8086系统结构与8086CPU

第二章 8086体系结构与80x86CPU1．8086CPU由哪两部分构成？它们的主要功能是什么？答：8086CPU由两部分组成：指令执行部件(EU，Execution Unit)和总线接口部件(BIU，Bus Interface Unit)。

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4个部件组成，其主要功能是执行指令。

总线接口部件(BIU)主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控制电路等4个部件组成，其主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令队列中等待执行，访问存储器或I／O端口读取操作数参加EU运算或存放运算结果等。

2．8086CPU预取指令队列有什么好处？8086CPU内部的并行操作体现在哪里？答：8086CPU的预取指令队列由6个字节组成，按照8086CPU的设计要求，指令执行部件（EU）在执行指令时，不是直接通过访问存储器取指令，而是从指令队列中取得指令代码，并分析执行它。

从速度上看，该指令队列是在CPU内部，EU从指令队列中获得指令的速度会远远超过直接从内存中读取指令。

8086CPU内部的并行操作体现在指令执行的同时，待执行的指令也同时从内存中读取，并送到指令队列。

5．简述8086系统中物理地址的形成过程。

8086系统中的物理地址最多有多少个？逻辑地址呢？答：8086系统中的物理地址是由20根地址总线形成的。

8086系统采用分段并附以地址偏移量办法形成20位的物理地址。

采用分段结构的存储器中，任何一个逻辑地址都由段基址和偏移地址两部分构成，都是16位二进制数。

通过一个20位的地址加法器将这两个地址相加形成物理地址。

具体做法是16位的段基址左移4位(相当于在段基址最低位后添4个“0”)，然后与偏移地址相加获得物理地址。

由于8086CPU的地址线是20根，所以可寻址的存储空间为1M字节，即8086系统的物理地址空间是1MB。

8086CPU系统、总线操作和时序8086CPU系统、总线操作和时序第⼀节 8086的引脚信号与功能回顾：8086/8088微型计算机的组成、结构及微机系统的⼯作过程，微机系统的存储器组织及相关概念。

本讲重点：8086/8088CPU的两种⼯作模式，8086/8088CPU的外部结构，即引脚信号及其功能。

讲授内容：⼀、 8086/8088微处理器⼯作模式及外部结构1．8086/8088CPU的两种⼯作模式为了适应各种使⽤场合，在设计8088/8086CPU芯⽚时，就考虑了其应能够使它⼯作在两种模式下，即最⼩模式与最⼤模式。

所谓最⼩模式，就是系统中只有⼀个8088/8086微处理器，在这种情况下，所有的总线控制信号，都是直接由8088/8086CPU 产⽣的，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少，该模式适⽤于规模较⼩的微机应⽤系统。

最⼤模式是相对于最⼩模式⽽⾔的，最⼤模式⽤在中、⼤规模的微机应⽤系统中，在最⼤模式下，系统中⾄少包含两个微处理器，其中⼀个为主处理器，即8086/8086CPU，其它的微处理器称之为协处理器，它们是协助主处理器⼯作的。

与8088/8086CPU配合⼯作的协处理器有两类，⼀类是数值协处理器8087 另⼀类是输⼊/输出协处理器8089。

8087是⼀种专⽤于数值运算的协处理器，它能实现多种类型的数值运算，如⾼精度的整型和浮点型数值运算，超越函数（三⾓函数、对数函数）的计算等，这些运算若⽤软件的⽅法来实现，将耗费⼤量的机器时间。

换句话说，引⼊了8087协处理器，就是把软件功能硬件化，可以⼤⼤提⾼主处理器的运⾏速度。

8089协处理器，在原理上有点像带有两个DMA通道的处理器，它有⼀套专门⽤于输⼊/输出操作的指令系统，但是8089⼜和DMA控制器不同，它可以直接为输⼊/输出设备服务，使主处理器不再承担这类⼯作。

所以，在系统中增加8089协处理器之后，会明显提⾼主处理器的效率，尤其是在输⼊/输出操作⽐较频繁的系统中。

第二章8086/8088微处理器及其系统结构内容提要：1．8086微处理器结构：CPU内部结构：总线接口部件BIU，执行部件EU；CPU寄存器结构：通用寄存器，段寄存器，标志寄存器，指令指针寄存器；CPU引脚及其功能：公用引脚，最小模式控制信号引脚，最大模式控制信号引脚。

2．8086微机系统存储器结构：存储器地址空间与数据存储格式；存储器组成；存储器分段。

3．8086微机系统I/O结构4．8086最小/最大模式系统总线的形成5．8086CPU时序6．最小模式系统中8086CPU的读/写总线周期7．微处理器的发展学习目标1．掌握CPU寄存器结构、作用、CPU引脚功能、存储器分段与物理地址形成、最小/最大模式的概念和系统组建、系统总线形成；2．理解存储器读/写时序；3．了解微处理器的发展。

难点：1．引脚功能，最小/最大模式系统形成；2．存储器读/写时序。

学时：8问题：为什么选择8088/8086？•简单、容易理解掌握•与目前流行的P3、P4向下兼容，形成x86体系•16位CPU目前仍在大量应用思考题1、比较8086CPU与8086CPU的异同之处。

2、8086CPU从功能上分为几部分?各部分由什么组成?各部分的功能是什么?3、CPU的运算功能是由ALU实现的，8086CPU中有几个ALU?是多少位的ALU?起什么作用?4、8086CPU有哪些寄存器?各有什么用途?标志寄存器的各标志位在什么情况下置位?5、8086CPU内哪些寄存器可以和I/O端口打交道，它们各有什么作用?6、8086系统中的物理地址是如何得到的?假如CS=2400H，IP=2l00H，其物理地址是多少?思考题1.从时序的观点分析8088完成一次存储器读操作的过程？2.什么是8088的最大、最小模式？3.在最小模式中，8088如何产生其三总线？4.在最大模式中，为什么要使用总线控制器？思考题1.试述最小模式下读/写总线周期的主要区别。

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 。

8086系统结构与8086CPU详解8086是Intel公司于1978年推出的16位微处理器，是第一个被广泛应用于个人电脑的微处理器。

指令执行单元是8086的核心部分，它包括指令队列和执行单元。

指令队列用于存储将要执行的指令，执行单元根据指令队列中的指令来执行相应的操作。

8086采用流水线执行模式，使指令的执行更高效。

8086有14个寄存器，其中有4个通用寄存器AX、BX、CX和DX，其分别可以作为数据寄存器、地址寄存器、指针寄存器和变址寄存器使用。

AX寄存器可以拆分为两个独立的8位寄存器AH和AL，分别用于存储高8位和低8位数据。

除了通用寄存器外，8086还有4个段寄存器CS、DS、ES和SS，用于存储程序的代码段、数据段和堆栈段的物理地址。

内存管理单元用于实现8086的内存管理功能。

8086采用分段分页的内存管理模式，通过段寄存器和偏移地址来访问内存。

段寄存器存储段的起始地址，偏移地址表示从段起始地址开始的偏移量。

通过这种方式，8086可以寻址1MB的内存空间。

8086使用外部总线与其他设备进行通信。

它包括地址总线、数据总线和控制总线。

地址总线用于传输地址信息，数据总线用于传输数据，控制总线用于传输控制信号。

8086的地址总线宽度为20位，可以寻址1MB的内存空间。

除了系统结构，了解8086的CPU结构也是很重要的。

8086包括指令流水线、ALU、寄存器组、时钟和控制单元等部分。

指令流水线用于提高指令执行的效率，将指令的执行过程分为取指令、译码、执行和写回四个阶段，并行地执行不同的指令。

ALU（算术逻辑单元）用于进行算术和逻辑运算。

寄存器组包括通用寄存器和段寄存器，用于存储数据和地址信息。

8086的时钟是由外部提供的，它通过时钟和控制单元来对指令的执行进行控制。

总的来说，8086的系统结构和CPU结构共同组成了一个完整的微处理器系统。

通过了解其结构，可以更好地理解8086的工作原理和性能特点，为编程和系统设计提供指导。

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.。

第二章 8086体系结构与80x86CPU1．8086CPU由哪两部分构成它们的主要功能是什么答：8086CPU由两部分组成：指令执行部件(EU，Execution Unit)和总线接口部件(BIU，Bus Interface Unit)。

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4个部件组成，其主要功能是执行指令。

总线接口部件(BIU)主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控制电路等4个部件组成，其主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令队列中等待执行，访问存储器或I／O端口读取操作数参加EU运算或存放运算结果等。

2．8086CPU预取指令队列有什么好处8086CPU内部的并行操作体现在哪里答：8086CPU的预取指令队列由6个字节组成，按照8086CPU的设计要求，指令执行部件（EU）在执行指令时，不是直接通过访问存储器取指令，而是从指令队列中取得指令代码，并分析执行它。

从速度上看，该指令队列是在CPU内部，EU从指令队列中获得指令的速度会远远超过直接从内存中读取指令。

8086CPU内部的并行操作体现在指令执行的同时，待执行的指令也同时从内存中读取，并送到指令队列。

5．简述8086系统中物理地址的形成过程。

8086系统中的物理地址最多有多少个逻辑地址呢答：8086系统中的物理地址是由20根地址总线形成的。

8086系统采用分段并附以地址偏移量办法形成20位的物理地址。

采用分段结构的存储器中，任何一个逻辑地址都由段基址和偏移地址两部分构成，都是16位二进制数。

通过一个20位的地址加法器将这两个地址相加形成物理地址。

具体做法是16位的段基址左移4位(相当于在段基址最低位后添4个“0”)，然后与偏移地址相加获得物理地址。

由于8086CPU的地址线是20根，所以可寻址的存储空间为1M字节，即8086系统的物理地址空间是1MB。

第二章8086体系结构与80x86CPU1.8086CPU由哪两部分构成？它们的主要功能是什么？答：8086CPU由两部分组成：指令执行部件①小Execution Unit）和总线接口部件①卬，Bus Interface Unit）。

指令执行部件^^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4个部件组成，其主要功能是执行指令。

总线接口部件（8口）主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控制电路等4个部件组成，其主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令队列中等待执行，访问存储器或1/0端口读取操作数参加EU运算或存放运算结果等。

2.8086CPU预取指令队列有什么好处？8086CPU内部的并行操作体现在哪里？答：8086CPU的预取指令队列由6个字节组成，按照8086CPU的设计要求，指令执行部件^^在执行指令时，不是直接通过访问存储器取指令，而是从指令队列中取得指令代码，并分析执行它。

从速度上看，该指令队列是在CPU 内部，EU从指令队列中获得指令的速度会远远超过直接从内存中读取指令。

8086CPU内部的并行操作体现在指令执行的同时，待执行的指令也同时从内存中读取，并送到指令队列。

5.简述8086系统中物理地址的形成过程。

8086系统中的物理地址最多有多少个？逻辑地址呢？答：8086系统中的物理地址是由20根地址总线形成的。

8086系统采用分段并附以地址偏移量办法形成20位的物理地址。

采用分段结构的存储器中，任何一个逻辑地址都由段基址和偏移地址两部分构成，都是16位二进制数。

通过一个20位的地址加法器将这两个地址相加形成物理地址。

具体做法是16位的段基址左移4位（相当于在段基址最低位后添4个“0”），然后与偏移地址相加获得物理地址。

由于8086CPU的地址线是20根，所以可寻址的存储空间为1M字节，即8086系统的物理地址空间是1MB。

第二章第二章 8086 8086系统结构系统结构主要内容：§2-1 8086CPU 系统结构§2-2 8086CPU 的引脚功能和系统配置 §2-3 8086存储器组织 §2-4 8086CPU 时序 §2-1 1 8086CPU 8086CPU 系统结构系统结构 一、引言1、8086：Intel 系列的16位微处理器，16条数据线、20条地址线，可寻址地址范围220=1MB，8086工作时，只要一个5V 电源和一个时钟，时钟频率分别有5MHz，8MHz 和10MHz。

2、8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，只是外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。

8088有20条地址线，所以可寻址的地址空间达220即1M 字节。

图2-1 8086CPU 内部结构框图（★）二、8086CPU 的内部结构1、总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）它是8086CPU 与外部（存储器和I/O 端口）数据交换的接口。

它提供了16位双向数据总线和20位地址总线，通过它们完成所有外部总线操作。

图2-2 总线接口部件（★）（1）总线接口部件的功能地址形成、取指令、指令排队、读/写操作数和总线控制。

（2）组成部分① 四个段地址寄存器（主要用于存放各段的首地址） CS：16位代码段寄存器； DS：16位数据段寄存器； ES：16位附加段寄存器； SS：16位堆栈段寄存器。

② 16位指令指针寄存器IP（PC）。

存放下一条要执行指令的偏移地址。

③ 20位的地址加法器。

将16位的逻辑地址转换成访问存储器的20位的物理地址。

④ 六字节的指令队列缓冲器。

功能：可存储6字节指令代码，在执行指令的同时，将取下一条指令，当指令队列有2个或2个以上的字节空余时，BIU自动将指令取到指令队列中。

CPU执行完一条指令后，可以指向下一条指令（流水线技术）。

8086cpu知识点总结8086 CPU 是 Intel 公司于 1978 年推出的第一款 16 位微处理器，它奠定了后来计算机发展的基础，为后续的计算机体系结构设计奠定了基础，其后续版本的处理器也是以其为基础进行设计。

这篇文章将对 8086 CPU 的架构、指令系统、寻址方式、操作模式、管脚、寄存器组、数据通路和控制信号等知识点进行详细的总结，以便更好地理解和掌握该处理器的相关知识。

一、8086 CPU 架构8086 CPU 是一种 16 位微处理器，其架构主要包括三部分：执行单元 (EU)、总线接口单元(BIU) 和通用寄存器组成。

EU 负责执行指令、算术运算和逻辑运算，同时与 BIU 进行数据交换；BIU 负责处理数据传输、地址生成和取指令等操作；通用寄存器组包括 4 个 16 位通用寄存器 AX、BX、CX 和DX，其中 AX 寄存器作为中央处理器 (CPU) 的数据寄存器，用于存放运算结果。

8086 CPU 内部结构由许多部件组成，包括寄存器、运算器、时钟、分频器、全速脉冲发生器、指令译码器、片选逻辑、地址生成器、数据总线缓冲器、地址总线驱动器、总线控制器、中断控制器、中断识别器、数据缓冲器等。

这些部件共同组成了 8086 CPU 的内部结构，为其正常工作提供了支持。

二、8086 CPU 指令系统8086 CPU 的指令系统包括数据传输指令、算术运算指令、逻辑运算指令、串处理指令、控制转移指令、程序调用和返回指令、中断指令等。

这些指令可以根据其功能和操作数的不同进行分类。

数据传输指令包括将数据从一个位置传送到另一个位置的指令，其中包括 MOV、XCHG、LEA 等指令；算术运算指令包括实现加法、减法、乘法、除法等运算的指令，其中包括ADD、SUB、MUL、DIV 等指令；逻辑运算指令包括实现与、或、非、异或等逻辑运算的指令，其中包括 AND、OR、NOT、XOR 等指令；串处理指令包括在存储器中进行字符串操作的指令，其中包括 MOVSB、MOVSW、CMPSB、SCASB 等指令；控制转移指令包括跳转、调用、返回等指令，其中包括 JMP、CALL、RET 等指令；程序调用和返回指令包括实现过程调用和返回的指令，其中包括 INT、IRET 等指令；中断指令包括控制中断处理的相关指令，其中包括 INT、IRET 等指令。