80x86微处理器

80x86CPU编程结构

CPU分为两部分，执行单元EU Execution Unit和总线接口单元BIU Bus Interface Unit 。

执行单元EU Execution Unit

任务：1. 8总线指令译码产生控制信号（只有走ALU才可能送标志寄存器）
2. 数据总线完成EU和BIU的通信通用寄存器名、全称、隐含用法对照表：

通用寄存器名	英文全称	隐含用法
AX	accumulator	字×÷用作累加器，I/O中用作数据寄存器，LAHF指令中用作dst，BCD/ASCII数据运算或XALT指令中用作累加器
BX	base pointer	间接寻址时用作地址寄存器/基址寄存器，XALT指令中用作基址寄存器
CX	counter	串 /循环操作时的循环次数计数器，CL还在移位时用于计数
DX	data register	字×÷用作辅助寄存器，I/O指令间接寻址用作端口寄存器
SP	stack pointer	堆栈使用
BP	base pointer
SI	source index	间接寻址用作地址寄存器和变址寄存器，串操作时用作源编址寄存器
DI	destination index	间接寻址用作地址寄存器和变址寄存器，串操作时用作目的编址寄存器

标志寄存器位及功能表：

标志寄存器位	英文全称	置1条件/置1后效果
CF	carry flag	有进位/借位或移位移出的数为1
PF	parity flag	第八位有偶数个1
AF	auxiliary carry flag	高/低四位之间产生进/借位
ZF	zero flag	dst == 00H
SF	sign flag	dst & 80H == 80H
OF	overflow flag	结果超过补码表示范围
TF	trace flag	调试用，置1后产生单步中断
IF	interrupt allow flag	CPU可以响应可屏蔽中断
DF	direction flag	串操作指令使得变址寄存器(SI/DI)递减

总线接口单元BIU Bus Interface Unit

任务：

1. 取指令
2. 存取数据段寄存器名及全称对照表：

段寄存器名	英文全称
CS	code segment
DS	data segment
ES	extra segment
SS	stack segment
IP	instructor pointer

段的一些注意点：
4. 段基址必须是一个小节的首地址(****0H)
5. 任一时刻程序只能访问四个段，放在四个段寄存器里面逻辑地址来源:

操作类型	逻辑地址
取指令	CS:IP
堆栈操作	SS:SP
取源串	DS/CS/SS/ES:SI
存目的串	ES:DI
基址寻址	SS/CS/DS/ES:EA
存取一般变量	DS/CS/SS/ES:EA

有关EA的说明请参见我的个人主页其它博客。

堆栈以及操作方法

基本说明

堆栈分为专用堆栈存储器和软件堆栈(80x86用这个，划出一块内存作为堆栈)
栈底：它是固定的，是堆栈存储区最大地址单元；
栈顶：它是浮动的，SP指向它，(SP)=0表示栈满。
改变了SS必须重新设置SP
低8位放在低址，高8位放在高址

操作方法

设置堆栈

为了给SS/SP赋值例如

stack1 segment para stack ;para stack means it is a stack segment  
	db 100 dup(0) 
stack1 ends 

push入栈，pushf标志寄存器进栈
先是 SP <= (SP)-2再赋值
pop/popf正好相反。

80x86CPU工作模式和引脚功能

基本概念

机器周期：主频倒数
总线周期：CPU通过总线访问存储器或I/O所需基本时间，以机器周期为单位
指令周期：CPU执行一条指令所需时间

80x86总线周期

1. CPU输出地址信息
2. 缓冲状态，地址信息撤销，需外部地址锁存
3. 数据传输（允许插入一些等待状态）
4. 总线周期结束

工作模式

最小(singular processor) and 最大(complex processor)

CPU引脚功能

40条引脚信号可以按照功能分为四部分：三大总线+其它（时钟与电源）

数据和地址总线

数据总线用来在CPU与内存之间交换信息，地址总线由CPU发出用来确定CPU访存单元或I/O地址信号。都是三态的。
$A{D}_{15}\sim A{D}_0$是时分复用的双重总线，每个总线周期开始的时候$(T_1)$用作AB，其余时间是DB。
$A_{19}/S_6\sim A_{16}/S_3$为地址/状态总线信号。$(T_1)$时用作AB，I/O操作时这四位置0，总线周期其余时间用于表示正在使用的的段寄存器：$S_6$恒为0，$S_5$=IF，$S_4$和$S_3$状态表如下：

$S_4$	$S_3$	所使用的段寄存器
L	L	ES
L	H	SS
H	L	CS(或者不是存储器操作)
H	H	DS

访问存储器时寻址1M，访问外设使用$A_{15}\sim A_0$，共64K。
$\overline{BHE}/S_7$总线高允许/状态$S_7$信号(三态)，同样分时复用，在总线开始周期($T_1$周期)信号作为总线高半部分允许信号，低电平有效。
$\overline{BHE}=0$的时候读写8位数据与$A{D}_{15}\sim A{D}_8$连通，它与$A_0$一同决定数据是高字节还是低字节工作；DMA方式下，它是高阻；其它周期为$S_7$。

控制总线

33脚用于控制芯片工作模式

最小模式

先欠着…

最大模式

先欠着…

80x86CPU的操作和时序

先欠着…

80x86系统的存储器组织

存储器编址

任何连续存放的两个字节都可以被称为字。
规则字：偶数地址的字，非规则字反之。

存储器组织基本规则

1. 20条地址线，最大寻址空间为1M
2. 存储单元按照字节组织
3. 采取边界对准的存放方式：低字节放在低址，偶单元；高址反之。

80x86存储系统构建

奇偶地址体分开存储，$A_0=0$表示选择偶地址，$\overline{BHE}=0$表示选择奇数地址。其中，BHE指的是总线高允许(Bus High Enable)从而如果边界不对准，存取指令耗费时间翻倍。