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(lái)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）。

　　（1）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。

　?。?）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(lái)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(lái)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。

　　（3）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。

　　②地址加法器用來(lái)產(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(lái)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(guò)程中，如果必須訪問(wèn)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(wèn)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(wèn)總線的請(qǐng)求。

　　③當(dāng)指令隊(duì)列已滿，且EU又沒(méi)有總線訪問(wèn)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(shuō)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。

　　①通用寄存器

　　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(lái)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。

　?、谥羔樇拇嫫?/p>

　　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(lái)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。

　?、圩冎芳拇嫫?/p>

　　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。

　?、芸刂萍拇嫫?/p>

　　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(lái)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(lái)存放8086CPU在工作過(guò)程中的狀態(tài)。

　?、荻渭拇嫫?/p>

　　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(guò)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。

　　8086CPU的兩種工作模式

　　為了適應(yīng)各種使用場(chǎng)合，在設(shè)計(jì)8086CPU芯片時(shí)，就考慮了其應(yīng)能夠使它工作在兩種模式下，即最小模式與最大模式。

　　所謂最小模式，就是系統(tǒng)中只有一個(gè)8086微處理器，在這種情況下，所有的總線控制信號(hào)，都是直接由8086CPU產(chǎn)生的，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少，該模式適用于規(guī)模較小的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

　　最大模式是相對(duì)于最小模式而言的，最大模式用在中、大規(guī)模的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，在最大模式下，系統(tǒng)中至少包含兩個(gè)微處理器，其中一個(gè)為主處理器，即8086/8086CPU，其它的微處理器稱之為協(xié)處理器，它們是協(xié)助主處理器工作的。

　　與8086CPU配合工作的協(xié)處理器有兩類，一類是數(shù)值協(xié)處理器8087另一類是輸入/輸出協(xié)處理器8089。

　　8087是一種專用于數(shù)值運(yùn)算的協(xié)處理器，它能實(shí)現(xiàn)多種類型的數(shù)值運(yùn)算，如高精度的整型和浮點(diǎn)型數(shù)值運(yùn)算，超越函數(shù)（三角函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)）的計(jì)算等，這些運(yùn)算若用軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，將耗費(fèi)大量的機(jī)器時(shí)間。換句話說(shuō)，引入了8087協(xié)處理器，就是把軟件功能硬件化，可以大大提高主處理器的運(yùn)行速度。

　　8089協(xié)處理器，在原理上有點(diǎn)象帶有兩個(gè)DMA通道的處理器，它有一套專門(mén)用于輸入/輸出操作的指令系統(tǒng)，但是8089又和DMA控制器不同，它可以直接為輸入/輸出設(shè)備服務(wù)，使主處理器不再承擔(dān)這類工作。所以，在系統(tǒng)中增加8089協(xié)處理器之后，會(huì)明顯提高主處理器的效率，尤其是在輸入/輸出操作比較頻繁的系統(tǒng)中。

　　8086CPU寄存器種類及用途

　　8086有14個(gè)16位寄存器，這14個(gè)寄存器按其用途可分為通用寄存器、指令指針、標(biāo)志寄存器和段寄存器等4類。

　　1）通用寄存器

　　通用寄存器有8個(gè)，又可以分成2組，一組是數(shù)據(jù)寄存器（4個(gè)），另一組是指針寄存器及變址寄存器（4個(gè)）。

　　數(shù)據(jù)寄存器分為：

　　AH&AL＝AX（accumulator）：累加寄存器，常用于運(yùn)算;在乘除等指令中指定用來(lái)存放操作數(shù)，另外，所有的I/O指令都使用這一寄存器與外界設(shè)備傳送數(shù)據(jù)。

　　BH&BL＝BX（base）：基址寄存器，常用于地址索引；

　　CH&CL＝CX（count）：計(jì)數(shù)寄存器，常用于計(jì)數(shù)；常用于保存計(jì)算值，如在移位指令，循環(huán)（loop）和串處理指令中用作隱含的計(jì)數(shù)器。

　　DH&DL＝DX（data）：數(shù)據(jù)寄存器，常用于數(shù)據(jù)傳遞。

　　他們的特點(diǎn)是，這4個(gè)16位的寄存器可以分為高8位：AH，BH，CH，DH.以及低八位：AL，BL，CL，DL。這2組8位寄存器可以分別尋址，并單獨(dú)使用。另一組是指針寄存器和變址寄存器，包括：

　　SP（StackPointer）：堆棧指針，與SS配合使用，可指向目前的堆棧位置；

　　BP（BasePointer）：基址指針寄存器，可用作SS的一個(gè)相對(duì)基址位置；

　　SI（SourceIndex）：源變址寄存器可用來(lái)存放相對(duì)于DS段之源變址指針；

　　DI（DestinationIndex）：目的變址寄存器，可用來(lái)存放相對(duì)于ES段之目的變址指針。

　　這4個(gè)16位寄存器只能按16位進(jìn)行存取操作，主要用來(lái)形成操作數(shù)的地址，用于堆棧操作和變址運(yùn)算中計(jì)算操作數(shù)的有效地址。

　　2） 指令指針I(yè)P（Instruction Pointer）

　　指令指針I(yè)P是一個(gè)16位專用寄存器，它指向當(dāng)前需要取出的指令字節(jié)，當(dāng)BIU從內(nèi)存中取出一個(gè)指令字節(jié)后，IP就自動(dòng)加1，指向下一個(gè)指令字節(jié)。注意，IP指向的是指令地址的段內(nèi)地址偏移量，又稱偏移地址（Offset Address）或有效地址（EA，Effective Address）。

　　3）標(biāo)志寄存器FR（Flag Register）

　　8086有一個(gè)18位的標(biāo)志寄存器FR，在FR中有意義的有9位，其中6位是狀態(tài)位，3位是控制位。

　　OF： 溢出標(biāo)志位OF用于反映有符號(hào)數(shù)加減運(yùn)算所得結(jié)果是否溢出。如果運(yùn)算結(jié)果超過(guò)當(dāng)前運(yùn)算位數(shù)所能表示的范圍，則稱為溢出，OF的值被置為1，否則，OF的值被清為0。

　　DF：方向標(biāo)志DF位用來(lái)決定在串操作指令執(zhí)行時(shí)有關(guān)指針寄存器發(fā)生調(diào)整的方向。

　　IF：中斷允許標(biāo)志IF位用來(lái)決定CPU是否響應(yīng)CPU外部的可屏蔽中斷發(fā)出的中斷請(qǐng)求。但不管該標(biāo)志為何值，CPU都必須響應(yīng)CPU外部的不可屏蔽中斷所發(fā)出的中斷請(qǐng)求，以及CPU內(nèi)部產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求。具體規(guī)定如下：

　　（1）、當(dāng)IF=1時(shí)，CPU可以響應(yīng)CPU外部的可屏蔽中斷發(fā)出的中斷請(qǐng)求；

　?。?）、當(dāng)IF=0時(shí)，CPU不響應(yīng)CPU外部的可屏蔽中斷發(fā)出的中斷請(qǐng)求。

　　TF：跟蹤標(biāo)志TF。該標(biāo)志可用于程序調(diào)試。TF標(biāo)志沒(méi)有專門(mén)的指令來(lái)設(shè)置或清楚。

　?。?）如果TF=1，則CPU處于單步執(zhí)行指令的工作方式，此時(shí)每執(zhí)行完一條指令，就顯示CPU內(nèi)各個(gè)寄存器的當(dāng)前值及CPU將要執(zhí)行的下一條指令。

　?。?）如果TF=0，則處于連續(xù)工作模式。

　　SF：符號(hào)標(biāo)志SF用來(lái)反映運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)位，它與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同。在微機(jī)系統(tǒng)中，有符號(hào)數(shù)采用補(bǔ)碼表示法，所以，SF也就反映運(yùn)算結(jié)果的正負(fù)號(hào)。運(yùn)算結(jié)果為正數(shù)時(shí)，SF的值為0，否則其值為1。

　　ZF： 零標(biāo)志ZF用來(lái)反映運(yùn)算結(jié)果是否為0。如果運(yùn)算結(jié)果為0，則其值為1，否則其值為0。在判斷運(yùn)算結(jié)果是否為0時(shí)，可使用此標(biāo)志位。

　　AF：下列情況下，輔助進(jìn)位標(biāo)志AF的值被置為1，否則其值為0：

　?。?）、在字操作時(shí)，發(fā)生低字節(jié)向高字節(jié)進(jìn)位或借位時(shí)；

　　（2）、在字節(jié)操作時(shí)，發(fā)生低4位向高4位進(jìn)位或借位時(shí)。

　　PF：奇偶標(biāo)志PF用于反映運(yùn)算結(jié)果中“1”的個(gè)數(shù)的奇偶性。如果“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則PF的值為1，否則其值為0。

　　CF：進(jìn)位標(biāo)志CF主要用來(lái)反映運(yùn)算是否產(chǎn)生進(jìn)位或借位。如果運(yùn)算結(jié)果的最高位產(chǎn)生了一個(gè)進(jìn)位或借位，那么，其值為1，否則其值為0。）

　　4）段寄存器（Segment Register）

　　為了運(yùn)用所有的內(nèi)存空間，8086設(shè)定了四個(gè)段寄存器，專門(mén)用來(lái)保存段地址：

　　CS（Code Segment）：代碼段寄存器；

　　DS（Data Segment）：數(shù)據(jù)段寄存器；

　　SS（Stack Segment）：堆棧段寄存器；

　　ES（Extra Segment）：附加段寄存器。

　　當(dāng)一個(gè)程序要執(zhí)行時(shí)，就要決定程序代碼、數(shù)據(jù)和堆棧各要用到內(nèi)存的哪些位置，通過(guò)設(shè)定段寄存器 CS，DS，SS 來(lái)指向這些起始位置。通常是將DS固定，而根據(jù)需要修改CS。所以，程序可以在可尋址空間小于64K的情況下被寫(xiě)成任意大小。 所以，程序和其數(shù)據(jù)組合起來(lái)的大小，限制在DS 所指的64K內(nèi)，這就是COM文件不得大于64K的原因。8086以內(nèi)存做為戰(zhàn)場(chǎng)，用寄存器做為軍事基地，以加速工作。