微机原理与单片机技术 8086微处理器及其系统共77页

20位
地址总线 地址加法器
16位
数据总线 CS
DS
SS ES
IP 内部暂存器
总线控
外部
制逻辑 8086总线设备
ALU
EU 控制
电路
标志寄存器 执行部件（EU）
8位 1 234 56
队列总线 指令队列缓冲器
总线接口部件（BIU）
第3章 8086微型计算机系统
1、执行部件EU
❖ EU组成： ▪ 算术逻辑单元（ALU），可完成8位或16位 操作数进行算术或逻辑运算； ▪ 8个16位通用寄存器（AX、BX、CX、DX、 SI、DI、SP和BP）； ▪ 标志寄存器； ▪ 控制电路。
EU
BIU
指令队列
❖EU负责指令的执行；
❖BIU负责CPU与存储器、I/O设备之间的数据传 送。
第3章 8086微型计算机系统
3.1.1 8086微处理器的结构
通用寄存器
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL
BP SP SI DI
数据 寄存器
指针 和变址 寄存器
16位 ALU数据总线
2、总线接口部件BIU
2）指令指针寄存器IP ❖ 指令指针寄存器IP提供下一条要取出的指令所
在存储单元的16位偏移地址。
第3章 8086微型计算机系统
2、总线接口部件BIU
3）地址加法器
❖ 8086CPU采用段地址、段内偏移地址两级存储器寻址 方式，由一个20位地址加法器根据16位段地址和16位 段内偏移地址计算出20位的物理地址PA（Physical Address）。
❖ BIU功能：负责CPU与存储器、I/O设备之间的 数据传送。具体包括：

T1 CLK 总线周期 T2 T3 T4
指令周期
1、执行一条指令所需要的时间称为指令周期。 执行一条指令的时间是取指令、执行指令、 取操作数、存放结果所需时间的总和。用所 需的时钟周期数表示。
指令周期
2、不同指令的执行时间(即指令周期)是不同的; 同一类型的指令，操作数不同，指令周期也不同。
MOV MUL BX, AX BL 2个T周期 个 周期 70~77个T周期 个 周期 14个T周期 个 周期
3.控制寄存器 IP PSW
IP 指令指针寄存器 用来控制CPU的指令执行顺序，它 和代码段寄存器CS一起可以确定当前所要取的指令的内存地 址。 PSW 状态。 用来存放8086 CPU在工作过程中的
标志寄存器
8086的编程结构 的编程结构——执行部件 执行部件 的编程结构
PSW 唯一能按位操作的寄存器 只定义了其中9位，另外7位未定义（不用） 6位状态标志：OF、SF、ZF、PF、CF、AF 3位控制标志：DF、IF、TF 反映指令对数据作用之后，结果的状态（不是结果本身）。 这些状态将控制后续指令的执行。
•系统的复位 系统的复位 和启动 •总线操作 总线操作 •中断操作和 中断操作和 中断系统
•8086的存储 8086的存储 8086 器组织 •8086的I/O 8086的 8086 组织
16位微处理器 位微处理器8086 位微处理器
8086/8088微处理器内部结构 1 8086/8088微处理器内部结构 8086/8088微处理器中的内部寄存器 2 8086/8088微处理器中的内部寄存器 8086/8088微处理器外部基本引脚与工作模式 3 8086/8088微处理器外部基本引脚与工作模式 8086/8088的存储器组织 4 8086/8088的存储器组织 CPU的工作时序 5 8086 CPU的工作时序 6 系统总线的形成

– 将偏移地址与左移4位后的段 寄存器内容同时送到地址加 法器，相加后形成20位实际 地址。
15
0
0000 段地址
左移4位
19
0
存储器实际地址 实际地址
(物理地址)
11
指令指针寄存器
16位指令指针(Instruction Pointer, IP) – IP中含有BIU要取的下一条指令(字节)的偏移地址。 – IP在程序运行中自动加1，指向要执行的下一条指令 (字节)。 – 有些指令能使IP值改变或使IP值压进堆栈，或由堆栈 弹出恢复原址。
12
执行单元组成
16位算术逻辑单元 (ALU) 算术、逻辑运算，计算16位偏移量
16位标志寄存器F CPU的运算状态特征或存放控制标志
数据暂存寄存器 协助ALU完成运算
通用寄存器组 4个16位数据寄存器，4个16位指针与变址寄存器
EU控制电路 控制、定时与状态逻辑电路
13
8086的寄存器结构
8086 内部寄存器结构共有13个16位寄存器和1个只用了9位 的16位标志寄存器。（共14个16位寄存器）
14
通用寄存器（一）
① 数据寄存器 ② 4个16位：AX，BX，CX，DX
8088是准16位微处理器。内部寄存器、运算器以及内部 数据总线都是16位，但外部数据总线为8条。
4
CPU内部结构（一）
从功能上讲，可分为两个独立的部分，并行重叠操作：
5
CPU内部结构（二）
总线接口单元 (Bus Interface Unit, BIU)： 负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。即
6
EU与BIU
• 当EU从指令队列中取走指令，指令队列出现空字节 时，BIU就自动执行一次取指令周期，从内存中取 出后续的指令代码放入队列中；

EU 控 制系统
执行单元 EU
指令队列 队列总线 （8位） 1 2 3 4 5 6
8088
总线接口 单元BIU
8086
8086 CPU 工作特点
8位微处理器的程序执行方式
8086程序的执行过程
BIU中的指令队列为FIFO. 6个中有2个以上为空闲时，BIU会自动把指令 放到指令队列中
2.1.2 8086 CPU 的寄存器配置
AD15~AD8 AD7~AD0
传输的字节
高低字节同时传送(从偶地址传 送一个字） 从奇数地址传送高字节
从偶数地址传送低字节 无操作 从奇地址传送一个字 第一次传送低8位(于奇地址） 第二次传送高8位(于偶地址）
2．存储器的分段结构
8086CPU的内部寄存器是16位的，寄存器直接寻址的 内存空间只能是64KB。8086是采用地址分段的方法 把1MB的存储空间分为若干段来使用，每段最多 64KB，在段内寻址仍可采用传统的16位地址寻址方 法。每个段不一定都是64KB，可以小于它，段与段 之间可以是连续的、分开的、部分重叠的，也可以是 完全重叠的。
① 状态(条件)标志：OF、SF、ZF、CF、AF、PF② 控 制标志位：DF、IF、TF。
① 条件码标志
条件码标志用来记录程序中运行结果的状态信息，它们是根据有关指令 的运行结果由CPU自动设置的。由于这些状态信息往往作为后续条件转 移指令的转移控制条件，所以称为条件码。
进位标志：CF，记录运算时最高有效位产生的进位 值。 符号标志：SF，记录运算结果的符号。结果为负时 置1，否则置0。 零标志： ZF，运算结果为0时ZF位置1，否则置0。
最大模式：多CPU模式，指系统中有两个或者两个以上的微处理器，其中 一个是主处理器8086，而其它的都是协处理器，控制信号是通过8288总线 控制器提供的。

15 0
15 0
二、寄存器结构
*
AX BX CX DX
AH
BH
CH
DH
AL
BL
CL
DL
通用寄存器
15 8 7 0
累加器
基址寄存器
计数寄存器
15 0
段寄存器
*
CS
DS
SS
ES
AX BX CX DX
SP
BP
SI
DI
AH
BH
CH
DH
AL
BL
CL
DL
累加器
基址寄存器
计数寄存器
数据寄存器
代码段寄存器
数据段寄存器
堆栈段寄存器
附加段寄存器
堆栈指针寄存器
基址指针寄存器
源变址寄存器
目的变址寄存器
IP
PSW
*
寄存器的作用 存放运算过程中所需要的操作数地址、操作数及中间结果。
寄存器的特点 存取速度比存储器快得多。
寄存器的分类
通用寄存器组 指针和变址寄存器 段寄存器 指令指针及标志位寄存器。
CS
DS
SS
ES
AX BX CX DX
SP
BP
SI
DI
AH
BH
CH
DH
AL
BL
CL
DL
累加器
基址寄存器
计数寄存器
堆栈段寄存器
附加段寄存器
堆栈指针寄存器
基址指针寄存器
源变址寄存器
目的变址寄存器
IP
PSW
指令指针寄存器
标志寄存器
指令指针和标志寄存器
指针和变址寄存器
段寄存器
通用寄存器

• 最小工作模式是 8086 CPU 最基本的配置，是单微处理 器系统。
– 1．时钟发生器8284 – 8086典型配置中有一个时钟发生器8284A，它的功能为：产生 系统的时钟信号，对准备信号READY及复位信号RESET进行同 步。 – 2．地址锁存器8282/8283 – 8282是8位地址锁存器，三态传输。它有8个输入端DI0～DI7和8 个输出端DO0～DO7。
2018/10/11
15
2.2.2 存储器分段
• •
1．分段 8086程序把1MB的存储空间看成为一组存储段，各段的 功能由具体用途而定，分别为代码段、堆栈段、数据段 和附加段。一个存储段是存储器的一个逻辑单位，其长 度可达64K字节，每个段都由连续的存储单元构成，并 是存储器中独立的、可分别寻址的单位。
2018/10/11
7
2.1.2 8086的外部结构
• • 1．引脚结构 8086 CPU芯片都是双列直插式集成电路芯片，40条引 脚，其中20条地址线和16条数据线复用，另4条地址线 与状态信号线复用，再加上控制信号、电源、地线等， 芯片的引脚比较多。40个引脚中，32个引脚在两种不同 的工作模式下的名称和功能是相同的，还有8个引脚在 不同的工作模式下，具有不同的名称和功能。
2018/10/11
8
• 2．引脚功能 • 1）地址总线和数据总线（21条） • （1）AD15～AD0：分时复用的地址数据线，双向，输 入/输出，三态。 • （ 2 ） A19/S6 ～ A16/S3 ：地址 / 状态复用引脚，输出， 三态。 • （3）/S7：高8位允许/状态复用引脚，输出，三态。
– 2）控制标志位
• DF（Direction Flag）方向标志位 • IF（Interrupt Flag）中断允许标志位 • TF（Trap Flag）陷井标志位

Intel微处理器的发展
1971年,Intel公司发布了世界上第一个微处理 器Intel 4004，它是4位的。 30多年来,Intel公司的微处理器有了极大发展 4004→8080→8085→8086(8088)→80286→80386→
1971(4) 1989 1997 1976(16) 1993 (64) 1999 2000 1978 1982 1995 1985(32)
2.2.3 8086CPU的引脚特性
• A19/S6~A16/S3（35-38脚） –地址/状态信号，输出，三态 –8086CPU首先发出地址信息锁存，然后读 入状态信息S3~S6 –S3、S4指示当前使用的寄存器
• S4S3=00, 使用ES； • S4S3=10, 使用CS； S4S3=01, 使用SS S4S3=11, 使用DS
1、DEBUG的进入
2、汇编 _a 3、执行 _G 4、单步执行 _T 5、查看寄存器 _R 6、查看内存 _D 7、DEBUG退出 _Q
第二章 微处理器与系统结构
2.1 微处理器的性能指标 2.2 8086微处理器的功能结构 2.2.1 8086微处理器的内部结构 2.2.2 8086微处理器的寄存器结构 2.2.3 8086微处理器的引脚特性 2.2.4 8086微处理器的总线特性 2.2.5 8086与8088微处理器的比较 2.2.6 8086微处理器的工作模式 2.3 8086的总线操作及时序
–S5指示中断允许标志IF的状态，S6始终为 低电平 –当8086CPU工作于DMA时，处于浮空的高阻 状态
课堂提问1
数据/地址线为什么可以使用相同引脚？ 使用时必须依靠哪些技术？
【答】 （1）时间分隔技术 （2）地址锁存技术

MOV指令传送功能图解
立即数 存 储 器 MOV指令也并非任意传送! 通用寄存器 AX BX CX DX BP SP SI DI 段寄存器 CS DS ES SS 非法指令的主要现象： 两个操作数的类型不一致 无法确定是字节量还是字量操作 两个操作数都是存储器 段寄存器的操作有一些限制
；ax=4652h ；ax=3742h，CF=1 ；dx=0234h ；dx=f325h，CF=0
增量和减量指令


增量指令INC
对操作数加1（增量）
INC reg/mem ；reg/mem←reg/mem＋1


减量指令DEC
对操作数减1（减量）
DEC reg/mem ；reg/mem←reg/mem-1
mov wvar,5566h ；wvar是一个字量变量 xchg ax,wvar ；ax=5566h，wvar=9911h ；等同于 xchg wvar,ax xchg al,byte ptr wvar+1 ；ax=5599h，wvar=6611h ；“byte ptr wvar+1”强制为字节量，只取高字节 与 AL类型交换，否则数据类型不匹配


指针传送指令
LDS指令

将主存中mem指定的字送至r16，并将mem的下一字送 DS寄存器。 LDS r16,mem ；r16←mem， ；DS←mem+2

LES指令

将主存中mem指定的字送至r16，并将mem的下一字送 ES寄存器。 LES r16,mem ；r16←mem， ；ES←mem+2
非法指令－－无法确定是字节量还是字量操作
当无法通过任一个操作数确定是操作类型时，需 要利用汇编语言的操作符显式指明。 MOV [BX+SI], 255 ；非法指令，修正：

分类: 按字长分为: 4位、8位、16位、32位和64位机 按结构分为：位片机、单板机、单片机和微机系统

计算机的应用范围
按应用的性质和形式分为：


科学计算 数据处理（办公自动化、数据库） 生产自动化（过程控制、计算机辅助设计） 计算机网络应用 计算机模拟、仿真
返回本章
1.2 计算机中的数的表示方法
1.1.2 计算机的特点 自动性 ;高速性;准确性;逻辑性和通用性 1.1.3 计算机的分类和应用 原理上分:模拟计算机和数字计算机
用途上分: 专用计算机和通用计算机
通用计算机包括: 巨型机;大型机;小型机;微型机
微型机:
特点: 1．体积小、重量轻、价格低廉 2．简单灵活、可靠性高、使用环境要求不高 3．功耗低
微型计算机的发展
第一代微处理器（1971~1973）：典型的微型机以
Intel 4004和Intel 8008为基础。时钟频率1MHz，微处 理器的指令系统不完整，存储器的容量很小，只有几百 字节，没有操作系统，只有汇编语言。 第二代微处理器（1973~1975）：以8位微处理器为基 础，典型的微处理器有Intel 及Motorola公 司的6800。时钟频率2MHz。 1974年美国德州仪器公司（TI）推出第一片单片机 （将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上 的微机，片内有CPU、ROM、RAM、串、并行接口、计数/ 定时器、系统时钟、系统总线等）。
二进制与十进制的互化
一个二进制的数向十进制转化十分简单，只要
把它按位权展开相加即可。 例如： (1011)2=1×23+0×22+1×21+1×20=(11)10 十进制数转化为二进制数时，整数和纯小数的 转化方法不同，而一个既有整数部分又有小数部 分的数，则须分成整数和小数两部分分别转化。

56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
微机你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。