第二章8086体系结构,8086CPU结构 8086系统的结构和配置,2.18086CPU结构,8086CPU的内部结构 8086CPU的寄存器结构 8086CPU的管脚及功能,8086CPU的内部结构组成 8086CPU由两部分组成： 指令执行部件(EU，Execution Unit) 总线接口部件(BIU，Bus Interface Unit),一、 8086CPU的内部结构,8086CPU的内部结构,执行部件（EU）主要由算术逻辑运算单元(ALU)、标志寄存器FR、通用寄存器组和EU控制器等4个部件组成，其主要功能是执行指令。,总线接口部件(BIU)主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控制电路等4个部件组成，其主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令队列中等待执行，访问存储器或IO端口读取操作数参加EU运算或存放运算结果等。,EU和BIU的操作原则,lBIU中的指令队列有2个或2个以上字节为空时，BIU自动启动总线周期，取指填充指令队列。直至队列满，进入空闲状态。 lEU每执行完一条指令，从指令队列队首取指。系统初始化后，指令队列为空，EU等待BIU从内存取指，填充指令队列。 lEU取得指令，译码并执行指令。若指令需要取操作数或存操作结果，需访问存储器或I/O，EU向BIU发出访问总线请求。,l当BIU接到EU的总线请求，若正忙（正在执行取指总线周期），则必须等待BIU执行完当前的总线周期，方能响应EU请求；若BIU空闲，则立即执行EU申请总线的请求。 lEU执行转移、调用和返回指令时，若下一条指令不在指令队列中，则队列被自动清除，BIU根据本条指令执行情况重新取指和填充指令队列。 l空闲状态,8086CPU与一般CPU区别,一般CPU工作方式 8086CPU工作方式,取指,执指,取指,执指,取指,执指,取指,执指,取指,执指,取指,执指,通用寄存器 段寄存器 标志寄存器FR 指令指针寄存器IP,二、 8086CPU的寄存器结构,1、 通用寄存器 指令执行部件（EU）设有8个通用寄器 AX BX CX DX SP BP SI DI,BH BL,CH CL,DH DL,AH AL,AX BX CX DX SI DI BP SP,通用寄存器 AX（Accumulator Register） 累加器一般用来存放参加运算的数据和结果，在乘、除法运算、I/O操作、BCD数运算中有不可替代的作用。 BX（Base Register） 基址寄存器除可作数据寄存器外，还可放内存的逻辑偏移地址，而AX，CX，DX则不能。,CX（Counter） 将它称作计数寄存器，是因为它既可作数据寄存器，又可在串指令和移位指令中作计数用。 DX（Data Register） DX除可作通用数据寄存器外，还在乘、除法运算、带符号数的扩展指令中有特殊用途。,SI（Source Index） 源变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在DS寄存器中，也可放数据。 DI（Destination Index） 目标变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在DS寄存器中也可放数据。,BP（Base Pointer） 基址指针用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在SS寄存器中。 SP（Stack Pointer ） 堆栈指针用于存放栈顶的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在SS寄存器中。,寄存器的特殊用途和隐含性质 在指令中没有明显的标出，而这些寄存器参加操作，称之为“隐含寻址”。 具体的：在某类指令中，某些通用寄存器有指定的特殊用法，编程时需遵循这些规定，将某些特殊数据放在特定的寄存器中，这样才能正确的执行这些指令。采用“隐含”的方式，能有效地缩短指令代码的长度。,2、段寄存器 总线接口部件BIU设有4个16位段寄存器 CS（Code Segment），代码段寄存器中存放程序代码段起始地址的高16位。 DS（Data Segment），数据段寄存器中存放数据段起始地址的高16位。 SS（Stack Segment），堆栈段寄存器中存放堆栈段起始地址的高16位。 ES（Extended Segment），扩展段寄存器中存放扩展数据段起始地址的高16位。,3、标志寄存器FR,标志寄存器FR中共有9个标志位，可分成两类： 状态标志 表示运算结果的特征，它们是 CF、PF、AF、ZF、SF和OF 控制标志 控制CPU的操作，它们是IF、 DF和TF。,标志寄存器FR,FR中的状态标志,CF(Carry Flag)：进位标志位 CFl，表示本次运算中最高位(D15或D7)有进位(加法运算时)或有借位(减法运算时)。CF标志可通过STC指令置位，通过CLC指令复位(清除进位标志)，还可通过CMC指令将当前CF标志取反。 PF(Parity Flag)：奇偶校验标志位 PF1，表示本次运算结果中有偶数个“l”，PF0，表示本次运算结果中有奇数个“1”。,AF(Auxiliary Carry Flag)：辅助进位标志位。AFl，表示运算结果的8位数据中，低4位向高4位有进位(加法运算时)或有借位(减法运算时)，这个标志位只在十进制运算中有用。 ZF(Zero Flag)：零标志位 ZF1，表示本次运算结果为零，否则即运算结果非零时，ZF0。,SF(Sign Flag)：符号标志 SF1，表示本次运算结果的最高位(第7位或第15位)为“l”，否则SF0。 OF(Overflow F1ag)：溢出标志,FR寄存器的控制标志,IF(Interrupt Flag)：中断标志位 IF1，表示允许CPU响应可屏蔽中断。IF标志可通过STI指令置位，也可通过CLI指令复位。 DF(Direction Flag)：方向标志位 在串操作指令中，若DF0，表示串操作指令地址指针自动增量；DF1，表示地址指针自动减量。DF标志位可通过STD指令置位，也可通过CLD指令复位。 TF(Trap Flag)：单步标志位,4、指令指针寄存器 IP IP ：BIU要取指令的地址。,三、8086CPU的管脚及功能 8086是16位CPU。它采用高性能的N沟道，耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制造。由于受当时制造工艺的限制，部分管脚采用了分时复用的方式，构成了40条管脚的双列直插式封装,1、 8086的两种工作方式 最小模式：系统中只有8086一个处理器，所有的控制信号都 是由8086CPU产生(MN/MX=1)。 最大模式：系统中可包含一个以上的处理器，比如包含协处 理器8087。在系统规模比较大的情况下，系统控 制信号不是由8086直接产生，而是通过与8086配 套的总线控制器等形成(MN/MX=0)。,最小模式下的引脚说明 （1） AD15AD0 (Address Data Bus)： 地址/数据复用信号，双向，三态。在T1状态（地址周期）AD15AD0上为地址信号的低16位A15A0；在T2 T3状态（数据周期）AD15AD0 上是数据信号D15D0。,三总线结构 数据线DB 地址线AB 控制线CD,（2） A19/S6A16/S3 (Address/Status)： 地址/状态复用信号，输出。在总周期的T1状态A19/S6A16/S3上是地址的高4位。在T2T4状态，A19/S6A16/S3上输出状态信息。,（3）BHE# /S7 (Bus High Enable/Status)： 数据总线高8位使能和状态复用信号，输出。在总线周期T1状态，BHE#有效，表示数据线上高8位数据有效。在T2T4状态BHE # /S7 输出状态信息S7。S7在8086中未定义。,（4） RD# (Read) 读信号， 三态输出，低电平有效，表示当前CPU正在读存储器或IO端口。 （5） WR# (Write) 写信号，三态输出，低电平有效，表示当前CPU正在写存储器或IO端口。 （6）MIO# (MemoryIO ) 存储器或IO端口访问信号。三态输出，MIO#为高电平时，表示当前CPU正在访问存储器，MIO# 为低电平时，表示当前CPU正在访问IO端口。,（7）READY 准备就绪信号。由外部输入，高电平有效，表示CPU访问的存储器或IO端口己准备好传送数据。当READY无效时，要求CPU插入一个或多个等待周期Tw，直到READY信号有效为止。,（8）INTR( Interrupt Request) 中断请求信号，由外部输入，电平触发，高电平有效。INTR有效时，表示外部设备向CPU发出中断请求，CPU在每条指令的最后一个时钟周期对INTR进行测试，一旦测试到有中断请求，并且当中断允许标志IF1时，则暂停执行下条指令转入中断响应周期。,（9）INTA# (Interrupt Acknowledge) 中断响应信号。向外部输出，低电平有效，表示CPU响应了外部发来的INTR信号。 （10） NMI( NonMaskable Interrupt Request) 不可屏蔽中断请求信号。由外部输入，边沿触发，正跳沿有效。CPU一旦测试到NMI请求信号，待当前指令执行完就自动从中断入口地址表中找到类型2中断服务程序的入口地址，并转去执行。,（11）TEST# 测试信号。由外部输入，低电平有效。当CPU执行WAIT指令时(WAIT指令是用来使处理器与外部硬件同步)，每隔5个时钟周期对TEST进行一次测试，若测试到该信号无效，则CPU继续执行WAIT指令，即处于空闲等待状态；当CPU测到TEST输入为低电平时，则转而执行WAIT的下一条指令。由此可见，TEST对WAIT指令起到了监视的作用。,（12）RESET 复位信号。由外部输入，高电平有效。RESET信号至少要保持4个时钟周期，CPU接收到该信号后，停止进行操作，并对标志寄存器(FR)、IP、DS、SS、ES及指令队列清零，而将CS设置为FFFFH。当复位信号变为低电平时，CPU从FFFF0H开始执行程序，由此可见，采用8086CPU计算机系统的启动程序就保持在开始的存储器中。,（13）ALE(Address Latch Enable) 地址锁存使能信号，输出，高电平有效。用来作为地址锁存器的锁存控制信号。 （14）DEN# (Data Enable) 数据使能信号，输出，三态，低电平有效。用于数据总线驱动器的控制信号。,（15）DT/R#(Data Transmit/Receive)： 数据驱动器数据流向控制信号，输出，三态。在8086系统中，通常采用8286或8287作为数据总线的驱动器，用DT/R#信号来控制数据驱动器的数据传送方向。当DT/R#1时，进行数据发送；DT/R#0时，进行数据接收。,（16）HOLD(Hold Request) 总线请求信号。由外部输入，高电平有效器向CPU请求使用总线。 （17）HLDA(Hold Acknowledge) 共享总线的处理总线请求响应信号。向外部输出，高电平有效。,（18）MN/MX(Minimum/Maximum Mode Control)： 最大最小模式控制信号，输入。MN/MX1（5V），CPU工作在最小模式。MN/MX0（接地）， CPU则工作在最大模式。 （19）GND 地。 （20) VCC 电源，接5V。,最大模式下的引脚说明 当8086CPU工作在最大模式系统时，有8个管脚重新定义 。 （1）S2#、S1#、S0#（Bus Cycle Status，最小模式为M/IO#、D/TR#、DEN#）： 总线周期状态信号，输出。这三个信号的组合表示当前总线周期的类型。在最大模式下，由这三个信号输入给总线控制器8288，用来产生存储器、I/O的读写等