8086概述

　　8086微處理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，都采用16位結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作及存儲(chǔ)器尋址，但外部性能有所差異，兩種處理器都封裝在相同的40腳雙列直插組件（DIP）中。

　　8086CPU的編程結(jié)構(gòu)

　　編程結(jié)構(gòu)：是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)，亦可稱為功能結(jié)構(gòu)。如圖2－1所示是8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。

　　從功能上來看，8086CPU可分為兩部分，即總線接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和執(zhí)行部件EU（ExecutionUnit）。

　?。?）執(zhí)行部件（EU）

　　功能：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。

　　組成：包括①ALU（算術(shù)邏輯單元）、②通用寄存器組和③標(biāo)志寄存器等，主要進(jìn)行8位及16位的各種運(yùn)算。

　　（2）總線接口部件（BIU）

　　功能：負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器及I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊(duì)列，配合執(zhí)行部件的動(dòng)作，從內(nèi)存單元或I/O端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者I/O端口。

　　組成：它由①段寄存器（DS、CS、ES、SS）、②16位指令指針寄存器IP（指向下一條要取出的指令代碼）、③20位地址加法器（用來產(chǎn)生20位地址）和④6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊(duì)列緩沖器組成。

　?。?）8086BIU的特點(diǎn)

　?、?086的指令隊(duì)列分別為6/4個(gè)字節(jié)，在執(zhí)行指令的同時(shí)，可從內(nèi)存中取出后續(xù)的指令代碼，放在指令隊(duì)列中，可以提高CPU的工作效率。

　?、诘刂芳臃ㄆ饔脕懋a(chǎn)生20位物理地址。8086可用20位地址尋址1M字節(jié)的內(nèi)存空間，而CPU內(nèi)部的寄存器都是16位，因此需要由一個(gè)附加的機(jī)構(gòu)來計(jì)算出20位的物理地址，這個(gè)機(jī)構(gòu)就是20位的地址加法器。

　　例如：CS＝0FE00H，IP＝0400H，則表示要取指令代碼的物理地址為0FE400H。

　?。?）BIU與EU的動(dòng)作協(xié)調(diào)原則

　　總線接口部件（BIU）和執(zhí)行部件（EU）按以下流水線技術(shù)原則協(xié)調(diào)工作，共同完成所要求的信息處理任務(wù)：

　?、倜慨?dāng)8086的指令隊(duì)列中有兩個(gè)空字節(jié)，或BIU就會(huì)自動(dòng)把指令取到指令隊(duì)列中。其取指的順序是按指令在程序中出現(xiàn)的前后順序。

　?、诿慨?dāng)EU準(zhǔn)備執(zhí)行一條指令時(shí)，它會(huì)從BIU部件的指令隊(duì)列前部取出指令的代碼，然后用幾個(gè)時(shí)鐘周期去執(zhí)行指令。在執(zhí)行指令的過程中，如果必須訪問存儲(chǔ)器或者I／O端口，那么EU就會(huì)請(qǐng)求BIU，進(jìn)入總線周期，完成訪問內(nèi)存或者I／O端口的操作；如果此時(shí)BIU正好處于空閑狀態(tài)，會(huì)立即響應(yīng)EU的總線請(qǐng)求。如BIU正將某個(gè)指令字節(jié)取到指令隊(duì)列中，則BIU將首先完成這個(gè)取指令的總線周期，然后再去響應(yīng)EU發(fā)出的訪問總線的請(qǐng)求。

　　③當(dāng)指令隊(duì)列已滿，且EU又沒有總線訪問請(qǐng)求時(shí)，BIU便進(jìn)入空閑狀態(tài)。④在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令和返回指令時(shí)，由于待執(zhí)行指令的順序發(fā)生了變化，則指令隊(duì)列中已經(jīng)裝入的字節(jié)被自動(dòng)消除，BIU會(huì)接著往指令隊(duì)列裝入轉(zhuǎn)向的另一程序段中的指令代碼。

　　從上述BIU與EU的動(dòng)作管理原則中，不難看出，它們兩者的工作是不同步的，正是這種既相互獨(dú)立又相互配合的關(guān)系，使得8086可以在執(zhí)行指令的同時(shí)，進(jìn)行取指令代碼的操作，也就是說BIU與EU是一種并行工作方式，改變了以往計(jì)算機(jī)取指令→譯碼→執(zhí)行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，這正是8086獲得成功的原因之一。

　?。?）8086CPU內(nèi)部寄存器

　　8086內(nèi)部的寄存器可以分為通用寄存器和專用寄存器兩大類，專用寄存器包括指針寄存器、變址寄存器等。

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　　8086有4個(gè)16位的通用寄存器（AX、BX、CX、DX），可以存放16位的操作數(shù)，也可分為8個(gè)8位的寄存器（AL、AH；BL、BH；CL、CH；DL、DH）來使用。其中AX稱為累加器，BX稱為基址寄存器，CX稱為計(jì)數(shù)寄存器，DX稱為數(shù)據(jù)寄存器，這些寄存器在具體使用上有一定的差別，如表2－1所示。

　　②指針寄存器

　　系統(tǒng)中有兩個(gè)16位的指針寄存器SP和BP，其中SP是堆棧指針寄存器，由它和堆棧段寄存器SS一起來確定堆棧在內(nèi)存中的位臵；BP是基數(shù)指針寄存器，通常用于存放基地址。

　　③變址寄存器

　　系統(tǒng)中有兩個(gè)16位的變址寄存器SI和DI，其中SI是源變址寄存器，DI是目的變址寄存器，都用于指令的變址尋址方式。

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　　IP、標(biāo)志寄存器是系統(tǒng)中的兩個(gè)16位控制寄存器，其中IP是指令指針寄存器，用來控制CPU的指令執(zhí)行順序，它和代碼段寄存器CS一起可以確定當(dāng)前所要取的指令的內(nèi)存地址。順序執(zhí)行程序時(shí)，CPU每取一個(gè)指令字節(jié)，IP自動(dòng)加1，指向下一個(gè)要讀取的字節(jié)；當(dāng)IP單獨(dú)改變時(shí)，會(huì)發(fā)生段內(nèi)的程序轉(zhuǎn)移；當(dāng)CS和IP同時(shí)改變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生段間的程序轉(zhuǎn)移。

　　標(biāo)志寄存器的內(nèi)容被稱為處理器狀態(tài)字PSW，用來存放8086CPU在工作過程中的狀態(tài)。

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　　系統(tǒng)中共有4個(gè)16位段寄存器，即代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器SS和附加段寄存器ES。這些段寄存器的內(nèi)容與有效的地址偏移量一起，可確定內(nèi)存的物理地址。通常CS劃定并控制程序區(qū)，DS和ES控制數(shù)據(jù)區(qū)，SS控制堆棧區(qū)。

　?。?）處理器狀態(tài)字PSW

　　8086內(nèi)部標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，又稱為處理器狀態(tài)字PSW。其中共有9個(gè)標(biāo)志位，可分成兩類：一類為狀態(tài)標(biāo)志，一類為控制標(biāo)志。其中狀態(tài)標(biāo)志表示前一步操作（如加、減等）執(zhí)行以后，ALU所處的狀態(tài)，后續(xù)操作可以根據(jù)這些狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移；控制標(biāo)志則可以通過指令人為設(shè)臵，用以對(duì)某一種特定的功能起控制作用（如中斷屏蔽等），反映了人們對(duì)微機(jī)系統(tǒng)工作方式的可控制性。

　　PSW中各標(biāo)志位的安排如圖2－2所示，這些標(biāo)志位的含義如下：①狀態(tài)標(biāo)志：6個(gè)

　　CF—進(jìn)位標(biāo)志位，做加法時(shí)最高位出現(xiàn)進(jìn)位或做減法時(shí)最高位出現(xiàn)借位，該位臵1，反之為0。

　　PF—奇偶標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低8位中l(wèi)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，則該位臵1，反之為0。?AF—半進(jìn)位標(biāo)志位，做字節(jié)加法時(shí)，當(dāng)?shù)退奈挥邢蚋咚奈坏倪M(jìn)位，或在做減法時(shí)，低

　　四位有向高四位的借位時(shí)，該標(biāo)志位就臵1。通常用于對(duì)BCD算術(shù)運(yùn)算結(jié)果的調(diào)整。（例：11011000+10101110=110000110其中AF＝1，CF＝1）

　　ZF—零標(biāo)志位，運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，該標(biāo)志位臵1，否則清0。

　　SF—符號(hào)標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，該標(biāo)志位臵1，否則清0。即與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同。

　　OF—溢出標(biāo)志位，OF溢出的判斷方法如下：

　　加法運(yùn)算：

　　若兩個(gè)加數(shù)的最高位為0，而和的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若兩個(gè)加數(shù)的最高位為1，而和的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；兩個(gè)加數(shù)的最高位不相同時(shí)，不可能產(chǎn)生溢出。

　　減法運(yùn)算：

　　若被減數(shù)的最高位為0，減數(shù)的最高位為1，而差的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若被減數(shù)的最高位為1，減數(shù)的最高位為0，而差的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；被減數(shù)及減數(shù)的最高位相同時(shí)，不可能產(chǎn)生溢出。

　　如果所進(jìn)行的運(yùn)算是帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算，則溢出標(biāo)志恰好能夠反映運(yùn)算結(jié)果是否超出了8位或16位帶符號(hào)數(shù)所能表達(dá)的范圍，即字節(jié)運(yùn)算大于十127或小于－128時(shí)，字運(yùn)算大于十32767或小于－32768時(shí)，該位臵1，反之為0。