第二章

8086/8088系统结构

一、微处理器

1.1概述

• 简称CPU，由运算器、控制器和寄存器三部分组成。
  • 运算器：算术和逻辑运算。
  • 控制器：包括指令寄存器、指令译码器、和控制电路。可实现指令译码、调用和取操作数或操作数地址的功能。
  • 寄存器：暂存 操作数和运行结果。

1.2微处理器内部结构

• 控制器：完成指令的读取、寄存、译码和执行。
• 工作寄存器：暂存寻址和计算过程的信息。
• I/O控制逻辑：处理输入/出操作。
• ALU：所有的算术、逻辑、移位计算。

1.3微处理器的外部结构

• 微处理器的外部结构指：CPU与外部设备和I/O组成的结构。它们之间的联系是：
  • 控制器总线：在CPU与外部设备或I/O口之间传输控制信息和状态信息。
  • 地址总线： 在CPU和外存或I/O口之间传输地址码。
  • 数据总线： 在CPU和外存或I/O口之间传输数据。

二、8086/8088

2.1 8086/8088的功能结构

• 寄存器结构：
  • 通用寄存器

    • 数据寄存器：（分为高八位和低八位，只能用来存放数据，即寄存操作数或操作数结果）

      • AX：累加器
      • BX：基址寄存器
      • CX：计数寄存器
      • DX：数据寄存器

    • 指针寄存器：（对存储器操作数寻址时，用于形成20位的地址码，而其本身只有16位无法作为地址码）

      • SP：堆栈指针：存放堆栈操作的段内偏移地址（段地址由SS段寄存器提供）
      • BP：基址指针：对堆栈内寻址时，存放段内偏移地址的一部分

    • 变址寄存器：（同上）

      • SI：源变址寄存器：存放某些间接寻址时段内偏移地址
      • DI：目标变址寄存器：存放某些间接寻址时段内偏移地址

    • 段寄存器：

      • CS：代码段寄存器：存放当前程序所在段的段地址，其内容<<4再加上指令指针IP的内容就是下一条要执行的指令地址。
      • DS：数据段寄存器：存放当前数据的段地址，其内容<<4再加上按指令中存储器寻址方式计算出来的偏移地址，即为对数据段指定位置的读写。
      • SS：堆栈段寄存器：存放当前堆栈段的地址，其内容<<4再加上SP的内容即为对堆栈进行操作的地址。
      • ES：附加段寄存器：存放附加段的段地址，是进行字符串操作时的目的区地址。
      • 

    • 控制寄存器：

      • IP：指令指针：存放下一条要执行指令的偏移地址。
      • FLAGS：标志寄存器：状态字PSW寄存器，存放状态特征和控制标志。
        • 状态标志：
          • CF：进位标志（1有效）
          • PF：（1的个数）奇偶标志（1有效）
          • AF：辅助进位标志（1有效）
          • ZF：（运算结果）零标志（1有效）
          • SF：符号标志（1为负）
          • OF：溢出标志，超出带符号数表示的范围（1有效）

    • 例如：
      SF=1；PF=0；ZF=0；CF=0；AF=0；OF=1；

      • 控制标志
        • DF：方向控制（1递减）
        • IF：可屏蔽中断允许标志位（１允许中断）
        • TF：陷阱标志（１单步执行）
• 工作过程：程序运行时，IP指令指针将要运行的指令地址传输到ALU总线，IP本身自加指向下一条指令地址。再通过一系列计算计算出２０位的地址码，通过总线接口单元BIU按照２０位地址码从外部存储器或I/O接口寄存器将指令读取到指令队列，再通过８位Q总线将指令传回执行单元进行运行，运行时通过一系列计算计算出２０地址码读取外部存储器或I/O接口寄存器的数据。

2.２ 8086/8088的存储器组织和I/O组织

2.2.1存储器的地址空间和数据存储格式

• 地址空间:以字节(8位)存储.有20条地址总线,即1MB空间
• 数据存储格式:两个字节=一个字,字地址的高八位存储高字节地址,低八位存储低字节地址.

2.2.2存储器的分段和物理地址的形成

存储器的分段

1. 为什么要分段?

• 16位的地址寄存器最多有2¹⁶种变化,即直接寻址的空间有64KB,而物理地址空间有1MB,故地址寄存器无法对物理地址空间进行管理.

2. 如何分段?

• 将能整除16的地址作为各逻辑段的起始地址,该起始地址的高十六位也称段地址.其余的地址均可通过段地址加偏移来计算得到.而偏移也是16位的,故十六位的段地址最大段为2¹⁶=64KB的范围.(逻辑段可以紧密相连也可以重叠)
  

以能整除十六的高十六位为段地址,1MB = 2²⁰=1048576/16=65536=2¹⁶,故有2¹⁶个段地址,每个地址寄存器是16位,故每一个段地址配上其偏移的空间有:2¹⁶=64KB

物理地址的换算

• 逻辑地址:段地址:偏移地址
• 物理地址=段地址<<4+偏移地址

2.2.3段地址和偏移地址来源

用户的程序数据存储在代码段,数据段,堆栈段,附加段中,而这些段的地址存储在CS,DS,SS,ES中.其偏移地址的来源与段地址的来源如下:

2.2.4 8086/8088 I/O口组织

1. 每个I/O端口有唯一一个端口地址;
2. 需要I/O端口寄存器的原因是CPU速度远快于I/O设备,I/O端口相当于起缓冲作用;
3. 8086的端口控制线是16位,共可以控制2¹⁶个I/O端口,8088的端口控制线是8位,共可以控制2⁸个I/O端口.