8088/8086的功能结构

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2.2.4 8088/8086的功能结构

　

一、8088/8086的结构

    8086与8088在结构上都是由执行单元EU和总线接口单元BIU两大部分构成。 以下是8088/8086的内部结构框图。

  

　

    l 执行单元EU负责执行指令。EU在工作时不断地从指令队列取出指令代码，并完成指令 所要求的操作。它由算术逻辑单元ALU、通用寄存器REGs、标志寄存器FLAGS和EU控制部件组成。 各部件的功能如下：

    ALU：即运算器，进行算术、逻辑、移位、偏移地址计算等各种运算。

    FLAGS：存放运算结果的特征，如进借位、是否为零、奇偶性、溢出等。

    REGs：临时存放操作数、运算结果以及操作数地址等。

    EU控制部件：接收指令队列中的指令，进行指令译码、分析，形成各种控制信号，实现EU各个部件完成规定动作的控制。

    l 总线接口单元BIU负责CPU与存储器、I/O接口之间的信息 （包括数据、地址、控制命令等）传送。 包括生成访问存储器所需的20位的物理地址、不断从内存中取指令并送到指令队列、以及配合EU对指定的内存单元或者外设端口进行数据存取操作。BIU由段寄存器、指令指针寄存器IP、指令队列、地址加法器以及总线控制逻辑组成。 各部件的功能如下：

    总线控制逻辑：CPU与外总线之间的接口，实现指令、数据以及其他外部信息的存取。

    段寄存器：存放存储器段的段基地址。

    指令指针寄存器：存放当前要读取的指令的地址。它相当于前面介绍过的指令计数器PC。

    指令队列：8088和8086的指令 队列长度分别为4字节和6字节，为FIFO(先进先出)结构。当EU从指令队列中取走指令，指令队列出现空字节时，BIU就自动执行一次取指令周期，从内 存中取出后续的指令代码放入队列中。当EU需要数据时，BIU根据EU给出的地址，从指定的内存单元或外设中取出数据供EU使用。当运算结束时，BIU将 运算结果送入指定的内存单元或外设。当指令队列空时，EU就等待，直到有指令为止。若BIU正在取指令，EU发出访问总线的请求，则必须等BIU取指令完 毕后，该请求才能得到响应。一般情况下，程序顺序执行，当遇到跳转指令时，BIU就使指令队列复位，从新地址取出指令，并立即传给EU去执行。指令队列在 EU和BIU之间起到了“桥梁”的作用（或者说是一个指令“传送带”，源源不断地把指令从BIU送到EU），使BIU和EU可以并行工作。

    地址加法器：用来产生20位的物理地址。8086/8088的寄存器都是16位的，无法装载20位的物理地址。为了解决这个问题，8088/8086采用了将地址空间分段的方法，即将2²⁰（1MB） 的地址空间分为若干个64KB的段，然后用段基址加上段内偏移来访问物理存储器。8088/8086规定，分段总是从以16字节为单位的边界处开始，所以 段的起始地址最低四位总是0，即XXXX0H，这样每个段的基地址只需用16位便可表示。在不严格的情况下，也可以说段基址是段起始地址的高16位（若段 是以64KB为边界，则这种说法就是完全正确的）。由于段基址的这个特点，BIU在计算存储器的物理地址时，即是将段基址左移4位然后与段内偏移相加获 得。如下图所示。

    

二、8088/8086的内部寄存器

    8088/8086内部有14个16位的寄存器。按其功能可分为三大类：通用寄存器（8个），段寄存器（4个）和控制寄存器（2个），如下图。

    1. 通用寄存器

    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）
    数据寄存器一般用于存放参与运算的数据或运算的结果。每一个数据寄存器都是16位寄存器，但又可将高、低8位分别作为两个独立的8位寄存器使用。它们的高 8位记作AH、BH、CH、DH，低8位记作AL、BL、CL、DL。这种灵活的使用方法给编程带来极大的方便，既可以处理16位数据，也能处理8位数 据。

    数据寄存器除了作为通用寄存器使用外，它们还有各自的习惯用法。

    l AX（Accumulator）称为累加器，常用于存放算术逻辑运算中的操作数和结果，另外所有的I/O指令都使用AX与外设接口传送信息。

    l BX（Base）称为基址寄存器，常用来存放访问内存时的基地址。

    l CX（Counter）称为计数寄存器，在循环和串操作指令中用作计数器。

    l DX（Data）称为数据寄存器，在寄存器间接寻址的输入输出指令中存放I/O地址。另外，在做双字长乘除法运算时，DX与AX联合起来存放一个双字长数（32位），DX存放高16位，AX存放低16位。

    （2）地址指针寄存器（SP、BP）
    l SP（Stack Pointer）称为堆栈指针寄存器，它在堆栈操作中存放栈顶的偏移地址，压栈或出栈操作时，SP会自动调整指向新的栈顶。

    l BP（Base Pointer）称为基址指针寄存器。一般也常用来存放访问内存时的基地址。但它通常是与SS寄存器配对使用。
    作为通用寄存器，SP和BP也可以存放普通操作数。但实际上，它们更经常更重要的用途是存放内存单元的偏移地址，特别是在访问堆栈时作为指向堆栈的指针（因为它们的默认段寄存器都是SS）。

    (3）变址寄存器（SI、DI）
    l SI（Source Index）称为源变址寄存器，常常在变址寻址方式中作为源操作数的索引指针。

    l DI（Destination Index）称为目的变址寄存器，常常在变址寻址方式中作为目的操作数的索引指针。

    作为通用寄存器，SI和DI也可以存放普通操作数。但大多数情况下都是用来存放内存单元的偏移地址。

    2. 段寄存器（CS、SS、DS、ES）
    4个16位段寄存器用来存放当前可寻址的四个段的段基地址。

    l CS（Code Segment Register）称为代码段寄存器，指示当前执行程序所在存储器段。用户程序不能直接对CS进行操作。

    l SS（Stack Segment Register）称为堆栈段寄存器，指示当前程序使用的堆栈所在的存储器段。

    l DS（Data Segment Register）称为数据段寄存器，指示当前程序使用的数据所在的存储器段。

    l ES（Extra Segment Register）称为附加段寄存器，指示当前程序使用的数据所在的另外一个存储器段。

    3. 控制寄存器（IP、FLAGS）
    l IP（Instruction Pointer）称为指令指针寄存器，用以存放预取指令的偏移地址。CPU取指令时总是以CS为段基址，以IP为偏移地址。每取一条指令，IP都会自动指向下一条指令。用户程序不能直接对IP进行操作。

    l FLAGS称为标志寄存器，它是16位寄存器，但只使用其中的9位（包括6个状态标志和3个控制标志），如下图所示。

    状态标志位记录了算术和逻辑运算结果的一些特征。如结果是否为零，是否有进借位，结果是否溢出等。

    CF 进位标志位。当进行加(减)法运算时，若最高位有进(借)位时CF=1，否则CF=0。

    PF 奇偶标志位。当运算结果中“1”的个数为偶数时PF=1，否则PF=0。

    AF 辅助进位位。在加(减)法操作中，Bit3向Bit4有进位(借位)时AF=1，否则AF=0。

    ZF 零标志位。当运算结果为零时ZF=1，否则ZF=0。

    SF 符号标志位。当运算结果的最高位为1时SF=l，否则SF=0。

    OF 溢出标志位。当算术运算的结果超出了带符号数的范围时OF=l，否则OF=0。

    控制标志位用于设置控制条件。控制标志被设置后便对其后的操作产生控制作用。

    TF 跟踪标志位。TF=1使CPU处于单步执行指令的工作方式，即每执行一条指令，就自动产生一次单步中断，从而能够逐条指令地跟踪程序的运行。

    IF 中断允许标志位。IF=1使CPU可以响应可屏蔽中断请求。IF=0禁止响应可屏蔽中断请求。IF的状态对非屏蔽中断及内部中断没有影响。

    DF 方向标志位。DF=1使串操作按减地址方式进行。DF=0使串操作按增地址方式进行。

    【例】8088/8086 ALU执行完以下加法操作后，各状态标志位的内容是什么？

          8234H + 9BCDH

    解：把上述16进制数加法写成二进制数加法

            1000 0010 0011 0100

         +  1001 1011 1100 1101

          1 0001 1110 0000 0001

        ·最高位有进位，所以CF=1；

        ·结果中包含5个“1”，1的个数为奇数，所以PF=0；

        ·bit3向bit4有进位，所以AF=1；

        ·结果不为零，所以ZF=0；

        ·结果的符号位为0，所以SF=0；

        ·结果超出了16位有符号数的范围，所以OF=1。（从两个负数相加结果为正数也可以看出结果溢出）