第二章 8086计算机组织

第二章 8086计算机组织

1．课前思考

（1）微计算机系统一般包括哪两部分？

（2） 8086微处理器主要由哪几部分组成？它们的功能是什么？

（3）一个字节和一个字分别由几个二进制位组成？

（4）在Intel系列微型机中是如何编址的？

（5）一个字节和一个字在存储器中是如何存储的？

（6）字单元的地址是偶数或是奇数时，访问存储器有什么不同？

（7） 8086微型机可以访问的最大存储空间是多少？应用几位地址来表示？

（8）在8086微机中，如何提供20位的地址？如何形成物理地址？

（9） 8086微机中，存储器空间可分为几种逻辑段？每段的可寻址空间是多大？段地址存放在哪些寄存器中？

（10） CPU中有哪几类寄存器，它们各自的专门用途是什么？

（11）条件码标志和控制标志各包含几位？它们每位所表示的意义是什么？

（12）什么是DOS和BIOS功能调用？

2．学习目标

了解计算机系统的主要组成部分；掌握存储器地址分段的方法以及存储单元物理地址的形成方法；熟悉8086各类寄存器的用途；熟悉标志寄存器各标志位的意义。

3．学习指南

本章内容是汇编语言程序设计所需要了解的硬件知识，已熟悉计算机基本原理的学员可直接学习后面的章节。

4．难重点

存储器分段；存储器单元物理地址的形成；各寄存器的用途。

5．知识点

2.1 80x86微处理器系列概况

2.2 基于8086的微计算机系统

● 8086微处理器的基本组成

● 微计算机的软件系统

2.3 8086寄存器组

● 通用寄存器

● 专用寄存器

● 段寄存器

2.4 8086微处理器的存储器管理

● 存储单元的地址和内容

● 存储器分段管理

2.5 外部设备

● I/O端口

● DOS和BIOS功能调用

第二章 8086计算机组织

2.1 80x86微处理器系列概况

80X86微处理器系列是美国Intel公司从20世纪70年代开始研制的微处理器的总称。我们先简单介绍80X86微处理器的发展概况，然后简要说明基于微处理器8086的计算机系统构成，最后将根据汇编语言编程的需要分节介绍8086微处理器的基本组成、8086寄存器组、存储器和外部设备。

1．从8080/8085到8086

8086是1978年Intel公司推出的16位微处理器。与其前一代8位微处理器8080/8085相比，8086有如下几点进步：

（1）8086有16位数据总线，处理器与外部传送数据时，一次可传送16位二进制数，而8080/8085一次只能传送8位。

（2）8086的寻址空间从8080/8085的64K字节提高到1M字节。

（3）8086采用了流水线技术，而8080/8085是非流水线结构。在一个具有流水线结构处理器的系统中，可以实现处理器的内部操作与存储器或I/O接口之间的数据传送操作重叠进行，从而提高了处理器的性能。

2．从8086到8088

8086的内部寄存器、功能部件、数据通路以及对外的数据总线均为16位宽度，它的出现是计算机技术上一个很大的进步。但是，当时已有的微处理器外围配套芯片的数据总线都是8位的，为了使用这些8位的外围芯片组成系统，Intel公司又推出了8088微处理器。8088的内部结构与8086基本相同，也提供16位的处理能力，但对外的数据总线设计成8位。

1981年IBM公司选择8088微处理器作为核心来设计IBM PC微计算机系统，推向市场后获得了巨大的成功，为后来的80x86系列微处理器成为主流微计算机的处理核心打下了基础。

3．80286、80386到Pentium微处理器

由于用户对PC机性能的要求迅速提高，Intel公司在1982年推出了80286微处理器，它仍然是16位结构。80286的内部及外部数据总线都是16位的，但它的地址线是24位的，可寻址16M字节的存储空间。80286有两种工作方式，即实模式和保护模式。实模式与8086工作方式相同，但速度比8086快。保护模式除了仍具有16M字节的存储器物理地址空间外，她还能为每个任务提供1G（230）字节的虚拟存储器地址空间。保护方式把操作系统及各任务所分配到的地址空间隔离开，避免程序之间的相互干扰，保证系统在多任务环境下正常工作。

80386是1985年研制出的一个32位微处理器，内部及外部数据总线均为32位，地址线也为32

位，因此它可处理4G（232）字节的物理存储空间。80386为每个任务提供的虚拟存储空间增加到64T （246）字节。

1989年Intel公司又研制出新一代的微处理器80486，80486芯片内除了有一个与80386相同结构的主处理器外，还集成了一个浮点处理部件FPU以及一个8K字节的高速缓冲存储器（cache），使80486的计算速度和总体性能比80386有了明显的提高。

1993年Intel公司又推出了Pentium微处理器，此后几乎每两年就推出一个新型号，至今市场上的Intel微处理器已是PentiumⅣ。由此可见，微处理器芯片的发展速度是非常快的。在微处理器的发展过程中，芯片主频越来越快，寻址空间越来越大，数据和地址总线也越来越宽，加之许多体系结构方面的改进措施，如流水线结构、存储器层次结构等，使微计算机的性能大大提高，其应用领域也更加广泛。

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2.2 基于8086的微计算机系统

计算机系统包括硬件和软件两部分。微计算机的硬件有包括中央处理器（CPU）的微处理器芯片、存储器（MEMORY）、输入/输出（I/O）接口三部分组成。软件是各种程序的总和，包括系统软件和应用软件。

2.2.1 8086微处理器的基本组成

Intel 8086微处理器是一个16位结构，从图2.1中可以看出，整个微处理器分成两大功能部件，即执行部件（Execution Unit，EU）与总线接口部件（Bus Interface Unit，BIU）。EU与BIU通过内部总线连接，它们既可协同工作，又可独立工作。当EU与BIU各自独立工作时，就体现出8086内部操作具有并行性的特征。

1. 执行部件（EU）

执行部件EU是执行程序的的核心部件，完成指令译码、运算及其它操作的执行。执行部件由ALU （算术逻辑运算部件）、通用寄存器组、状态标志寄存器以及控制电路组成。

2. 总线接口部件（BIU）

总线接口部件BIU负责与存储器、I/O接口电路连接，并形成20位的地址码和16位的数据，通过总线进行数据传送。BIU由一些专用寄存器、指令队列缓冲器、地址加法器等功能部件组成。(图2.1 8086微处理器的结构)