8086处理器

一、8086微处理器内部结构

8086CPU由两部分即指令执行部件( Execution Unit, EU)和总线接口部件(Bus Interface Unit, BIU) 组成，在图中用点画线隔开。指令执行部件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控制电路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I/O端口读取操作数来参加EU运算或存放运算结果等。

1. 8086组成:
   算数逻辑单元ALU、累加器、专用和通用寄存器、指令
   寄存器、指令译码器、定时和控制电路。

2. 特点：

   • 采用并行流水线工作方式
   • 对内存空间实行分段管理
   • 支持协处理器

3. 8086组成(按功能) :

   • 总线接口单元( BIU )

     构成:
     4个段寄存器、一个指令寄存器、-一个与EU通信的内部
     暂存器、先入先出队列、总线控制逻辑、一个用于计算
     实际物理地址的20位加法器二。
     功能:
     负责与存储器及/O接口传送消息。

   • 执行单元( EU )。

     构成：
     8个通用寄存器、1个标志寄存器、算数逻辑单元ALU、
     EU控制电路。
     功能:
     EU从指令队列中取出指令代码,将其译码,发出相应的
     控制信号。

4. 总线接口单元与执行单元的配合

   • 相互独立
   • 并行工作

8086和8088内部结构上的区别

1. 相同处:
   • 均由BIU和EU组成,两部件并行工作。
   • 内部数据总线都是16位。
2. 区别:
   • 8086指令队列有6字节, 而8088只有4字节。
   • 8086指令队列空出2字节则BIU执行一次取指令而8088则是空出1字节便执行一次取指令。
   • 8086的外部数据总线是16位,而8088只有8位。

8086的内部寄存器

1. 8086内部共14个16位的寄存器。

2. 分类:
   通用寄存器: 8个
   段寄存器: 4个
   指令寄存器: 1个
   标志寄存器: 1个

3. 通用寄存器
   包括数据寄存器、地址指针寄存器和变址寄存器。
   1 )数据寄存器AX、BX、CX、DX
   存放参与运算的数据或运算的结果。
   16位寄存器。
   高8位、低8位作为独立8位寄存器，AH、AL、BH、BL、CH、CL、 DH、 DL。

   4个数据寄存器的各自习惯用法:
   AX,累加器,字乘法、字除法、字I/O;AL, 字节乘法、
   字节除法、字节I/O等。
   BX , 基址寄存器,查表转换和间接寻址时存放基址。
   CX , 计数寄存器,串操作和循环中的计数器。
   DX , 数据寄存器,寄存器间接寻址存放I/O端0号。

   2 )地址寄存器SP和BP
   栈指针寄存器SP :
   确定栈顶在内存中的位置;
   栈的实际位置由SS、SP共同确定。
   基址指针寄存器BP :
   存放当前栈段的一个数据区的基地址。

4. 8086CPU给出物理地址的方法

   8086CPU有20位地址总线，可以传送20位地址，达到1MB寻址能力。8086CPU 又是16 位结构，在内部一次性处理、 传输、暂时存储的地址为16位。从8086CPU的内部结构来看，如果将地址从内部简单地发出，那么它只能送出16位的地址，表现出的寻址能力只有64KB。
   8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形成一一个20位的物理地址。8086CPU相关部件的逻辑结构如图2.6所示。

   “段地址x16（10H）+偏移地址=物理地址”

   

题型：如果给定一个段地址,仅通过变化偏移地址来进行寻址,最多可定位多少个内存单元?

结论:偏移地址16位,变化范围为0- FFFFH,仅用偏移地址来寻址最多可寻64KB个内存单元。
比如给定段地址1000H,用偏移地址寻址,CPU的寻址范围为:100004~1FFFH。

段寄存器

当8086CPU要访问内存时由这4个段寄存器提供内存单元的段地址 ，这4个寄存器分别为CS、DS、SS、ES。

最小模式下的总线连接示意图

最大模式下的总线连接示意图

两种工作模式的选择方式

• 8086/8088可以在两种工作模式下工作，即最小模式和最大模式。

  • 最小模式－－即系统中只有8086（或8088）一个微处理器。最小模式是单处理器系统。系统中所需要的控制信号全部由8086（或8088）CPU本身直接提供。

  • 最大模式－－系统中有两个或两个以上的微处理器，即除了主处理器8086（或8088）以外，还有协处理器（8087算术协处理器或8089 输入/输出协处理器）。最大模式可构成多处理器系统，系统中所需要的控制信号由总线控制器8288提供。

  最大模式是相对最小模式而言的。最大模式用在中等规模的或者大型的8086／8088系统中。在最大模式系统中，总是包含有两个或多个微处理器，其中一个主处理器就是8086或者8088，其他的处理器称为协处理器，它们是协助主处理器工作的。

• 和8086／8088配合的协处理器有两个，一个是数值运算协处理器8087，一个是输入／输出协处理器8089。

  8087是一种专用于数值运算的处理器，它能实现多种类型的数值操作，比如高精度的整数和浮点运算，也可以进行超越函数(如三角函数、对数函数)的计算。

• CPU工作模式的选择是由硬件决定的，将8086/8088的第33号引脚接地，则工作于最大模式，第33号引脚接高电平，则工作于最小模式。8086/8088CPU有8条引腿（第24号～31号）在两种不同工作模式中具有不同的功能。

• 8088是工作在最小还是最大模式由MN/$\overline{\text{MX}}$引线的状态决定。

  1. 8086/8088最小模式的典型配置 当8086/8088的第33引脚MN/$\overline{\text{MX}}$接高电平（或直接接+5V）时，系统工作于最小模式，即单处理器模式 配套的寄存器8284A为时钟发生器，8282为地址锁存器，8286为数据总线收/发器。
  2. 8086/8088最大模式的典型配置 当8086/8088的第33引脚MN/$\overline{\text{MX}}$接低电平（或直接接地）时，系统工作于最大模式， 即多处理器模式 8288为总线控制器

8088处理器的外部引脚及其功能

• 8088和8086
• 8088的最大和最小两种工作模式可以通过在MN/$\overline{\text{MX}}$输入引脚加上不同的电平来进行选择。当MN/$\overline{\text{MX}}$=1时,8088工作在最小模式，此时，构成的微型机中只包括一个8088处理器，且系统总线由8088的引线直接引出形成;当MN/$\overline{\text{MX}}$=0时，8088工作在最大模式，在此模式下，构成的微型计算机中除了有8088 CPU之外，还可以接另外的处理器(如8087数字协处理器)构成多微处理器系统。在最大模式下，微机的系统总线要由8088和总线控制器(8288)共同形成。

8088CPU最小模式下的主要引脚信号

• 8088最小模式下的主要引脚信号 → 4组
  • 完成一次访问内存或接口所需要的主要信号
  • 与外部同步控制信号
  • 中断请求和响应信号
  • 总线保持和响应信号

最小模式系统中8086CPU的总线周期