1、1教學目的教學目的熟悉熟悉8088/8086微處理器的結構及其外部引腳微處理器的結構及其外部引腳和功能和功能掌握掌握8088/8086微機存儲器的組織微機存儲器的組織了解了解8088/8086微處理器的兩種工作模式微處理器的兩種工作模式了解了解8088/8086微處理器的工作時序微處理器的工作時序第第2 2章章 8086/80888086/8088微處理器微處理器23 CPU是計算機系統的核心部件，控制和協調整個計算機是計算機系統的核心部件，控制和協調整個計算機系統的工作。基本功能：系統的工作。基本功能： 進行算術運算和邏輯運算；進行算術運算和邏輯運算； 對指令進行譯碼、分析、執行指令所規定的

2、操作；對指令進行譯碼、分析、執行指令所規定的操作； 與存儲器和與存儲器和I/O接口進行數據交換；接口進行數據交換； 少量數據的暫存；少量數據的暫存； 提供系統所需的定時和控制信號；提供系統所需的定時和控制信號； 響應輸入輸出設備發出的中斷請求響應輸入輸出設備發出的中斷請求。80888088與與80868086同屬于第三代同屬于第三代CPU,CPU,為為1616位位CPUCPU、地址總線寬度、地址總線寬度2020位，它們支持完全相同的指令系統。區別：位，它們支持完全相同的指令系統。區別：8086CPU8086CPU內部數據總線為內部數據總線為1616位，外部數據總線寬度為位，外部數據總線寬度為1

3、616位，位，而而80888088的外部數據總線寬度為的外部數據總線寬度為8 8位；位；另外另外80868086的指令預取隊列長度為的指令預取隊列長度為6 6字節，而字節，而80888088的指令預取的指令預取隊列長度為隊列長度為4 4字節。字節。42 2.1 .1 8088/80868088/8086微處理器的內部結構微處理器的內部結構8088以前的以前的CPU采用串行工作方式，采用串行工作方式，指令的執行過指令的執行過程一般為：程一般為：取指令取指令 指令譯碼指令譯碼 取操作數取操作數 執行指令執行指令 存放結果存放結果在在EU和和BIU之間增設了指令預取隊列之后：在多數情之間增設了指令預

4、取隊列之后：在多數情況下，取指令操作和執行指令操作并行進行。況下，取指令操作和執行指令操作并行進行。8086/8088包含兩大功能部件，即包含兩大功能部件，即執行單元（執行單元（EU，Execution Unit）總線接口單元（總線接口單元（BIU，Bus Interface Unit）2.1.1 8086/8088CPU的功能結構7AHALBLCLDLDHCHBH CX DXBXAXSPBPDICSDSSSESIP通用寄存器組暫存寄存器ALUFLAGSEU控制部件ALU數據總線16位8位Q總線指令隊列1 2 3 4 內部通信寄存器地址加法器20位數據總線16位段寄存器總線控制邏輯SI執行單元

5、EU總線接口單元BIU1. 執行單元執行單元EU功能：譯碼分析指令，執行指令，暫存中間運算結功能：譯碼分析指令，執行指令，暫存中間運算結果并保留結果特征。果并保留結果特征。 從指令隊列中取指令代碼從指令隊列中取指令代碼 譯碼譯碼 在在ALU中完成數據的運算中完成數據的運算 運算結果的特征保運算結果的特征保存在標志寄存器存在標志寄存器FLAGS中。中。如果指令隊列為空，如果指令隊列為空，EU就等待；就等待；2. 總線接口單元總線接口單元BIU功能：功能：負責與內存或輸入負責與內存或輸入/ /輸出接口的信息傳送；輸出接口的信息傳送；EU從指令預取隊列中取走指令，指令隊列出現空字節時從指令預取隊列中

6、取走指令，指令隊列出現空字節時，BIU就自動執行一次取指令周期，從內存中取出后續就自動執行一次取指令周期，從內存中取出后續的指令代碼放入指令預取隊列中；的指令代碼放入指令預取隊列中；從指定的內存單元或外設取從指定的內存單元或外設取EU需要的數據；需要的數據；保存保存EU的運算結果；的運算結果；當遇到跳轉指令時，當遇到跳轉指令時， BIU就使指令隊列復位，從新地址就使指令隊列復位，從新地址取出指令，并立即傳給取出指令，并立即傳給EU去執行。去執行。8088/8086 CPU的工作方式為并行工作的工作方式為并行工作指令預取隊列的存在使指令預取隊列的存在使EU和和BIU兩個部分可同時進行兩個部分可同

7、時進行工作，從而工作，從而減少了減少了CPU為取指令而等待的時間；為取指令而等待的時間；降低了對存儲器存取速度的要求降低了對存儲器存取速度的要求8088/8086 CPU的這種結構被稱為指令流水線結構的這種結構被稱為指令流水線結構。新型。新型CPU將一條指令劃分成更多的階段，以便可將一條指令劃分成更多的階段，以便可以同時執行更多的指令，例如，以同時執行更多的指令，例如，PIII為為14個階段個階段，P4為為20個階段個階段(超級流水線超級流水線)2.1.2 8088CPU2.1.2 8088CPU的存儲器組織的存儲器組織11物理地址 8088/80868088/8086：2020根地址線，可尋

8、址根地址線，可尋址2 22020(1MB)(1MB)個存儲單元。個存儲單元。 CPU CPU送到送到ABAB上的上的2020位的地址稱為物理地址。位的地址稱為物理地址。 代碼段代碼段物理地址物理地址.60000H 60001H 60002H 60003H 60004H.12HF0H1BH08H高地址高地址低地址低地址段基址段基址段基址段基址段基址段基址段基址段基址最大最大64KB，最小最小16B段段i-1段段i段段i+1物理地址物理地址.60000H 60001H 60002H 60003H 60004H.12HF0H1BH08H問題：問題：80888088的內部總線和內部寄存器均為的內部總線

9、和內部寄存器均為1616位，如何生成位，如何生成2020位地址？位地址？解決：存儲器分段解決：存儲器分段13 物理地址是物理地址是CPUCPU操作時所使用的地址；邏輯地址是應用人操作時所使用的地址；邏輯地址是應用人員在編程時所使用的地址。由邏輯地址形成物理地址是由總員在編程時所使用的地址。由邏輯地址形成物理地址是由總線接口部件中的地址加法器實現的。線接口部件中的地址加法器實現的。代碼段寄存器：代碼段寄存器：CSCS數據段寄存器：數據段寄存器：DSDS堆棧段寄存器：堆棧段寄存器：SSSS附加段寄存器：附加段寄存器：ESES8086/80888086/8088系統中把可直接尋址的系統中把可直接尋址

10、的1 1兆的內存空間分為段兆的內存空間分為段的邏輯區域。每段的物理長度為的邏輯區域。每段的物理長度為6464KBKB。每段的第一個內存單元的物理地址稱為段起始地址，段每段的第一個內存單元的物理地址稱為段起始地址，段起始地址必須能被起始地址必須能被16整除，形式如整除，形式如XXXX0H，XXXXH為段基為段基址，即段起始地址的高址，即段起始地址的高16位。段基址存在段寄存器位。段基址存在段寄存器CSCS、 DS DS、 SSSS、 ES ES中中。相對于該段起始地址的字節數稱為偏移量；段基址。相對于該段起始地址的字節數稱為偏移量；段基址和段內偏移量又稱為邏輯地址。和段內偏移量又稱為邏輯地址。段

11、起始地址可由軟件指定段起始地址可由軟件指定每個段都由連續的存儲單元構成，并且獨立尋址。每個段都由連續的存儲單元構成，并且獨立尋址。存儲器如何分段？存儲器如何分段？段基地址和段內段基地址和段內偏移量組成了偏移量組成了邏輯地址邏輯地址 段基址段基址 偏移地址偏移地址(偏移量偏移量) 表示為：段基址表示為：段基址:段內偏移量段內偏移量 如：如：2000:0370H物理地址物理地址=段基址段基址10H+偏移地址偏移地址0AH3EH60002H00H12H60000H0 0 0 0段基地址（段基地址（16位）位）段首地址段首地址 已知已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF

12、0H， DS段有一操作數，其偏移地址段有一操作數，其偏移地址=0204H， 1)畫出各段在內存中的分布畫出各段在內存中的分布 2)指出各段末地址指出各段末地址 3)該操作數的物理地址該操作數的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS CSDSES解：解： 各段分布及段首址見右圖所示。各段分布及段首址見右圖所示。 操作數的物理地址為：操作數的物理地址為： 250AH10H+0204H = 252A4H存儲器為什么要分段存儲器為什么要分段?因為因為8088/80868088/8086的寄存器都是的寄存器都是1616位的，無法裝載位的，無法裝載2020位的物位的物理地址，

13、所以它采用了將地址空間分段的方法；理地址，所以它采用了將地址空間分段的方法；方便存儲器的管理，采用分段甚至分頁來管理，使得多個方便存儲器的管理，采用分段甚至分頁來管理，使得多個程序可以并行運行；程序可以并行運行；分段尋址允許程序在存儲器內重定位（浮動），可以把整分段尋址允許程序在存儲器內重定位（浮動），可以把整個程序作為一個整體移到一個新的區域。允許實模式編寫個程序作為一個整體移到一個新的區域。允許實模式編寫的程序在保護模式下運行。程序當中使用的地址都是邏輯的程序在保護模式下運行。程序當中使用的地址都是邏輯地址。地址。信息按特征分段存儲。信息按特征分段存儲。含含14個個16位寄存器，按功能可分

14、為三類：位寄存器，按功能可分為三類： 8個通用寄存器個通用寄存器 4個段寄存器個段寄存器 2個控制寄存器個控制寄存器2.1.3 8088CPU2.1.3 8088CPU的寄存器結構的寄存器結構AHALBLCLDLDHCHBHDXCXBXAXSPBPDISI目的變址寄存器目的變址寄存器源變址寄存器源變址寄存器基址指針寄存器基址指針寄存器堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器通通用用寄寄存存器器AHALBLCLDLDHCHBHDXCXBXAXSPBPSIDIIPFLAGSCSDSSSES控制寄存器控制寄存器指令指針指令指針狀態標志狀態標志代碼段寄存器代碼段寄存器數據段寄存器數據段寄存器堆棧段寄存器堆棧段寄存

15、器附加段寄存器附加段寄存器目的變址寄存器目的變址寄存器源變址寄存器源變址寄存器基址指針寄存器基址指針寄存器堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器通通用用寄寄存存器器段段寄寄存存器器202.1.3 8088CPU2.1.3 8088CPU的寄存器結構的寄存器結構AHALAXBHBLBXCHCLCXDHDLDX堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器 SP基址指針寄存器基址指針寄存器 BP源變址寄存器源變址寄存器SI目的變址寄存器目的變址寄存器 DI指令指針指令指針IP狀態標志狀態標志FLAGS代碼段寄存器代碼段寄存器CS數據段寄存器數據段寄存器DS堆棧段寄存器堆棧段寄存器SS附加段寄存器附加段寄存器ES按功能分通用寄

16、存器專用寄存器數據寄存器指針寄存器變址寄存器段寄存器控制寄存器數據寄存器數據寄存器8088含含4個個16位數據寄存器，它們又可分位數據寄存器，它們又可分為為8個個8位寄存器，即：位寄存器，即：AX AH，ALBX BH，BLCX CH，CLDX DH，DL常用來存放參與運算的操作數或運算結果常用來存放參與運算的操作數或運算結果數據寄存器特有的習慣用法數據寄存器特有的習慣用法AX：累加器。多用于存放中間運算結果。所有累加器。多用于存放中間運算結果。所有 I/O指令必須都通過指令必須都通過AX與接口傳送信息；與接口傳送信息；BX：基址寄存器。常用于存放訪問內存時的偏移地基址寄存器。常用于存放訪問內

17、存時的偏移地 址；址；CX：計數寄存器。用于在循環或串操作指令中存計數寄存器。用于在循環或串操作指令中存 放循環次數或重復次數；放循環次數或重復次數；DX：數據寄存器。在數據寄存器。在32位乘除法運算時，存放位乘除法運算時，存放 高高16位數；在間接尋址的位數；在間接尋址的I/O指令中存放指令中存放 I/O端口地址。端口地址。地址指針寄存器地址指針寄存器SP：堆棧指針寄存器，其內容為棧頂的偏移地址；：堆棧指針寄存器，其內容為棧頂的偏移地址；BP：基址指針寄存器，常用于在訪問內存時存放內基址指針寄存器，常用于在訪問內存時存放內存單元的存單元的偏移地址。偏移地址。BX與與BP在應用上的區別在應用上

18、的區別作為通用寄存器，二者均可用于存放數據；作為通用寄存器，二者均可用于存放數據；作為基址寄存器，作為基址寄存器，BX通常用于數據段，一般與通常用于數據段，一般與DS或或ES搭配使用；搭配使用；BP則通常用于堆棧段，與則通常用于堆棧段，與SS搭配搭配使用。使用。變址寄存器變址寄存器SI：源變址寄存器源變址寄存器DI：目標變址寄存器目標變址寄存器變址寄存器常用于指令的間接尋址或變址尋址變址寄存器常用于指令的間接尋址或變址尋址.段寄存器段寄存器用于存放邏輯段的段基地址。用于存放邏輯段的段基地址。 CS：代碼段寄存器代碼段寄存器DS：數據段寄存器數據段寄存器 ES：附加段寄存器附加段寄存器SS：堆棧

19、段寄存器堆棧段寄存器 堆棧段用于存放返回地址，保存寄存器內容，傳遞參堆棧段用于存放返回地址，保存寄存器內容，傳遞參數。數。指令指針寄存器指令指針寄存器IP：指令指針寄存器，其內容為下一條指令指針寄存器，其內容為下一條 要執行的指令的偏移地址；要執行的指令的偏移地址；標志寄存器標志寄存器FRFR（Flag RegisterFlag Register）、）、pswpswFLAGS：標志寄存器（程序狀態字標志寄存器（程序狀態字PSW）狀態標志：存放運算結果的特征狀態標志：存放運算結果的特征控制標志：控制某些特殊操作控制標志：控制某些特殊操作 6個狀態標志位個狀態標志位(CF，SF，AF，PF，OF，

20、ZF) 3個控制標志位個控制標志位(IF，TF，DF)CF -進位標志：算術運算時有進位進位標志：算術運算時有進位CF=1，無進位無進位CF=0PF-奇偶標志：運算結果中奇偶標志：運算結果中“1” 的個數為偶數的個數為偶數PF=1AF-輔助進位標志：第輔助進位標志：第3位向第位向第4位有進位時位有進位時AF=1ZF-零標志：運算結果為零標志：運算結果為“0”則則ZF=1SF-符號標志：運算結果為負數時符號標志：運算結果為負數時SF=1OF-溢出標志：運算結果超出規定范圍溢出標志：運算結果超出規定范圍OF=1IF-中斷允許標志：中斷允許標志：IF=1中斷允許中斷允許DF-方向標志，方向標志， D

21、F=0地址加地址加1TF-跟蹤標志，跟蹤標志，TF=1，為單步工作方式為單步工作方式2 2. .2 2 8088 CPU8088 CPU的引腳及其功能的引腳及其功能雙列直插式封裝雙列直插式封裝4040個引腳個引腳 圖2-6 8088微處理器芯片引腳圖30318088/8086特點特點3：支持多處理器系統支持多處理器系統最小模式：最小模式：系統控制總線的信號由芯片本身的引腳直接引出。系統控制總線的信號由芯片本身的引腳直接引出。僅需少量設備便可構成一個小型應用系統，也稱為僅需少量設備便可構成一個小型應用系統，也稱為單處理機模式。不能單處理機模式。不能DMA最大模式：最大模式：系統總線由系統總線由8

22、088和總線控制器和總線控制器8288共同構成。這共同構成。這種模式下構成的微型機除種模式下構成的微型機除8088 CPU以外，還可以以外，還可以接一個協處理器接一個協處理器8087。也稱為多處理器模式。也稱為多處理器模式。8088/8086可工作于兩種模式可工作于兩種模式32332.2 8088 CPU的引腳及功能的引腳及功能引腳定義的方法可大致分為：引腳定義的方法可大致分為：每個引腳只傳送一種信息（每個引腳只傳送一種信息（RDRD等）；等）；引腳電平的高低代表不同的信號（引腳電平的高低代表不同的信號（IO/MIO/M等）；等）；CPUCPU工作于不同方式有不同的名稱和定義（工作于不同方式有

23、不同的名稱和定義（WR/LOCK WR/LOCK 等）；等）；分時復用引腳（分時復用引腳（ADAD7 7 ADAD0 0 等）等） ；為了減少芯片的引腳，為了減少芯片的引腳，8088的許多引腳具有雙重定義和功能，的許多引腳具有雙重定義和功能，可以可以分時復用；即分時復用；即在不同時刻，這些引線上的信號是不同的。在不同時刻，這些引線上的信號是不同的。引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信息。引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信息。3440條引腳， 雙列直插式封裝=1，最小模式=0，最大模式地址、段寄存器狀態復用；S6=0， S5=IF，S4S3=00，ES S4S3=01，SS S4S3=10，CS S4

24、S3=11，DS=1，訪問輸入輸出端口；=0，訪問存儲器數據允許信號，數據總線上有有效數據；數據傳送方向控制信號，=1，CPU發送數據；=0，CPU接收數據；輸入信號，由內存或I/O設備發出。VccA15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6SS0HIGHMN/MXRD無功能無功能HOLD RQ/GT0HLDARQ/GT1WR LOCKIO/M S2DT/R S1DEN S0ALE QS0INTA QS1TESTREADYRESET12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221GNDA14

25、A13A12A11A10A9A8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGND地址鎖存允許信號，ALE=1，可屏蔽中斷請求輸入信號；系統狀態信系統狀態信號輸出；號輸出；圖2-7 8088讀周期的時序圖3536IO/MDT/RSS0操作操作000發中斷響應信號發中斷響應信號001讀內存讀內存010寫內存寫內存011暫停暫停100取指令取指令101讀讀I/O端口端口110寫寫I/O端口端口111無作用無作用SS0與與IO/M、DT/R共同決定了最小模式下當前總線周共同決定了最小模式下當前總線周期的狀態。期的狀態。37 復位后的內部寄存器狀態內部寄存器內部寄存器內容內容

26、內部寄存器內部寄存器內容內容CSCSFFFFHFFFFH IPIP00000000H HDSDS00000000H H FLAGSFLAGS00000000H HSSSS00000000H H 其余寄存器其余寄存器00000000H HESES00000000H H 指令隊列指令隊列空空38主要引線（最小模式下） 80888088是工作在最小還是最大模式由是工作在最小還是最大模式由MN/MXMN/MX端狀態決定：端狀態決定：MN/MX=0MN/MX=0時工作于最大模式，反之工作于最小模式。時工作于最大模式，反之工作于最小模式。數據信號線數據信號線(DB)(DB)與地址信號線與地址信號線(AB)

27、(AB)：AD7AD0：三態，地址三態，地址/ /數據復用線。數據復用線。ALEALE有效時輸出地址的低有效時輸出地址的低8 8位。位。傳送數據信號時為雙向。傳送數據信號時為雙向。A19A16：三態，輸出。高三態，輸出。高4 4位地址信號，與狀態信號位地址信號，與狀態信號 S6-S3分時復用。分時復用。A15A8 ：三態，輸出。三態，輸出。輸出輸出8位地址信號。位地址信號。39主要的控制和狀態信號WR： 三態，輸出。寫命令信號；三態，輸出。寫命令信號；RD： 三態，輸出。讀命令信號；三態，輸出。讀命令信號；IO/M：三態，輸出。指出當前訪問的是存儲器還是三態，輸出。指出當前訪問的是存儲器還是I

28、/O接接 口。高：口。高：I/O接口，低：內存接口，低：內存DEN：三態，輸出。低電平時，表示三態，輸出。低電平時，表示DB上的數據有效；上的數據有效；RESET：輸入，為高時，輸入，為高時，CPU執行復位；執行復位；ALE： 三態，輸出。高：三態，輸出。高：AB地址有效；地址有效；DT/ R：三態，輸出。數據傳送方向，高：三態，輸出。數據傳送方向，高：CPU輸出，輸出， 低：低：CPU輸入輸入40例例： 當WR=1，RD=0，IO/M=0時，表示CPU當前正在進行讀存儲器操作。41READY信號信號(輸入輸入)：T T1 1T T2 2T T3 3TwaitTwaitT T4 4用于協調用于

29、協調CPU與存儲器、與存儲器、I/O接口之間的速度差異，接口之間的速度差異，READY信號由存儲器或信號由存儲器或I/O接口發出。接口發出。READY=0時，時，CPU就在就在T3后插入后插入TW周期，插入的周期，插入的TW個數個數取決于取決于READY何時變為高電平。何時變為高電平。CPU處于空閑狀態。處于空閑狀態。42中斷請求和響應信號中斷請求和響應信號INTR：輸入，可屏蔽中斷請求輸入端。輸入，可屏蔽中斷請求輸入端。 高：有高：有INTR中斷請求中斷請求NMI：輸入，非屏蔽中斷請求輸入端。輸入，非屏蔽中斷請求輸入端。 低低高，有高，有NMI中斷請求中斷請求INTA：輸出，對輸出，對INT

30、R信號的響應。信號的響應。43總線保持信號總線保持信號HOLD：總線保持請求信號輸入端。當總線保持請求信號輸入端。當CPU以外的其他設備以外的其他設備要求占用總線時，通過該引腳向要求占用總線時，通過該引腳向CPU發出請求。發出請求。HLDA：輸出，對輸出，對HOLD信號的響應。為高電平時，表示信號的響應。為高電平時，表示CPU已放棄總線控制權，所有三態信號線均變為已放棄總線控制權，所有三態信號線均變為高阻狀高阻狀 態。態。為使微處理器工作于最大模式，從而與外部協處理器一起工為使微處理器工作于最大模式，從而與外部協處理器一起工作，應將作，應將MN/MXMN/MX引腳接地。引腳接地。lS2，S1和

31、和S0：這些狀態位顯示當前總線周期的功能。它們：這些狀態位顯示當前總線周期的功能。它們通常由通常由82888288總線控制器譯碼。總線控制器譯碼。443. 最大模式引腳最大模式引腳S2S1S0功能功能000中斷響應中斷響應001讀讀I/O010寫寫I/O011暫停暫停100取操作碼取操作碼101讀存儲器讀存儲器110寫存儲器寫存儲器111無效狀態無效狀態表表2-3 總線控制器（總線控制器（8288）使用）使用S2，S1和和S0產生的總線控制功能產生的總線控制功能453. 最大模式引腳最大模式引腳46IO/MDT/RSS0操作操作100發中斷響應信號發中斷響應信號101讀讀I/O端口端口110寫寫I/O端口端口111暫停暫停000取指令取指令001讀內存讀內存010寫內存寫內存011無作用無作用SS0與與IO/M、DT/R共同決定了最小模式下當前總線周共同決定了最小模式下當前總線周期的狀態。期的狀態。lRQ/GT1和和RQ/GT0：請求：請求/ /同意引腳，在最大模同意引腳，在最大模式下請求直接存儲器存取（式下請求直接存儲器存取