的传输以及处理器的时序控制。

这种分离的结构使得8086CPU 具有高效的指令执行能力。

其次，我们来探讨8086CPU的功能特点。

8086CPU具有许多强大的功能，包括多种数据类型支持、分段式寻址、以及可扩展的指令集等。

首先是多种数据类型支持。

8086CPU支持多种数据类型，包括字节、字和双字等。

这使得它能够处理各种不同类型的数据，适应了不同应用场景的需求。

其次是分段式寻址。

8086CPU采用分段式寻址的方式，将内存划分为多个段，每个段具有独立的段地址。

这种寻址方式可以灵活地管理内存，提高内存的利用率，并且方便编程。

最后是可扩展的指令集。

8086CPU的指令集非常丰富，包括各种数据处理、逻辑控制、输入输出、以及字符串操作等指令。

同时，8086CPU还支持通过软件扩展指令集，满足用户的个性化需求。

总之，8086CPU作为一款经典的微处理器，具有复杂的结构和强大的功能。

它为计算机技术的发展做出了重要贡献，为后续的微处理器设计奠定了基础。

通过多种数据类型支持、分段式寻址和可扩展的指令集等特点，8086CPU实现了高效的数据处理和灵活的内存管理，为用户的应用提供了广泛的功能支持。

参考文献：1. Patterson, D.A., & Hennessy, J.L. (2017). Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann.2. Kip Irvine. (2016). Assembly Language for x86 Processors. Pearson.。

8086CPU的结构1. 8086 CPU的内部结构1）指令执行部件指令执行部件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。

一般情况下指令顺序执行，EU可不断地从BIU 指令队列缓冲器中取得执行的指令，连续执行指令，而省去了访问存储器取指令所需的时间。

如果指令执行过程中需要访问存储器存取数据时，只需将要访问的地址送给BIU，等待操作数到来后再继续执行。

遇到转移类指令时则将指令队列中的后续指令作废，等待BIU重新从存储器中取出新的指令代码进入指令队列缓冲器后，EU才能继续执行指令。

这种情况下，EU和BIU的并行操作回受到一定的影响，但只要转移类指令出现的频率不是很高，两者的并行操作仍然能取得较好的效果。

EU中的算术逻辑运算部件A LU可完成16位或8位二进制数的运算，运算结果一方面通过内部总线送到通用寄存器组或BIU的内部寄存器中以等待写到存储器；另一方面影响状态标志寄存器FR的状态标志位。

16位暂存器用于暂时存放参加运算的操作数。

EU控制器则负责从BIU的指令队列缓冲器中取指令、分析指令（即对指令译码），然后根据译码结果向EU内部各部件发出控制命令以完成指令的功能。

2）总线接口部件BIU总线接口部件BIU主要有地址加法器、专用寄存器组、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。

BIU中地址加法器将来自于段寄存器的16位地址段首地址左移4位后与来自于IP寄存器或EU提供的16位偏移地址相加（通常将“段首地址：偏移地址”称为逻辑地址），形成一个20位的实际地址（又称为物理地址），以对1MB的存储空间进行寻址。

具体讲：当CPU执行指令时，BIU根据指令的寻址方式通过地址加法器形成指令在存储器中的物理地址，然后访问该物理地址所对应的存储单元，从中取出指令代码送到指令队列缓冲器中等待执行。