【微机原理】16位微处理器

微机原理8088的总线与时序8088是Intel公司于1979年推出的一款16位微处理器。

它主要用于个人计算机IBM PC和互补金属氧化物半导体技术（CMOS）中。

8088的总线结构包括内部总线和外部总线。

内部总线通过内部连接的数据通路在不同的功能部件之间传输数据和控制信号。

外部总线则用于连接8088与外部设备，如内存、输入输出（I/O）设备等。

8088的总线宽度为16位，分为数据总线、地址总线和控制信号总线。

数据总线用于传输数据，宽度为16位，可以同时传输一个字节（8位）或一个字（16位）。

地址总线用于寻址，其宽度为20位，可以寻址1MB空间。

控制信号总线至少包括读（RD）、写（WR）、片选（CS）、内存读（MREQ）、I/O读（IOR）和时钟这些基本信号。

8088的时序包括外设周期、读周期、写周期和I/O周期。

外设周期用于与外部设备进行通信，包括读写外设内容和控制外设。

读周期用于从内存或外设读取数据到寄存器或内部缓冲器中。

写周期用于将内部寄存器或内部缓冲器中的数据写入到内存或外设中。

I/O周期用于从外部设备读取或写入数据。

在时序方面，8088采用了同步时序设计。

时钟信号周期（CLK周期）用于同步各个部件的工作。

时钟信号由外部提供，频率为4.77MHz，即每个时钟周期为210ns。

在一个时钟周期内可以完成一个机器周期的工作。

8088的机器周期分为5个时钟周期，即一个机器周期需要5个时钟周期完成。

根据不同的操作，一个机器周期又可以分为多个时钟周期。

不同的操作需要不同的时钟周期数来完成，包括指令周期、内存周期、I/O周期等。

具体的时序可以通过查阅8088的数据手册得到。

总的来说，8088的总线结构和时序是保证处理器与外部设备通信的关键。

通过总线结构的设计和时序的安排，8088能够快速、准确地与外部设备交互，实现数据、控制信号和地址的传输和处理。

同时，时序的设计也要考虑到时钟频率、数据传输速度等因素，以确保系统的稳定性和可靠性。

复习知识点第1章1、8086是一种16位微处理器，80486是一种32位微处理器。

2、CPU由运算器和控制器组成。

运算器的主要功能是算术运算与逻辑运算。

运算器的逻辑部件为算数逻辑单元。

3、ASCII码表中数字和字母的值。

’0’~’9’的ASCII码为30H~39H，’A’~’Z’的ASCII码为41H~5AH，’a’~’z’的ASCII码为61H~7AH。

4、无符号数，有符号数，数的补码表示。

①11000110为某数的二进制补码,该数的十进制原码为(-58)。

②十进制数+15的二进制补码为00001111。

③十进制数-15的二进制补码为11110001。

④现有8位二进制内容：00111001B，如果把它看成一个无符号整数，则它表示十进制数57；如果把它看成一个有符号的数，则它表示+57，这时它的最高位表示数的正负，为0表示正数，为1表示负数，且这个数用补码表示；如果把它看成一个ASCII码表示的字符，则它表示字符'9'；如果把它看成一个组合的BCD码，则它表示十进制数39。

5、微处理器通常包括运算器和控制器，一个微机系统应该由运算器、控制器、存储器和输入输出接口电路组成。

第2章1、8086有14个寄存器，4个数据寄存器为AX,BX,CX,DX，这四个16位的寄存器，每一个又可以分为2个8位的寄存器，分别称为AH,AL;BH,BL;CH,CL;DH,DL。

2、标志寄存器有9个标志位，其中状态标志有6个，控制标志有3个，各自的含义，哪些指令影响标志位，影响哪些标志位？，哪些指令不影响标志位？6个状态标志：AF：辅助进位标志CF：进位标志ZF：零标志SF：符号标志OF：溢出标志PF：奇偶标志3个控制标志：IF：中断允许标志DF：方向标志TF：单步执行标志一般算数逻辑指令会影响状态标志，但各个指令影响的标志位个数不同。

①8086CPU中零标志ZF=0表示运算结果不为0。

ZF=1表示运算结果为0。

习题22.1 8086CPU具有20 条地址线，可直接寻址1MB 容量的内存空间，在访问I/O 端口时，使用地址线16条，最多可寻址64K 个I/O端口。

2.2 8086CPU的内部结构有何特点？由哪两部分组成？它们的主要功能是什么？【解答】8086微处理器是典型的16位微处理器，HMOS工艺制造，集成了2.9万只晶体管，使用单一的+5V电源，有16根数据线和20根地址线；通过其16位的内部数据通路与设置指令预取队列的流水线结构结合起来而获得较高的性能。

8086微处理器内部安排了两个逻辑单元，即执行部件EU和总线接口部件BIU。

EU主要负责指令译码、执行和数据运算，包括计算有效地址；BIU主要完成计算物理地址、从内存中取指令、实现指令规定的读/写存储器或外部设备等信息传输类操作。

2.3 8086CPU中的指令队列的作用是预取指令，其长度是6 字节。

2.4 8086CPU内部寄存器有哪几种？各自的特点和作用是什么？【解答】CPU有14个内部寄存器，可分为3大类：通用寄存器、控制寄存器和段寄存器。

通用寄存器是一种面向寄存器的体系结构，操作数可以直接存放在这些寄存器中，既可减少访问存储器的次数，又可缩短程序的长度，提高了数据处理速度，占用内存空间少。

控制寄存器包括指令指针寄存器IP和标志寄存器FLAG：IP用来指示当前指令在代码段的偏移位置；FLAG用于反映指令执行结果或控制指令执行的形式。

为了实现寻址1MB存储器空间，8086CPU将1MB的存储空间分成若干个逻辑段进行管理，4个16位的段寄存器来存放每一个逻辑段的段起始地址。

2.5 8086的标志寄存器分为6 个状态标志位和3 个控制标志位，它们各自的含义和作用是什么？【解答】标志寄存器各标志位的含义和作用如下表：表2-1 标志寄存器FLAG中标志位的含义和作用标志位含义作用CF进位标志CF=1，指令执行结果在最高位上产生一个进位或借位；CF=0，则无进位或借位产生PF奇偶标志PF=1，结果低8位含偶数个1；PF=0，表示结果低8位含奇数个1AF辅助进位标志AF=1，运算结果的低4位产生了一个进位或借位；AF=0，则无此进位或借位ZF零标志ZF=1，运算结果为零；ZF=0，则运算结果不为零SF符号标志SF=1，运算结果为负数；SF=0，则结果为正数OF溢出标志OF=1，带符号数在进行运算时产生了溢出；OF=0，则无溢出TF陷阱标志TF=1，8086CPU处于单步工作方式；TF=0，8086CPU正常执行程序IF中断允许标志IF=1，允许CPU接受外部从INTR引脚上发来的可屏蔽中断请求信号；IF=0，则禁止接受可屏蔽中断请求DF方向标志DF=1，字符串操作指令按递减的顺序对字符串进行处理；DF=0，字符串操作指令按递增的顺序进行处理2.6 已知堆栈段寄存器（SS）=2400H，堆栈指针（SP）=1200H，计算该堆栈栈顶的实际地址，并画出堆栈示意图。

《16/32 位微机原理、汇编语言及接口技术教程》部分习题参考解答第1 章微型计算机系统概述〔习题1.2 〕什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、芯片、嵌入式系统？〔解答〕通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。

单片机：是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。

芯片：称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。

嵌入式系统：利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统，其典型的特点是把计算机直接嵌入到应用系统之中。

〔习题1.5 〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。

〔解答〕：也称处理器，是微机的核心。

它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。

存储器：存储器是存放程序和数据的部件。

外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（）设备和输出（）设备，也称设备。

设备通过接口与主机连接。

总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。

习题1.6 〕什么是总线？微机总线通常有哪3 组信号？各组信号的作用是什么？〔解答〕总线：传递信息的共用通道，物理上是一组公用导线。

3 组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。

（1）地址总线：传输将要访问的主存单元或端口的地址信息。

（2）数据总线：传输读写操作的数据信息。

（3）控制总线：协调系统中各部件的操作。

习题1.7 〕简答如下概念：（1）计算机字长（2）取指－译码－执行周期（3）（4）中断（5）总线解答〕（1）处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。

（2）指令的处理过程，即指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。

《微机原理与接口技术》习题参考答案习题21.为何说8086CPU是16位CPU？答：16位指的是8086CPU的字长，而字长一般来说和运算器、寄存器、总线宽度一致。

因为8086CPU的内部寄存器、内部运算部件以及内部操作都是按16位设计的，这决定了它的字长为16位。

2.8086CPU由哪两个单元组成？其中，指令队列在哪个单元中，有何作用？答：总线接口单元（Bus Interface Unit，BIU）和执行单元（Execution Unit，EU）。

指令队列在BIU中。

它的作用是当EU在执行指令时，空闲的BIU可以从内存读取后续指令到指令队列，这样就可以将取指令工作和执行指令工作重叠进行，从而提高CPU的工作效率，加快指令的执行速度。

3.8086CPU中8位寄存器和16位寄存器是什么关系？答：8086的通用寄存器包括数据寄存器、指针寄存器和变址寄存器。

其中数据寄存器包含AX、BX、CX、DX四个16位寄存器，但他们每个都可以分开作为两个单独的8位寄存器使用。

8086的指针寄存器和变址寄存器不可分割为8位寄存器。

4.8086CPU中的IP寄存器有何用途？答：IP寄存器是指令指针寄存器，用来存放下一条要执行的指令在代码段中的偏移地址。

在程序运行过程中，IP寄存器始终指向下一条指令的首地址，与CS寄存器联合确定下一条指令的物理地址。

8086就是通过IP寄存器来控制指令序列的执行流程。

5.在标志寄存器中，用于反映运算结果属性的标志位有哪些？它们每一位所表示的含义是什么？答：有CF、PF、AF、ZF、SF、OF。

它们的含义如下：CF：进位标志。

它记录运算时从最高有效位产生的进位值或结果值。

最高有效位有进位或有借位时CF=1，否则CF=0。

PF：奇偶标志。

它记录运算结果的奇偶检验条件。

当结果操作数中“1”的个数为偶数时PF=1，否则PF=0。

AF：辅助进位标志。

在字节运算时，由低半字节（字节的低4位）向高半字节有进位或借位时，AF=1，否则AF=0。

8086微处理器存取原则
8086微处理器是一种16位微处理器，其存取原则包括以下几个方面：
1. 存储器的字节寻址能力，8086微处理器具有16位的数据总线和20位的地址总线，因此可以寻址的内存空间为2的20次方，即1MB。

它可以直接访问1MB的内存空间，这为当时来说是非常大的一个数字。

2. 存储器的字节和字寻址，8086微处理器可以以字节（8位）或字（16位）为单位进行存取。

它可以以字节为单位或者以字为单位进行寻址，这种灵活的寻址方式为程序员编写程序提供了便利。

3. 存储器的奇偶地址存取，8086微处理器的存储器奇偶地址存取是指它可以以字为单位存取数据，但是在存取字时，它要求字的起始地址必须是偶数。

如果字的起始地址为奇数，8086会进行两次内存访问，将两个奇地址的字节合并成一个字。

这种存取方式称为奇偶地址存取。

4. 存储器的段地址和偏移地址，8086微处理器采用段地址和
偏移地址的方式来访问内存。

它通过将一个16位的段地址左移4位再加上一个16位的偏移地址来得到20位的物理地址。

这种寻址方式可以方便地访问1MB的内存空间。

总的来说，8086微处理器的存取原则包括了对存储器的大小、存取单位、奇偶地址存取和段地址偏移地址寻址方式的规定，这些原则为程序员编写程序提供了灵活和方便的条件。

1、ALU是执行算术和逻辑运算的装置，它以累加器A的内容作为一个操作数，另一个操作数由内部数据总线提供，内部数据总线上的数据来源于寄存器B或通过数据寄存器DR来源于内存储器，操作的结果放在累加器A中。

2、8086是INTEL系列的16位微处理器，它内部和外部数据总线宽度都是16位，地址总线宽度20位，内存储器的寻址空间为1MB，端口的寻址空间为64KB。

地址线与寻址空间关系：2的10次方为1KB。

3、BIU由4个16位的段地址寄存器（CS DS ES SS），16位的指令指针寄存器IP，20位的地址加法器，6B的指令队列缓冲器，16位的内部暂存器和总线逻辑控制器组成。

4、零标志ZF：指出前面运算执行后的结果是否为零，结果为零则ZF=1，结果非零则ZF=0 进位标志CF：加法运算最高位产生进位或减法运算引起最高位产生借位时CF=1，否则CF=0 溢出标志OF：当运算结果超出范围时就会产生溢出OF=1，否则OF=0。

中断标志IF：在中断过程中控制是否响应可屏蔽中断的请求。

当IF=0，则CPU不能响应可屏蔽中断请求。

5、物理地址=段地址*16+偏移地址。

4个时钟周期组成一个基本的总线周期T1 T2 T3 TWT4T1T2T3T4（TW为等待状态，TI为空闲状态。

6、8086CPU的存储器可寻址1MB的空间，在对I/O进行读写操作时。

20位地址中只有高16位有效。

堆栈段的基值存入SS寄存器，数据段的基值存入DS寄存器，代码段的基值存入CS寄存器，扩展段的基值存入ES寄存器。

7、操作数的寻址方式有：立即寻址，寄存器寻址，存储器寻址和I/O端口寻址。

寄存器既能作为源操作数又能作为目的操作数。

8、8086CPU的堆栈操作必须是字操作，先出后进次序。

9、LOOP是最基本的循环控制指令，它是将CX的内容减1.10、在8086CPU中断系统中通过与专用中断控制器8259A的配合使用，可以有8--64个可屏蔽的中断源。