第2章 微處理器和指令系統(tǒng)2

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第2章微處理器和指令系統(tǒng)2.12.28086/8088微處理器80x86/Pentium微處理器

2.3

8086/8088微處理器指令系統(tǒng)

2.18086/8088微處理器8086/8088的主要特性：Intel8086/8088采用HMOS工藝制造，內(nèi)含29000個(gè)晶體管，封裝在40引腳雙列直插式塑封管殼內(nèi)。數(shù)據(jù)總線(xiàn)：8086:16位，8088:8位。地址總線(xiàn)：20位，其中8086的低16位與數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用；8088的低8位與數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用。

內(nèi)存空間：20位地址線(xiàn)可直接尋址1MB存儲(chǔ)空間。尋址方式：8種尋址方式，提供了靈活的操作數(shù)存取方法。2

指令系統(tǒng)：上百條指令除能完成數(shù)據(jù)傳送、算數(shù)運(yùn)算、規(guī)律運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移和處理器控制功能外，

內(nèi)部還設(shè)有硬件乘除法與串處理指令電路，可以對(duì)多種數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行處理。

時(shí)鐘頻率：8088:4.7MHz;8086:5MHz;中斷功能：可處理內(nèi)部軟件和外部硬件中斷，中

斷源多達(dá)256個(gè)。

一、8086/8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通用寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI20位CSDSSSESIP

地址加法16位輸入/輸出控制電路

16位運(yùn)算寄放器ALU標(biāo)志執(zhí)行部件(EU)執(zhí)行部分控制電路

內(nèi)部暫存器

外部總線(xiàn)

1234568位指令隊(duì)列緩沖器總線(xiàn)接口部件(BIU)

1、總線(xiàn)接口單元BIU(BusInterfaceUnit)(1)功能：負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)。總線(xiàn)接口部件要從內(nèi)存取指令送到指令隊(duì)列；CPU執(zhí)行指令時(shí)，要協(xié)同執(zhí)行部件從指定的內(nèi)存單元或者外設(shè)端口中取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給執(zhí)行部件；把執(zhí)行部件的操作結(jié)果傳送給指定的存儲(chǔ)器或I/O端口。5

(2)組成6字節(jié)(8086)或4字節(jié)(8088)的指令隊(duì)列,指令指針寄放器IP:IP為一個(gè)16位的寄放器，20位的地址加法器段寄放器：CS、DS、SS、ES總線(xiàn)控制規(guī)律:處理器與外界總線(xiàn)聯(lián)系的轉(zhuǎn)接電路。

(3)兩點(diǎn)說(shuō)明指令隊(duì)列

8086的指令隊(duì)列為6個(gè)字節(jié),8088的指令隊(duì)列為4個(gè)字節(jié)。指令執(zhí)行順序順序指令執(zhí)行：指令隊(duì)列存放執(zhí)行指令后面的那一條指令。執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令：BIU清除指令隊(duì)列中的內(nèi)容，從新的地址取入指令，馬上送往執(zhí)行單元。7

內(nèi)存單元的物理地址PA的產(chǎn)生過(guò)程如圖

所示偏移地址段地址段寄放器左移4位

Σ

地址產(chǎn)生器

物理地址

2、EU(ExecutionUnit)執(zhí)行單元(1)功能：負(fù)責(zé)指令的譯碼和執(zhí)行。(2)組成：16位的運(yùn)算器ALU:包括數(shù)據(jù)的算數(shù)/規(guī)律運(yùn)算；

16位的標(biāo)志寄放器(PSW):9個(gè)標(biāo)志位，其中6個(gè)條件標(biāo)志位用于存放結(jié)果狀態(tài)；暫存器：輔助ALU完成各種運(yùn)算，暫存參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)；通用寄放器組：數(shù)據(jù)寄放器AX、BX、CX、DX,專(zhuān)用寄放器：BP、SP、SI、DI;EU控制電路：接

受從總線(xiàn)接口單元的指令隊(duì)列中取來(lái)的指令代碼，對(duì)其譯碼和向EU內(nèi)各有關(guān)部分發(fā)出9時(shí)序命令信號(hào)。

(3)寄放器功能：用來(lái)存放運(yùn)算過(guò)程中所需要的操作數(shù)地址、操作數(shù)及中間結(jié)果。組成：

通用寄放器：8個(gè)16位的通用寄放器，通用數(shù)據(jù)寄放器分別是AX、BX、CX和DX,它們通?？梢杂脕?lái)存放16位的數(shù)據(jù)。這4個(gè)寄放器又可以分為8個(gè)8位寄放器來(lái)使用，分別是AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL,只能存放8位數(shù)據(jù)。專(zhuān)用地址寄放器分別是BP、SP、SI和DI,也由于其特別用途被分別稱(chēng)為基址指針、堆棧指針、源變址10寄放器、目的變址寄放器。

寄放器的特別用途寄放器名AX,ALAHALBX特別用途在I/O指令中作數(shù)據(jù)寄放器在乘法指令中被乘數(shù)或乘積，在除法指令中存放被除數(shù)或商在LAHF指令中，作目的操作數(shù)寄放器在XLAT指令作累加器在間接尋址中作基址寄放器在XLAT指令作基址寄放器隱含性質(zhì)不能隱含隱含隱含隱含不能隱含隱含

CXCLDX

在循環(huán)指令和串操作指令中作計(jì)數(shù)器在移位指令中作移位次數(shù)寄放器在字乘法/除法指令中存放乘積高位/被除數(shù)高位或余數(shù)在I/O指令中作間接尋址寄放器

隱含不能隱含隱含不能隱含

SIDI

在間接尋址中作變址寄放器在串操作指令中作為源變址寄放器在間接尋址中作變址寄放器在串操作指令中作為目的變址寄放器

不能隱含隱含不能隱含隱含

BPSP

在間接尋址中作基址指針在堆棧操作中作堆棧指針

不能隱含隱含11

段寄放器：

CS:代碼段寄放器，用于存放正在或正待處理的一般代碼段的起始地址的高16位。DS:數(shù)據(jù)段寄放器，用于存放正在或正待處理的一般數(shù)據(jù)段的起始地址的高16位。ES:附加數(shù)據(jù)段寄放器，用于存放正在或正待處理的附加數(shù)據(jù)段的起始地址的高16位。SS:堆棧數(shù)據(jù)段寄放器，用于存放正在或正待處理的堆棧數(shù)據(jù)段的起始地址的高16位。指令指針I(yè)P:IP指令指針，它的內(nèi)容始終是下一條待執(zhí)行指令的起始偏移地址，與CS一起形成下一條待執(zhí)行指令的12起始物理地址。

程序狀態(tài)字PSW;16位程序狀態(tài)字PSW,它有3個(gè)控制標(biāo)志(IF、DF、TF)和6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志(SF、PF、ZF、OF、CF、AF)?？刂茦?biāo)志是用于控制CPU某方面操作的標(biāo)志，狀態(tài)標(biāo)志是部分指令執(zhí)行結(jié)果的標(biāo)志。PSW寄放器的具體格式如圖2.3所示：1511OF10987SF6ZF4AF2PF0CFDFIFTF

IF:中斷允許標(biāo)志，用于控制CPU能否響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求，IF=1能夠響應(yīng)，IF=0不能響應(yīng)。

程序狀態(tài)字PSW:

DF:方向標(biāo)志，用于指示串操作時(shí)變址寄放器是增量變化還是減量變化，DF=1向地址減小的方向變化，DF=0向地址增加的方向

變化。TF:單步中斷標(biāo)志，TF=1程序執(zhí)行當(dāng)前指令后暫停，TF=0程序執(zhí)行當(dāng)前指令后不暫停。SF:符號(hào)標(biāo)志，指令執(zhí)行結(jié)果的最高二進(jìn)制位是0還是1,為0,則SF=0。代表正數(shù)；為1,則SF=1,代表負(fù)數(shù)。PF:奇偶校驗(yàn)標(biāo)志，用來(lái)表示指令執(zhí)行結(jié)果的低8位中1的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)，若為奇數(shù)個(gè)“1〞則PF=0,若為偶數(shù)個(gè)“1〞則PF=1。14

程序狀態(tài)字PSW:OF:有符號(hào)數(shù)的溢出標(biāo)志，用來(lái)表示指令執(zhí)行結(jié)果是否超出有符號(hào)數(shù)的表示范圍，若超出則OF=1,否則OF=0。CF:進(jìn)位/借位標(biāo)志(無(wú)符號(hào)數(shù)的溢出標(biāo)志),用來(lái)表示指令執(zhí)行結(jié)果的最高位是否有向更高位進(jìn)位或借位，若有則CF=1,同時(shí)也代表無(wú)符號(hào)數(shù)溢出；若無(wú)則CF=0,也代表無(wú)符號(hào)數(shù)無(wú)溢出。AF:輔助進(jìn)位/借位標(biāo)志，低4位二進(jìn)制是否有向高位進(jìn)位或借位，若有則AF=1,否則AF=0,其主要用于BCD修正運(yùn)算。15

復(fù)位時(shí)各內(nèi)部寄放器的初值寄放器名稱(chēng)標(biāo)志寄放器(PSW)指令指針(IP)CS寄放器DS寄放器SS寄放器ES寄放器其它寄放器指令隊(duì)列

初值清零0000HFFFFH0000H0000H0000H0000H空

由表可見(jiàn)，復(fù)位時(shí)，代碼段寄放器CS和指令指針I(yè)P的值分別被初始化成FFFFH和0000H。因此，8086/8088啟動(dòng)后從內(nèi)存的FFFF0H處開(kāi)始執(zhí)行指令。一般在FFFF0H處放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)程序的入口處。復(fù)位時(shí)，標(biāo)志寄放器被清零。在時(shí)序上，RESET信號(hào)從高到低的跳變會(huì)觸發(fā)CPU內(nèi)部一個(gè)復(fù)位規(guī)律電路，經(jīng)過(guò)7個(gè)時(shí)鐘周期之后，CPU就被啟動(dòng)而進(jìn)入正常工作，即從FFFF0H處開(kāi)始執(zhí)行程序。17

小

結(jié)

在一條指令的執(zhí)行過(guò)程中可以取出下一條(或多條)指令，指令在指令隊(duì)列中排隊(duì)；在一條指令執(zhí)行完成后,就可以馬上執(zhí)行下一條指令，減少CPU為取指令而等待的時(shí)間，提高CPU的利用率和整個(gè)運(yùn)行速度。

8086/8088微處理器:BIU和EU分開(kāi)，取指和執(zhí)行可以重迭，大大減少了等待取指所需的時(shí)間，提高CPU的利用率。重迭操作技術(shù)：一方面提高了整個(gè)執(zhí)行速率，另一方面降低了與之相配的存儲(chǔ)器的存取速度的要求。18

二、8086/8088的工作模式和引腳功能1、8086/8088的工作模式最小模式：是指系統(tǒng)中只有8086或8088一個(gè)微處理器，所有總線(xiàn)控制信號(hào)均由CPU直接產(chǎn)生，最小模式用在規(guī)模較小的8086/8088系統(tǒng)中。最大模式：是指系統(tǒng)中包含兩個(gè)或多個(gè)微處理器，其中主處理器是8086或者8088,其余處理器稱(chēng)為協(xié)處理器，系統(tǒng)的總線(xiàn)控制信號(hào)主要由總線(xiàn)控制器產(chǎn)生，最大模式用于中、大型的8086/8088系統(tǒng)。19

2、8086的引腳功能(帶括號(hào)的引腳功能為最大模式下的功能)

GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKG

ND

8086

VCCAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)M/IO(S2)DT/R(S1)DEN(S0)ALE(QS0)INTA(QS1)