第二课 Intel 8086微处理器简介
第2章-8086微处理器part2
8086 CPU在最小模式中引脚定义
M/#IO：Memory/Input & Output，三态输出
存储器或I／O端口访问信号 。指示8086的访问对象，发 给MEM或I/O接口。 M／# IO为高电平时，表示 当前CPU正在访问存储器；
M／# IO 为低电平时，表 示当前CPU正在访问I／O端 口
数据驱动器数据流向控制信 号，输出，三态。
在8086系统中，通常采用 74LS245、8286或8287作 为数据总线的驱动器，用 DT/#R信号来控制数据驱动 器的数据传送方向。 当DT/#R＝1时，进行数据 发送； 当DT/#R＝0时，进行数据 接收。
8086 CPU在最小模式中引脚定义
READY：准备就绪信号 由外部输入，高电平有效 ，表示CPU访问的存储器 或I／O端口己准备好传送 数据。 当READY无效时，要求 CPU插入一个或多个等待 周期Tw，直到READY信 号有效为止。
S3 0 1 0 1
当前正在使用的段寄存器 ES SS CS或未使用任何段寄存器 DS
8086 CPU在最小模式中引脚定义
#BHE/S7：高8位总线允许（Bus High Enable）
T1：指示高8位数据总线上的数据 是否有效 （#BHE:AD0）配合：00时读写字 ，01时读写奇地址字节，10时读写 偶地址字节 其他T周期：输出状态信号S7（S7 始终为逻辑1，未定义） DMA方式下，该引脚为高阻态。
最大模式引脚信号（续）
LOCK# ：总线封锁（优先权锁定） 三态输出，低电平有效。 LOCK有效时表示CPU不允许其它总线主控者占用 总线。 ห้องสมุดไป่ตู้ 这个信号由软件设置。 • 当在指令前加上LOCK前缀时，则在执行这条 指令期间LOCK保持有效，即在此指令执行期 间，CPU封锁其它主控者使用总线。 在保持响应期间，LOCK#为高阻态。
8086简介
第二章8086微处理器【回顾】微型计算机及微机系统的组成、结构与工作过程，CPU的基本概念与一般结构。
本讲重点8086微处理器的一般性能特点，内部编程结构的两大组成部分及在信息处理中的相互协调关系，处理器状态字PSW及各个标志位，8086微机系统的存储器组织。
一、8086微处理器1．引言8086微处理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片，它们的内部结构基本相同，都采用16位结构进行操作及存储器寻址，但外部性能有所差异，两种处理器都封装在相同的40脚双列直插组件（DIP）中。
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；较强的指令系统；利用第16位的地址总线来进行I/O端口寻址，可寻址64K个I/O端口；中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断源可达256个；单一的＋5V电源，单相时钟5MHz。
另外，Intel公司同期推出的Intel8088微处理器一种准16位微处理器，其内部寄存器，内部操作等均按16位处理器设计，与Intel8088微处理器基本上相同，不同的是其对外的数据线只有8位，目的是为了方便地与8位I/O接口芯片相兼容。
3．8086CPU的编程结构编程结构：是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构。
如图2－1所示是8086CPU的内部功能结构。
从功能上来看，8086CPU可分为两部分，即总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）。
(1) 执行部件（EU）功能：负责指令的执行。
组成：包括①ALU(算术逻辑单元)、②通用寄存器组和③标志寄存器等，主要进行8位及16位的各种运算。
图2-1 8086/8088CPU内部功能结构图(2) 总线接口部件（BIU）功能：负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。
具体来看，完成取指令送指令队列，配合执行部件的动作，从内存单元或I/O端口取操作数，或者将操作结果送内存单元或者I/O端口。
(完整版)第二课Intel8086微处理器简介
微型计算机主要是由微处理器(CPU)、主存储器、外部设备及互联部件组成，总线（数据总线、地址总线、控制总线）在部件之间提供通信。
Intel 8086微处理器按功能可分为两大部分：执行部件和总线接口部件执行部件主要由寄存器组、算逻部件、标志寄存器组成含有8个16位的标志寄存器，这些标志寄存器属于CPU的专用存储器，按其用途可分为两组：数据寄存器组和指示器变址寄存器组数据寄存器组（AX、BX、CX、DX）数据寄存器主要用来保存操作数和运算结果等信息。
AX：累加器，其作用为乘除运算，字的输入输出，中间结果的缓存BX：基址寄存器，其作用为存储器的指针使用CX：计数寄存器，其作用为串操作和循环控制DX：数据寄存器，其作用为字的乘除运算，间接的输入输出，也可以用作存放I/O的端口地址高8位H组：AH、BH、CH、DH低8位L组：AL、BL、CL、DL指示器变址寄存器（SI、DI、SP、BP）它们一般存放操作数的偏移地址，用作指示器或者变址寄存器。
SP：堆栈指示器，其作用为存取堆栈的指针DI：存储器指针，其作用为串指令目的操作数指针（目的变址寄存器）BP：堆栈操作数的基址寄存器SI：源变址寄存器。
当SI、DI和BP不用做指示器和变址寄存器时，也可以将他们当作数据寄存器使用，用来保存操作数和运算结果，但是这时只能呢个用来做16位寄存器而不能是8位的。
由于SP是专用的堆栈指示器，所以他不能做数据寄存器使用。
总线接口部件由于执行部件所提供的存储器地址是16位的，而8086访问1M空间却需要20位的地址，为了形成这20位地址，在总线接口部件中设立了4个段寄存器（CS、DS、ES和SS）CS：代码段寄存器，指示当前代码段，即它规定了现行程序所在的存储区首址DS：数据段寄存器ES：附加数据段寄存器SS：堆栈段寄存器，每个段可达64K字节。
在总线接口部件中，还有一个很重要的寄存器——指令指示器（IP），他总是保存着下一次将要从主存中取出的指令的偏移地址，其值为该指令到所在段段首址的字节距离。
第二章-8086微处理器
答案：A
思考题
8086/8088的状态标志有 A)3 B)4 C)5 答案：D 个。 D)6
思考题
8086/8088的控制标志有 A)3 B)4 C)5 答案：A 个。 D)6
三、引脚信号和功能（图2-5 ）
8086总线周期的概念： 为了取得指令或传送数据，就需要CPU的总线接 口单元（BIU）执行一个总线周期。 一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成。 习惯上将4个时钟周期分别称为4个状态，即T1状 态、T2状态、T3状态和T4状态。 图2-17
2.方向标志DF（Direction Flag） 用于串操作指令中的地址增量修改（DF ＝0）还是减量修改（DF＝1）。 STD使DF＝1 CLD使DF＝0
（三）标志寄存器－控制标志（续）
3.跟踪标志TF（Trap Flag） 若TF＝1，则CPU按跟踪方式（单步方式） 执行程序，否则将正常执行程序。
思考题
指令队列的作用是 A)暂存操作数地址 。 B)暂存操作数
C)暂存指令地址
D)暂存预取指令 答案：D
思考题
8086的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案： C
思考题
8088的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案：A
思考题
第二章 8086/8088微处理器
8086/8088微处理器的结构 8086/8088典型时序分析
简 介
8086：16位微处理器 数据总线宽度16位：可以处理8位或16位数据 地址总线宽度20位：可直接寻址1MB存储单元和 64KB的I/O端口 8088：准16位处理器 内部寄存器及内部操作均为16位，外部数据总线8位 8088与8086指令系统完全相同，芯片内部逻辑结构、芯片引 脚有个别差异。 设计8088的目的主要是为了与Intel原有的8位外围接口芯片 直接兼容
第2章_8086微处理器
1) 每当队列中有两个字节的空间时，BIU就自动 地顺序预取后续指令代码，并填入指令队列中。 2) 如果指令队列已满，且EU又无请求时，BIU不 执行任何总线周期，进入空闲状态。 3) 当EU在执行中须向BIU申请从内存或I/O口读 写操作数时，若此时BIU空闲，则会立即完成EU 请求；否则BIU先完成取指令操作，然后再进行 操作数的读写总线周期(执行EU)。 4) 如果EU执行转移指令，则BIU清除队列机构， 从新地址取得指令，并立即送给EU去执行。然后 从后续指令序列中取指令填满队列。
GND A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
20位地址加法器
AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI
运算寄存器
∑
16位
CS DS SS ES IP
内部总线 内部暂存器
输入 / 输出 控制 电路
外部 总线
ALU
标志寄存器
执行 部件 控制 电路
指令队列
EU
BIU
8086用20位地址寻址， 但内部的寄存器均为16 位，所以要由段寄存器 和其他寄存器相加形成 20位地址进行寻址。 8086在执行指令的同 时，从内存中取出下一 条或下几条指令放在指 令队列中,这样,取指和 执值分开操作,可以节 省时间,连续执行指令
IP：控制CPU指令的执行 顺序，存放指令代码在 内存中的相对地址，顺 序执行时，CPU每取一个 指令字节，IP自动加1。
第2章 Intel8086微处理器
CF
机电工程学院电气教研室 主讲：李震
第 2 章 Intel8086微处理器
三、8086存储器管理
• 存储器分段管理 • 存储器地址表示方法 • 末地址的计算方法
机电工程学院电气教研室 主讲：李震
第 2 章 Intel8086微处理器
1、存储器分段管理
• 8086有20条地址线
–最大可寻址空间为220＝1MB –物理地址范围从00000H～FFFFFH
AX： AH AL BX： BH BL CX： CH CL DX： DH DL
机电工程学院电气教研室 主讲：李震
第 2 章 Intel8086微处理器
二、8086内部寄存器
• 通用寄存器 1、数据寄存器 2、地址指针及变址寄存器 SP---堆栈指针（Stack Pointer） • 段寄存器 指出堆栈顶部的16位偏移地址 • 控制寄存器 BP---基址指针（Base Pointer） 指出堆栈中某单元的16位偏移地址 1、指令指针寄存器IP Index） SI ---源地址寄存器（Source 存放数据段某单元的16位偏移地址（源） 2、标志寄存器FR
机电工程学院电气教研室 主讲：李震
第 2 章 Intel8086微处理器
二、8086内部寄存器
• 通用寄存器 1、数据寄存器 AX---累加器（Accumulator） 2、地址指针及变址寄存器 使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等 • 段寄存器 BX---基址寄存器（Base address Register） 常用做存放存储器地址 • 控制寄存器 CX---计数器（Counter） 作为循环和串操作等指令中的隐含计数器 1、指令指针寄存器IP DX---数据寄存器（Data register） 常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址 2、标志寄存器FR
02第2章8086微处理器
2.2.2 总线接口部件BIU 总线接口部件的功能是负责与存储器、I／O端口 传送数据，即BIU管理在存储器中存取程序和 数据的实际处理过程。 总线接口部件由下列各部分组成： (1) 4个段地址寄存器，即 CS——16 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。 (3) 20位的地址加法器。 (4) 6字节的指令队列。 8086／8088的BIU有如下特点：
(4) 在执行转移指令、调用指令和返回指令时，下面 要执行的指令就不是在程序中紧接着的那条指令了， 而总线接口部件往指令队列装入指令时，总是按顺序 进行的，这样，指令队列中已经装入的字节就没有用 了。遇到这种情况，指令队列中的原有内容被自动消 除，总线接口部件会接着往指令队列中装入另一个程 序段中的指令。
图2.5
例如，代码段寄存器CS=2000H，指令指针寄存器存 放的是偏移地址IP=2200H，存储器的物理地址为 20000H+2200H=22200H。 我们可以把每一个存储单元看成是具有两种类型的地 址：物理地址和逻辑地址。物理地址就是实际地址， 它具有20位的地址值，并是惟一标识1MB存储空间的 某一个字节的地址。逻辑地址由段基址和偏移地址组 成。程序以逻辑地址编址，而不是用物理地址。 4个段寄存器分别指向4个现行可寻址的分段的起始 字节单元。一般指令程序存放在代码段中，段地址来 源于代码段寄存器，偏移地址来源于指令指针IP。当 涉及到一个堆栈操作时，段地址寄存器为SS，
如果必须访问存储器或者输入／输出设备， 那么，执行部件就会请求总线接口部件，进入 总线周期，完成访问内存或者输入／输出端口 的操作；如果此时总线接口部件正好处于空闲 状态，那么，会立即响应执行部件的总线请求。 但有时会遇到这样的情况，执行部件请求总线 接口部件访问总线时，总线接口部件正在将某 个指令字节取到指令队列中，此时总线接口部 件将首先完成这个取指令的总线周期，然后再 去响应执行部件发出的访问总线的请求。 (3) 当指令队列已满，而且执行部件又没有总 线访问时，总线86／8088存储空间中，把16字节的存储空间称 作一节(paragraph)。为了简化操作，要求各个逻辑 段从节的整数边界开始，也就是说段首地址低4位应 该是“0”，因此就把段首地址的高16位称为“段基 址”，存放在段寄存器DS或CS或SS或ES中，段内的 偏移地址存放在IP或SP中。 若已知当前有效的代码段、数据段、附加段和堆栈段 的段基址分别为1055H,250AH,8FFBH和EFF0H，那么 它们在存储器中的分布情况如图2.4所示。
第2章 8086微处理器1
存储单元的物理地址（也称实际地址） =段起始地址+段内偏移量
1、8086/8088寻址的存储器为什么要分段？
2、8086/8088寻址的1M字节存储器如何分段？ 3、存储器中各个段如何命名？
通常一个程序中通常有代码段、堆栈段、数据段、附加段. 代码段：用于存放程序(每个程序至少要有一个代码段)。 堆栈段：用于存放一些特殊数据。（可以有多个堆栈段） 数据段：用于存放一些数据。 （可以有多个数据段） 附加段：用于存放一些数据。 （可以有多个附加段）
2、8086CPU内有4个段寄存器（16位）：ES、CS、DS、SS CS(码段)、DS(数据段)、ES(附加段)、SS(堆栈段)，也称段 选择子。
3、8086CPU的指令指针寄存器IP（16位） IP：中为要取的下1条指令的偏移地址，在程序运行中 能自动加1修正。
4、 8086CPU的状态标志寄存器Flags（ 16位）PSW 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 OF DF IF TF SF ZF Flags或 PSW
图2-3 8086CPU的标志寄存器
控制标志是人为设置的，由专门的指令来 设置和请除，针对某一特定功能起控制作 用。 状态标志表示某操作执行后所记录下来的 状态信息，这些状态信息一般用来作为后 续条件转移指令的转移条件。
六个状态标志含义如下： 1.进位标志CF或C 运算结果的最高位产生进位或借位时，则 CF=1，否则CF=0(字节操作D7、字操作D15、 双字D31) 2.奇偶标志PF 运算结果中1的个数为偶数，则PF=1，否 则PF=0 3.辅助进位标志AF 运算时当 D3 向D4 有进位或有借位时 ，则 AF=1，否则AF=0
1、代码段段基址在 代码段寄存器CS中，段内偏移量在指 令指针寄存器IP中。
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微型计算机主要是由微处理器(CPU)、主存储器、外部设备及互联部件组成，总线（数据总线、地址总线、控制总线）在部件之间提供通信。
Intel 8086微处理器按功能可分为两大部分：执行部件和总线接口部件
执行部件
主要由寄存器组、算逻部件、标志寄存器组成
含有8个16位的标志寄存器，这些标志寄存器属于CPU的专用存储器，
按其用途可分为两组：数据寄存器组和指示器变址寄存器组
数据寄存器组（AX、BX、CX、DX）
数据寄存器主要用来保存操作数和运算结果等信息。
AX：累加器，其作用为乘除运算，字的输入输出，中间结果的缓存
BX：基址寄存器，其作用为存储器的指针使用
CX：计数寄存器，其作用为串操作和循环控制
DX：数据寄存器，其作用为字的乘除运算，间接的输入输出，也可以用作存放I/O的端口地址
高8位H组：AH、BH、CH、DH
低8位L组：AL、BL、CL、DL
指示器变址寄存器（SI、DI、SP、BP）
它们一般存放操作数的偏移地址，用作指示器或者变址寄存器。
SP：堆栈指示器，其作用为存取堆栈的指针
DI：存储器指针，其作用为串指令目的操作数指针（目的变址寄存器）
BP：堆栈操作数的基址寄存器
SI：源变址寄存器。
当SI、DI和BP不用做指示器和变址寄存器时，也可以将他们当作数据寄存器使用，用来保存操作数和运算结果，但是这时只能呢个用来做16位寄存器而不能是8位的。
由于SP是专用的堆栈指示器，所以他不能做数据寄存器使用。
总线接口部件
由于执行部件所提供的存储器地址是16位的，而8086访问1M空间却需要20位的地址，为了形成这20位地址，在总线接口部件中设立了4个段寄存器（CS、DS、ES和SS）
CS：代码段寄存器，指示当前代码段，即它规定了现行程序所在的存储区首址
DS：数据段寄存器
ES：附加数据段寄存器
SS：堆栈段寄存器，
每个段可达64K字节。
在总线接口部件中，还有一个很重要的寄存器——指令指示器（IP），他总是保存着下一次将要从主存中取出的指令的偏移地址，其值为该指令到所在段段首址的字节距离。
执行部件根据IP的内容与CS寄存器的内容形成指令的物理地址。