第 2 章 8086/8088 微处理器

存储程序工作原理是指把程序存储在计算机内，使计算机能像快速存取数据一样地快速存取组成程序的指令。为实现控制器自动连续地执行程序，必须先把程序和数据送到具有记忆功能的存储器中保存起来，然后给出程序中第一条指令的地址，控制器就可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取指令、译码、执行，直到完成全部指令操作为止，即控制器通过指令流的串行驱动实现程序控制

微型计算机的组成及工作原理微型计算机基本结构（冯诺依曼结构）

微处理器 CPU

1 、寄存器组2 、算术逻辑单元 ALU

3 、控制器 （ 1 ）程序计数器 PC

（ 2 ）地址寄存器 AR

（ 3 ）数据寄存器 DR

（ 4 ）指令寄存器 IR 和指令译码器 ID

（ 5 ）时许部件

总线

1 、 DB

2 、 AB

3 、 CB

存储器

通常指内存，有读、写操作

输入输出设备及其接口输入输出接口

2.1 8086/8088 的功能结构2.1 8086/8088 的编程结构

1 ．总线接口部件 (BIU)

2 ．执行部件 EU

3 ．“流水线”结构

图 2-3 8086 的编程结构图

1 ．总线接口部件 (BIU) 总线接口部件由下列各部分组成： （ 1 ） 4 个段地址寄存器；CS——16 位的代码段寄存器； DS——16 位的数据段寄存器； ES——16 位的扩展段寄存器； SS——16 位的堆栈段寄存器； （ 2 ） 16 位的指令指针寄存器 IP ；（ 3 ） 20 位的地址加法器； （ 4 ） 6 字节的指令队列缓冲器。

执行部件的功能就是负责从指令队列取指令并执行。从编程结构图可见，执行部件由下列几个部分组成： （ 1 ） 4 个 通 用 寄 存 器 ， 即AX 、 BX 、 CX 、 DX ；（ 2 ） 4 个专用寄存器： （ 3 ）标志寄存器 FR ；（ 4 ）算术逻辑单元 ALU 。

2 ．执行部件 EU

3 ．“流水线”结构 总线接口部件 BIU 和执行部件 EU 并不是同步工作的，两者的动作管理遵循如下原则： 每 当 8086 的 指 令 队 列 中 有 2 个 空 字节， BIU 就会自动把指令取到指令队列中。而同时 EU 从指令队列取出一条指令，并用几个时钟周期去分析、执行指令。当指令队列已满，而且 EU 对 BIU 又无总线访问请求时， BIU 便进入空闲状态。在执行转移、调用和返回指令时，指令队列中的原有内容被自动清除。

第 2章 微处理器第 2章 微处理器

4 、 8088 和 8086 的区别

1 、指令队列长度 8086 为 6 个字节、 8088 为 4 个字节

2 、 8086 是 16 位机； 8088 是准 16 位机

3 、其他：如有些控制信号不同

2.2 8086 的寄存器结构按功能分为三类：一、通用寄存器二、段寄存器三、控制寄存器、标志寄存器

通用寄存器

数据寄存器（ AX ， BX ， CX ， DX ） 地址指针寄存器（ SP ， BP ） 变址寄存器（ SI ， DI ）

数据寄存器

8088 含 4 个 16 位数据寄存器，它们又可分为 8 个 8 位寄存器，即：AX AH ， AL

BX BH ， BL

CX CH ， CL

DX DH ， DL

数据寄存器特有的习惯用法AX ：累加器。所有 I/O 指令都通过 AX 与接口传送 信息，中间运算结果也多放于 AX 中；BX ：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址；CX ：计数寄存器。用于在循环或串操作指令 中存放计数值；DX ：数据寄存器。在间接寻址的 I/O 指令中存放 I/O 端口地址；在 32 位乘除法运算时，存放 高 16 位数。

地址指针寄存器

SP ：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的 偏移地址；BP ：基址指针寄存器，常用于在访问内 存时存放内存单元的偏移地址。

BX 与 BP 在应用上的区别

作为通用寄存器，二者均可用于存放数据；作为基址寄存器，用 BX 表示所寻找的数据在数据段；用 BP 则表示数据在堆栈段。

变址寄存器SI ：源变址寄存器DI ：目标变址寄存器变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。特别是在串操作指令中，用 SI 存放源操作数的偏移地址，而用DI 存放目标操作数的偏移地址。

段寄存器

用于存放相应逻辑段的段基地址

CS ：代码段寄存器。代码段存放指令代码 DS ：数据段寄存器 ES ：附加段寄存器 SS ：堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置

存放操作数

控制寄存器

IP ：指令指针寄存器，其内容为下一条 要执行指令的偏移地址FLAGS ：标志寄存器，存放运算结果的 特征 6 个状态标志位（ CF ， SF ， AF ， PF ， OF ， ZF ） 3 个控制标志位（ IF ， TF ， DF ）

2.3 存储器的使用2.3.1 存储器的组织按字节存储，每个字节有唯一的物理地址；高位在高地址，低位在低地址对字的存放，如果低位是偶地址，则称为规则存放，否则为非规则存放8086 的 1M 空间，分为两个 512KB 的高位库和低位库，分别和数据总线的 D15-D8 及 D7-D0 相连，通过 BHE 信号选择

2.3.2 8086 存储器的分段结构 8086 CPU 中 有 四 个段 寄 存 器 ：CS ， DS ， SS 和ES ， 这 四 个 段 寄 存器 存 放 了 CPU 当 前可以寻址的四个段的基值，也即可以从这四个段寄存器规定的逻辑段中存取指令代码和数据。一旦这四个段寄存器的内容被设定，就规定了 CPU当前可寻址的段，如图 2-7 所示。 图 2-7 当前可寻址的存储

器段（堆栈段和附加段重叠）

2.3.3 8086 存储器的逻辑地址与物理地址

8086 CPU 中的每个 存 储 元 在 存 储体 中 的 位 置 都 可以 使 用 实 际 地 址和 逻 辑 地 址 来 表示。CPU 访 问 存 储 器时，要形成 20 位的 物 理 地 址 ， 即先 找 到 某 段 ， 再找 到 该 段 内 的 偏移 量 。 换 句 话 说 ，CPU 是 以 物 理 地址 访 问 存 储 器 的 ，如图 2-8 所示。

图 2-8 逻辑地址与物理地址的关系

8086 存储器 20 位物理地址的形成

在存储段划分时，段内地址是连续的，段与段之间是相互独立的。每个段的起始地址称段的基址，段基址必须是能被 16 整除的那些地址，即 20 位的段基址的低四位应当是 0000 。由于段起始地址的低四位为 0 ，所以可用 20 位地址的高 16 位表示段的基址，存放在段基址寄存器中。段基址寄存器共四个： CS 、 DS 、 ES 、 SS 。

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2.4 8086 的引脚信号和工作模式

2.4.1 8086 的总线周期的概念

T1 状态： 送地址T2 状态： 撤销地址T3 状态： 送数据Tw 状态： 等待T4 状态： 总线周期结束

2.4.2 、 8088CPU 的引线及功能引脚定义的方法可大致分为：：每个引脚只传送一种信息（ RD 等）；引脚电平的高低不同的信号（ IO/M 等）；CPU 工作于不同方式有不同的名称和定义（ WR/LOCK 等）；分时复用引脚（ AD7---AD0 等） ；引脚的输入和输出分别传送不同的信息（ RQ/GT 等）。

主要引线（最小模式下）： 8088 是工作在最小还是最大模式由 MN/MX端状态决定。 MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模式AD7---AD0 ：低 8 位地址和数据信号分时复 用。在传送地址信号时为单 向，传送数据信号时为双向。A19--- A16 ：高 4 位地址信号，分时复用。A15--- A8 ：输出 8 位地址信号。

主要的控制和状态信号

WR ： 写信号；RD ： 读信号；IO/M ：为“ 0” 表示访问内存， 为“ 1” 表示访问接口；DEN ： 低电平有效时，允许进行读 / 写操 作；RESET ：复位信号。

[ 例 ] ：

当 WR=1 ， RD=0 ， IO/M=0 时， 表示 CPU 当前正在进行读存储器操作。

中断请求和响应信号

INTR ：可屏蔽中断请求输入端NMI ：非屏蔽中断请求输入端INTA ：中断响应输出端

总线保持信号

HOLD ：总线保持请求信号输入端。当 CPU

以外的其他设备要求占用总线时， 通过该引脚向 CPU 发出请求。HLDA ：总线保持响应信号输出端。 CPU 对 HOLD 信号的响应信号。

2.4.3 微处理器工作模式1 ．最小工作模式

由图 2-13 可知，在 8086 的最小模式中，硬件连接上有如下几个特点：（ 1 ） MN/ 引脚接 +5V ，决定了 8086 工作在最小模式。（ 2 ）有一片 8234A ，作为时钟发生器。（ 3 ）有三片 8282或 74LS373 ，用来作为地址锁存器。（ 4 ）当系统中所连接的存储器和外设比较多时，需要增加系统数据总线的驱动能力，这时，可选用两片 8286或 74LS245 作为总线收发器。

MX

图 2-13 8086CPU 最小模式下的典型配置

2 ．最大工作模式

由图 2-4 可知，最大模式配置和最小模式配置有一个主要的差别： 最大模式下多了8288 总线控制器。

图 2-4 8086CPU 最大工作模式下的典型配置

2.6 8086 的总线时序

1 ．读周期的时序 2 ．写周期的时序

1 ．读周期的时序（图 2-9 ）

8086读总线周期

一个基本的读周期一般包含如下几个状态：

T1 状态： T2 状态： T3 状态： Tw 状态： T4 状态：

2 ．写周期的时序（图 2-10 ）

8086写总线周期

作业

P54

1 、（ 1 ）、（ 3 ）、（ 4 ）、（ 6 ）、（ 8 ）、（ 9 ）、（ 10 ）2 、（ 3 ）、（ 4 ）、（ 5 ）4 、（ 5 ）、（ 6 ）