微型计算机原理与接口技术(2)

8086/8088CPU内部设置了4个16位段寄存器，它们分别是代码段寄存器 CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS、附加段寄存器ES，由它们给出 相应逻辑段的首地址，称为“段基址”。段基址与段内偏移地址组合形 成 20位物理地址，段内偏移地址可以存放在寄存器中，也可以存放在存储 器中 。 代码段内存放可执行的指令代码，数据段和附加段内存放操作的数据， 通常操作数在现行数据段中，而在串指令中，目的操作数指明必须在现 行附加段中。堆栈段开辟为程序执行中所要用的堆栈区，采用先进后出 的方式访问它。各个段寄存器指明了一个规定的现行段，各段寄存器不 可互换使用。程序较小时，代码段、数据段、堆栈段可放在一个段内， 即包含在64KB之内，而当程序或数据量较大时，超过了64KB，那么可以 定义多个代码段或数据段、堆栈段、附加段。现行段由段寄存器指明段 地址，使用中可以修改段寄存器内容，指向其它段。有时为了明确起见， 可在指令前加上段超越的前缀字节，以指定操作数所在段。 4.指令指针寄存器 8086/8088CPU中设置了一个16位指令指针寄存器IP，用来存放将要执行 的下一条指令在现行代码段中的偏移地址。程序运行中，它由BIU自动
2.2 8086CPU的引脚及其功能 8086/8088CPU根据它的基本性能，应包括20条地址线,16条数据线，加 上控制信号，电源和地线，芯片的引脚比较多。但由于制造工艺的限制， 8086/8088CPU芯片采用40条引脚的双列直插式封装，因此部分引脚采 用了分时复用的方式。 另外8086/8088CPU可以工作在两种工作模式(最小模式和最大模式)， 最小模式用于单机系统。系统中所需要的控制信号全部由8086直接提供。 最大模式用于多处理机系统，系统中所需要的控制信号由总线控制器 8288提供。这样，24脚～31脚的8条引脚在两种工作模式中具有不同的 功能，下面简要地介绍8086/8088 CPU各引脚的功能。
第二章 8086系统结构
Inter 8086CPU是16位微处理器，它有16根数据线和20根地址 线，直接寻址空间为220，即1MB。8088CPU内部结构与8086基本相 同但对外数据总线只有8条，称为准16位微处理器。 2.1 8086CPU结构 微型计算机工作时，总是先从存储器中取指令，需要的话再取 操作数，然后执行指令，送结果。通常8位机是串行执行的，而16位 机可并行操作。8086 CPU由总线接口部件BIU和指令执行部件EU组成, BIU和EU的操作是并行的。总线接口部件BIU完成取指令，读操作数， 送结果，所有与外部的操作由其完成。而指令执行部件EU从BIU的指 令队列中取出指令，并且执行指令，不必访问存储器或I/O端口。若 需要访问存储器或I/O端口，也是由EU向BIU发出访问所需要的地址， 在BIU中形成物理地址，然后访问存储器或I/O端口，取得操作数送 到EU，或送结果到指定的内存单元或I/O端口。这种并行工作方式， 大大提高了系统工作效率。 图2-1给出了8086CPU的内部结构框图。
2.3 8086存储器组织 一、存储器地址的分段 1.存储器地址的分段 在存储器中是以字节为单位存储信息的，每个存储单元有唯一的地址来 确定。8086/8088系统有20根地址线可寻址1MB字节的存储空间，即对存 储器寻址要20位物理地址，而8086为16位机，CPU内部寄存器只有16位， 可寻址64KB。因此8086系统把整个存储空间分成许多逻辑段，每段容量 不超过64KB。8086系统对存储器的分段采用灵活的方法，允许各个逻辑 段在整个存储空间中浮动，这样在程序设计时可使程序保持相对的完整 性。段和段之间可以是连续的(整个存储空间分成16个逻辑段)，也可以 是分开的或重叠的。如图2－7所示：
3.逻辑地址来源 逻辑地址来源如下表所示：
二、8086存储器的分体结构 8086系统中，1MB的存储空间分成两个存储体：偶地址存储体和奇地址 存 储体，各为512KB,示意图如图2-10所示：
存储器中存放的信息称为存储单元的内容，例如存储单元 00100H中的内容为34H，表示为(00100H)＝34H。一个字在存 储器中按相邻两个字节存放，存入时以低位字在低地址，高 位字节在高地址的次序存放，字单元的地址以低位地址表示。 例：(00100H)＝1234H，(00103H)＝0152H在内存中放的位置 如右图示。从中可以看出，一个字可以从偶地址开始存放，也 可以从奇地址开始存放，但8086CPU访问存储器时，都是以字 为单位进行的，并从偶地址开始。若读/写一个字节，只启动 某个存储体，只有相应的8位数据在数据总线上有效，即启动 偶地址存储体，低8位数据线有效，或启动奇地址存储体,高8 位数据线有效，另外8位数据被忽略了。
BP和SP寄存器称为指针寄存器，与SS联用，为访问现行堆栈段提供方便。 通常BP寄存器在间接寻址中使用，操作数在堆栈段中，由SS段寄存器与 BP组合形成操作数地址。即BP中存放现行堆栈段中一个数据区的“基址” 的偏移量，所以称BP寄存器为基址指针。 SP寄存器在堆栈操作中使用，PUSH和POP指令是从SP寄存器得到现行堆 栈段的段内地址偏移量，所以称SP寄存器为堆栈指针，SP始终指向栈顶。 寄存器SI和DI称为变址寄存器，通常与DS一起使用，为访问现行数据段 提供段内地址偏移量。在串指令中，其中源操作数的偏移量存放在SI中， 目的操作敷的偏移量存放在DI中，SI与DI的作用不能互换，否则传送地 址相反。在串指令中，SI、DI均为隐含寻址，此时，SI和DS联用，DI和 ES联用。 3.段寄存器 8086/8088CPU可直接寻址1MB的存储器空间，直接寻址需要20位地址码， 而所有内部寄存器都是16位的，只能直接寻址64KB，因此采用分段技术 来解决。将1MB的存储空间分成若干逻辑段，每段最长64KB，这些逻辑 段在整个存储空间中可浮动。
一、8086CPU的内部结构 1.总线接口部件BIU 总线接口部件BIU是8086CPU与外部(存储器和I/O端口)的接口，它 提供了16位双向数据总线和20位地址总线，完成所有外部总线操作。 BIU具有下列功能：地址形成、取指令、指令排队，读/写操作数和 总线控制。它由下列各部分组成： （1）16位段地址寄存器： CS－代码段寄存器 DS－数据段寄存器 ES－附加段寄存器 SS－堆栈段寄存器 （2）16位指令指针寄存器IP：存放下一条要执行指令的偏移地址。 （3）20位物理地址加法器：将16位逻辑地址变换成存储器读/写所需要 的20位物理地址，实际上完成地址加法操作。 （4）6字节指令队列：预放6字节的指令代码。 （5）总线控制逻辑：发出总线控制信号。
任何一个存储单元的实际地址，都是由段地址及段内偏移地址两部分组 成，从图2－7可以看出，任何一个存储单元，可以在一个段中定义，也 可定义在两个重叠的逻辑段中，关键看段的首地址如何指定。IBM PC机 对段的首地址有限制．规定必须从每小段的首地址开始，每16字节为一 小段，所以段起始地址必须能被16整除才行。
将其修改，使IP始终指向下一条将要执行的指令的地址，因此它是用来 控制指令序列的执行流程的，是一个重要的寄存器。8086程序不能直接 访问IP，但可以通过某些指令修改IP的内容。例如，当遇到中断指令或 调用于程序指令时，8086自动调整IP的内容，将IP中下一条将要执行的 指令地址偏移量人栈保护，待中断程序执行完毕或子程序返回时，可将 保护的内容从堆栈中弹出到IP，使主程序继续运行。在跳转指令时，则 将新的跳转目标地址送入IP，改变它的内容，实现了程序的转移。 5.标志寄存器PSW 16位标志寄存器PSW用来存放运算结果的特征，常用作后续条件转移指 令的转移控制条件。其中7位没有用，9个标志位分成两类：一类为状态 标志，表示运算后结果的状态特征，它影响后面的操作。状态标志有6 个：CF、PF，AF、ZF、,CF和OF。另一类为控制标志，用来控制CPU操作， 控制标志有3个：TF、IF和DF。PSW寄存器的具体格式如下图所示：
2.物理地址形成 8086 系统将段地址放在段寄存器中，称为“段基址”。有 4 个段寄存器， 分别为代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加段寄存器ES和堆栈段寄 存器SS。 段内“偏移地址”指出了从段地址开始的相对偏移位置。它可以放在指 令 指针寄存器IP中，或16位通用寄存器中。 逻辑地址：存储器的任一个逻辑地址由段基址和偏移地址组成，都是无 符号的16位二进制数，程序设计时采用逻辑地址。 物理地址：存储器的绝对地址，从00000～FFFFFH，是CPU访问存储器的 实际寻址地址，它由逻辑地址变换而来。物理地址计算如下所示： 物理地址＝段基址×16＋偏移地址 因为段基址指每段的起始地址，它必须是每小段的首地址，其低4位一 定为0，所以在实际工作时，是从段寄存器中取出段基址，将其左移4位， 再与16位偏移地址相加，就得到了物理地址，此地址在CPU的总线接口 部件BIU的地址加法器中形成。
一、8086/8088CPU在最小模式中引脚定义 二、8086/8088CPU在最大模式中引脚定义
三、8088与8086CPU的不同之处
8088CPU的内部结构及外部引脚功能与8086CPU大部分相同。主要不同之 处如下： 1.8088的指令队列长度是4个字节，指令队列中只要出现一个空闲字节 时，BIU就会自动访问存储器，取指令来补充指令队列。(8086要在指令 队列中至少出现2个空闲字节时，才预取后续指令)。 2.8088CPU中，BIU的总线控制电路与外部交换数据的总线宽度是8位， 总线控制电路与专用寄存器组之间的数据总线宽度也是8位，而EU的内 部总线是16位，这样，对16位数的存储器读/写操作要两个读/写周期才 可以完成。 3.8088外部数据总线只有8条，所以分时复用的地址/数据总线为AD7～ AD0；而AD15～AD8成为仅传递地址信息的A15～A8。 4.8088中，用 IO/M 信号代替 M/IO信号， IO/M 低电平时选通存储器， 高电平时选通I/O接口。 5.8088中，只能进行8位数据传输，BHE 信号不需要了，改为 SS 0，与 DT /R IO/M一起决定最小模式中的总线周期操作。 下表指出了具体的组合关系。