【微机原理】微处理器8086的CPU基本组成

微处理器的外部结构

微处理器的内部结构

8086的寄存器

8086内部有14个16位的寄存器。

按功能分为：

• 8个通用寄存器（AX,BX,CX,DX;SI,DI,SP,BP)
• 4个段寄存器
• 2个控制寄存器

通用寄存器（8个）

通用寄存器可以分为两类：数据寄存器（AX、BX、CX、DX）和地址指针/变址寄存器（SI、DI、SP、BP、）

数据寄存器

• 累加器AX（accumulator）：最常用的寄存器。乘法和除法操作只能在AX中完成。
• 基址寄存器BX（base register）：虽然属于数据寄存器，但它经常用作地址寄存器。
• 计数寄存器CX（count register）：经常用作循环的计数寄存器，例如在循环语句中，默认CX的内容为循环次数。
• 数据寄存器DX（data register）：用于寄存数据，但在I/O指令中，DX用于表示端口地址。

这4个16位数据寄存器按照字节高低可以分为8个8位寄存器。

AX→AH,AL；BX→BH,BL；CX→CH,CL；DX→DH,DL

地址指针/变址寄存器

• 变址寄存器SI（source index）：在字符串操作指令中，SI提供源操作数的段内偏移地址，在其他指令中，用作地址寄存器。
• 变址寄存器DI（destination index）：在字符串操作指令中，DI提供目的操作数的段内偏移地址，在其他指令中，用作地址寄存器。
• 堆栈指针SP（stack pointer）：用于保存堆栈段的段内偏移地址。
• 基址指针BP（base pointer）：BP可以指定段内偏移地址，但将BP用作地址寄存器时，一般情况下，其默认段地址为SS。

物理地址=段地址×10H+偏移地址

段寄存器（4个）

• 代码段寄存器CS（code segment）：用于存放当前执行程序的段地址，IP为指令指针。
• 数据段寄存器DS（data segment）：用于存放当前数据段的段地址。
• 附加段寄存器ES（extra segment）：用于存放当前附加数据段的段地址。
• 堆栈段寄存器SS（stack segment）：用于存放当前堆栈段的段地址。

控制寄存器（2个)

• 指令指针IP (instruction pointer)：也称程序计数器PC（program counter)，用于保存下一条即将要执行指令的段内偏移地址。

• 微处理器状态字PSW（processor state word）：16位寄存器，共设定了9个标志位，其中6个标志位（CF,PF,AF,ZF,SF,OF）用于反应ALU前一次操作的结果状态，3个标志位（DF,IF,TF）用于控制CPU操作。

  15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
  				OF	DF	IF	TF	SF	ZF		AF		PF		CF

  反应ALU前一次操作结果状态的标志位

  1. 进位标志CF（carry flag）：在加减运算时，最高位（D7或D15）有进（借）位时为1
  2. 奇偶标志PF（parity flag）：低8位中含有“1”的个数为偶数时为1
  3. 辅助进位标志AF（auxiliary carry flag）：在加减运算时，D3位有进（借）位时为1
  4. 零标志ZF（zero flag）：运算结果为0时为1
  5. 符号标志SF（sign flag）：最高位（D7或D15）的值
  6. 溢出标志OF（overflow flag）：有符号数运算溢出时为1

  进位标志CF表示无符号数运算结果是否超出范围，运算结果仍然正确。

  溢出标志OF表示有符号数运算结果是否超出范围，运算结果已经不正确。

  判断溢出的简单方法

  只有当两个相同符号数相加（正数+正数，负数+负数），或者不同符号数相减，而运算结果的符号与原数据符号相反时，产生溢出。

  其他情况不会产生溢出。

  也就是说OF可以依据操作数和结果数的最高位进行判断。

  控制CPU的标志位

  • 方向标志DF（direction flag）：

    在字符串操作中，当DF=0时，SI、DI的内容自动递增；DF=1时，DI、DI自动递减。

  • 中断允许标志IF（interrupt enable flag）：

    IF=1：CPU能响应中断请求

    IF=0：CPU不能响应中断强求

  • 陷阱标志TF（trap flag）：

    TF=1：CPU处于单步执行方式，即每执行一条指令就自动执行一次类型1的内部中断，主要用在debug中。

  物理地址的计算方法

  
  
  物理地址 = 段地址+偏移地址 = 段寄存器内容×16+偏移地址

  取指令物理地址 = （CS）×16+（IP）

  堆栈操作物理地址=(SS)×16+(SP)/(BP的表达式)
  存储器操作数物理地址=(DS)/(ES)×16+偏移地址