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第 2 章 8086/8088 微处理器

第 2 章 8086/8088 微处理器. 教学重点： 1 、 8086/8 微处理器的编程结构，处理器状 态字 PSW 各个标志位 2 、 8086/8 微机系统的存储器组织 。. 第一节 8086/8 的编程结构及存储器组织. 8086 微处理器的一般性能特点： 16 位的内部结构， 16 位双向数据信号线； 20 位地址信号线，可寻址 1M 字节存储单元； 具有较强的指令系统. 2.1 8088/8086 的编程结构. 8088 的 编程结构 从功能分成两个单元

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第 2 章 8086/8088 微处理器

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  1. 第2章 8086/8088微处理器 教学重点： 1、8086/8微处理器的编程结构，处理器状 态字PSW各个标志位 2、8086/8微机系统的存储器组织。 第一节8086/8的编程结构及存储器组织

  2. 8086微处理器的一般性能特点： 16位的内部结构，16位双向数据信号线； 20位地址信号线，可寻址1M字节存储单元； 具有较强的指令系统.

  3. 2.1 8088/8086的编程结构 8088的编程结构从功能分成两个单元 （1）总线接口单元BIU——管理8088与系统总线的接口，负责CPU对存储器和外设进行访问 （2）执行单元EU——负责指令的译码、执行和数据的运算 • 两个单元相互独立，分别完成各自操作 • 两个单元可以并行执行，实现指令取指和执行的流水线操作

  4. 8086/8088的编程结构 地址加法器 20位 ∑ AH AL BH BL CH CL 16/8位 CS 通用 寄存器 DH DL DS SP SS 输入/输出控制电路 BP ES SI IP 外部总线 DI 内部暂存器 16位 执行部分控制电路 1 2 3 4 ALU 8位 指令队列 标志寄存器 总线接口部件 （BIU) 返回 执行部件 （EU)

  5. 8088的指令执行过程 返回

  6. (3) 8086/8088BIU的特点 ①8086/8088的指令队列分别为6/4个字节，在执行指令的同时，可从内存中取出后续的指令代码，放在指令队列中。 ②地址加法器用来产生20位物理地址。8086/8088可用20位地址寻址1M字节的内存空间，而CPU内部的寄存器都是16 位，需要由20位的地址加法器完成地址运算。 如：CS＝0FE00H，IP＝0400H，则表示要取指令代码的物理地址为0FE400H。

  7. (4) BIU与EU的动作协调原则 ①每当8086的指令队列中有两个空字节，或8088的指令队列中有一个空字节时，BIU就会自动把指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序。

  8. (4) BIU与EU的动作协调原则 ②每当EU准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令队列前部取出指令的代码，执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I／O端口，那么EU就会请求BIU，进入总线周期，完成访问内存或者I／O端口的操作 ；如果BIU正处于空闲状态，立即响应EU的总线请求。如BIU正取指令，则BIU完成取指总线周期，再响应EU的访问总线请求。

  9. (4) BIU与EU的动作协调原则 ③当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU便进入空闲状态。 ④在执行转移指令、调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。

  10. (4) BIU与EU的动作协调原则 将8086/8088 CPU分成二个独立的功能部件使二者能够并行工作，把取指令工作和分析指令、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。指令队列可以被看成是一个特殊的RAM，它的工作原理是"先进先出"，写入的指令只能存放在队列尾，读出的指令是队列头存放的指令。EU和BIU之间就是通过指令队列联系起来，多数情况下，BIU在不停地向队列写入指令，而EU每执行完一条指令后，就向队列读取下一条指令。二者的动作既独立，又协调。

  11. (4) BIU与EU的动作协调原则

  12. (5) 8086/8088CPU内部寄存器 8086内部寄存器有： • 4个通用寄存器 • 4个专用寄存器 • 4个段寄存器 • 1个指令指针寄存器 • 1个标志寄存器

  13. ①8086的通用寄存器 • 8086的16位通用寄存器是： AX BX CX DX 其中AX称为累加器，BX称为基址寄存器， CX称为计数寄存器，DX称为数据寄存器 • 8086的8位通用寄存器是： AH BH CH DH AL BL CL DL • 对其中某8位的操作，并不影响另外对应8位的数据。

  14. 数据寄存器 • 数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以存放地址。 • 每个寄存器又有它们各自的专用目的： • AX－－累加器，使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等； • BX－－基址寄存器，常用做存放存储器地址； • CX－－计数器，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器； • DX－－数据寄存器，常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址。

  15. ② 8086的专用寄存器 • 指针寄存器SP和BP • SP是堆栈指针寄存器，它和堆栈段寄存器SS一起来确定堆栈在内存中的位置； • BP是基数指针寄存器，用于存放基地址。 • 变址寄存器SI和DI • SI是源变址寄存器 • DI是目的变址寄存器，用于指令的变址寻址方式。

  16. ③ 段寄存器 DS 数据段寄存器 (Data Segment) CS 代码段寄存器 (Code Segment) ES 附加段寄存器 (Extra Segment) SS 堆栈段寄存器 (Stack Segment) 这些段寄存器的内容与有效的地址一起，用于确定内存的物理地址。通常用CS、DS、ES以及SS用于确定代码段、数据段、附加段以及堆栈段的基地址。

  17. ④指令指针IP • 指令指针寄存器IP，指示代码段中指令的偏移地址。 • 它与代码段寄存器CS联用，确定下一条指令的物理地址。 • 计算机通过CS : IP寄存器来控制指令序列的执行流程。 • IP寄存器是一个专用寄存器。

  18. 15 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF ⑤标志寄存器 • 标志（Flag）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式。 • 8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器FLAGS（程序状态字PSW寄存器）。 程序设计需要利用标志的状态

  19. 标志的分类 • 6个状态标志：用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它的状态。共有6个状态标志位： CF ZF SF PF OF AF • 3个控制标志：可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方式 DF IF TF

  20. 进位标志CF（Carry Flag） • 当运算结果的最高有效位有进位（加法）或借位（减法）时，进位标志置1，即CF = 1；否则CF = 0。 49H + 6DH＝B6H，　　 没有进位：CF = 0 BBH + 6AH＝（1）25H，有进位：CF = 1

  21. 零标志ZF（Zero Flag） • 若运算结果为0，则ZF = 1； 否则ZF = 0 注意： ZF为1表示的结果是0 49H + 6DH＝B6H，结果不是零：ZF = 0 75H + 8BH＝（1）00H，结果是零：ZF = 1

  22. 符号标志SF（Sign Flag） • 运算结果最高位为1，则SF = 1；否则SF = 0 有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以，最高有效位就是符号标志的状态 49H + 6DH＝B6H，最高位是1：SF = 1 75H + 8BH＝（1）00H，最高位是零：SF = 0

  23. 奇偶标志PF（Parity Flag） • 当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF = 1；否则PF = 0 PF标志仅反映最低8位中“1”的个数是偶或奇，即使是进行16位字操作 3AH + 7CH＝B6H＝10110110B 结果中有5个1，是奇数：PF = 0

  24. 溢出标志OF（Overflow Flag） • 若算术运算的结果有溢出， 则OF＝1；否则 OF＝0 49H + 6DH＝B6H，产生溢出：OF = 1 75H + 8BH ＝（1）26H，没有溢出：OF = 0

  25. 什么是溢出？ • 处理器内部以补码表示有符号数 • 8位补码表达的整数范围是：＋127～－128 • 16位补码表达的范围是：＋32767～－32768 • 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 • 有溢出，说明有符号数的运算结果不正确 49H＋6DH＝B6H，就是73＋109＝182， 已经超出－128～＋127范围，产生溢出，故OF＝1； 另一方面，补码B6H表达真值是-74，显然运算结果也不正确。

  26. 溢出和进位 • 溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志。 • 进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围，运算结果仍然正确。 • 溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围，运算结果已经不正确。

  27. 溢出和进位的对比 例1：49H + 6DH＝B6H 无符号数运算： 73＋109＝182 范围内，无进位 有符号数运算： 73＋109＝182 范围外，有溢出 例2：BBH + 6AH＝（1）25H 无符号数运算： 187＋106＝293 范围外，有进位 有符号数运算： －69＋106＝37 范围内，无溢出

  28. 溢出的判断 • 判断运算结果是否溢出有一个简单的规则： • 只有当两个相同符号数相加（包括不同符号数相减），而运算结果的符号与原数据符号相反时，产生溢出，因为，此时的运算结果显然不正确。 • 其他情况下，则不会产生溢出

  29. 辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag） • 运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF = 1；否则AF = 0。 这个标志主要由处理器内部使用，用于十进制算术运算调整指令中，用户一般不必关心。 49H + 6DH＝B6H，D3有进位：AF = 1

  30. 方向标志DF（Direction Flag） • 用于串操作指令中，控制地址的变化方向： • 设置DF＝0，存储器地址自动增加； • 设置DF＝1，存储器地址自动减少。 • CLD指令复位方向标志：DF＝0 • STD指令置位方向标志：DF＝1

  31. 中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag） • 用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应： • 设置IF＝1，则允许中断； • 设置IF＝0，则禁止中断。 • CLI指令复位中断标志：IF＝0 • STI指令置位中断标志：IF＝1

  32. 陷阱标志TF（Trap Flag） • 用于控制处理器进入单步操作方式： • 设置TF＝0，处理器正常工作； • 设置TF＝1，处理器单步执行指令。 • 单步执行指令——处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为1的内部中断 • 这种内部中断称为单步中断 • 所以TF也称为单步标志 • 利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试 • 这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试

  33. 标志位名 置位符号(=1) 复位符号(=0) 溢出标志OF OV NV 方向标志DF DN UP 中断标志IF EI DI 符号标志SF NG PL 零标志ZF ZR NZ 辅助标志AF AC NA 奇偶标志PF PE PO 进位标志CF CY NC DEBUG中各标志位的符号表示

  34. 2.2 存储器组织 8088/8086有20根地址总线，因此，它可以直接寻址的存储器单元数为：220=1MB 如何实现16位的存储单元存放20位的地址空间？ 由于CPU内部的寄存器都是16位的，为了能够提供20位的物理地址，系统中采用了存储器分段的方法。规定存储器的一个段为64KB，由段寄存器来确定存储单元的段地址，由指令提供该单元相对于相应段起始地址的16位偏移量。这样，系统的整个存储空间可分为16个互不重叠的逻辑段。存储器的每个段的容量为64KB，并允许在整个存储空间内浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、连续排列，非常灵活。

  35. 1.存储器的分段及段地址

  36. 2.与存储单元地址相关的几个概念 物理地址： 一个存储单元的实际地址(20位)。物理地址与存储单元是一一对应关系。(20202H) 逻辑地址： 是指段地址和偏移地址，是指令中引用的形式地址。一个逻辑地址只能对应一个物理地址，而一个物理地址可以对应多个逻辑地址。(2000:0202H)

  37. 2.与存储单元地址相关的几个概念 段地址： 是指一个段的起始地址，最低4位为零，一般将其有效数字16位存放在段寄存器中。(2000H) 偏移地址： 段内存储单元相对段地址的距离(16位)。同一个段内，各个存储单元的段地址是相同的，偏移地址是不同的。(0202H)

  38. 3.物理地址的计算方法 物理地址=段地址+偏移地址 =段寄存器内容×10H+偏移地址 取指令物理地址=(CS)×10H+(IP) 堆栈操作物理地址=(SS)×10H+(SP)/(BP的表达式) 存储器操作数物理地址=(DS)/(ES)×10H+偏移地址

  39. 3.物理地址的计算方法示意图

  40. 程序代码、数据量不大时，可把它们放在同一段内（64KB的范围内），以减少指令的长度，提高运行速度。程序代码、数据量不大时，可把它们放在同一段内（64KB的范围内），以减少指令的长度，提高运行速度。 内存分段为程序的浮动装配创造了条件 物理地址与形式地址不一一对应 各个分段之间可以重叠。 4.存储器分段组织的特点

  41. 5.特殊的内存区域 中断矢量区： 00000H—003FFH共1K字节，用于存放256种中断类型的中断矢量，每个中断矢量占4个字节，共256×4=1024=1K

  42. 5.特殊的内存区域 显示缓冲区： B0000H—B0F9FH约4000（25×80×2）字节，是单色显示器的显示缓冲区，存放文本方式下，所显示字符的ASCII码及属性码；B8000H —BBF3FH约16K字节，是彩色显示器的显示缓冲区，存放图形方式下，屏幕显示象素的代码。

  43. 5.特殊的内存区域 启动区： FFFF0H—FFFFFH共16个单元，用于存放一条无条件转移指令的代码，转移到系统的初始化部分。

  44. 6.CS、DS、SS和其他寄存器组合 指向存储单元的示意图

  45. 习题 1、8086/8088 CPU由哪两部分组成？它们的 主要功能各是什么？它们之间是如何协调 工作的？ 2、8086/8088 CPU中有哪些寄存器？各有 什么用途？标志寄存器F有哪些标志位？ 各在什么情况下置位？ 3、8086/8088系统中储存器的逻辑地址和 物理地址之间有什么关系？表示的范围 各为多少？

  46. 习题 4、已知当前数据段位于储存器的 A1000H到B0FFFH范围内，问DS=？ 5、某程序数据段中存有两个数据字 1234H和5A6BH，若已知DS=5AA0H，它们的偏移地址分别为245AH和3245H，试画出它们在储存器中的存放情况。

  47. 第二节 8086/8088微处理器外部结构及工作模式 重点：8086/8088CPU的外部结构，即引脚信号及其功能 8086/8088CPU的两种工作模式

  48. 1、8086/8088CPU的两种工作模式 最小模式：系统中只有一个微处理器，所有的总线控制信号直接由8086/8088CPU产生，系统中的总线控制电路被减到最少 最大模式：系统中至少包含两个微处理器，其中一个为主处理器8086/8088CPU，其它微处理器为协处理器，协助主处理器工作

  49. 8087:数值运算协处理器，实现多种类型的数值运算(整型、浮点型数值)，超越函数（三角函数、对数函数）的计算等8087:数值运算协处理器，实现多种类型的数值运算(整型、浮点型数值)，超越函数（三角函数、对数函数）的计算等 8089协处理器：有专门用于输入/输出操作的指令系统，可直接为输入/输出设备服务，使主处理器不再承担这类工作。常用在输入/输出操作比较频繁的系统中

  50. 2、8086/8088CPU的引脚信号和功能 8086/8088CPU芯片都是双列直插式集成电路芯片，40个引脚，其中32个引脚在两种工作模式下的名称和功能相同，8个引脚在不同的工作模式下具有不同的名称和功能

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