第二章 微型机系统与内部接口第二章 微型机系统与内部接口史先俊史先俊

哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院计算机硬件基础教研室计算机硬件基础教研室

20042004 年年 1111 月月 88 日日

要点要点1.1. 以存储器为核心的系统结构以存储器为核心的系统结构2.2. 8086CPU8086CPU内部结构内部结构3.3. 80868086引脚信号与工作模式引脚信号与工作模式4.4. 80868086的操作和时序的操作和时序5.5. 80868086的存储器和的存储器和 IOIO组织组织

一、以存储器为核心的系统结构一、以存储器为核心的系统结构系统结构图系统结构图总线定义总线定义总线的意义总线的意义数据总线：数据总线：– 双向双向– 宽度宽度– 内容：数据、状态、控制信息、命令内容：数据、状态、控制信息、命令地址总线：地址总线：– 单向单向– 位数位数 ----〉内存容量〉内存容量控制总线：控制总线：– CPUCPU发出的读、写、中断相应信号等发出的读、写、中断相应信号等– 接口发给接口发给 CPUCPU ：时钟信号、中断请求、：时钟信号、中断请求、 DMADMA请求、准备就绪等请求、准备就绪等接口与外设间的信号接口与外设间的信号– 数据信号，地址信号、控制信号数据信号，地址信号、控制信号– 不像不像 CPUCPU 与接口那么统一规范。根据接口和外设类型不同而不同与接口那么统一规范。根据接口和外设类型不同而不同

二、 二、 8086CPU8086CPU 内部结构内部结构内部结构图内部结构图BIUBIU 与与 EUEU– 各自组成各自组成– 各自功能各自功能– 并行工作并行工作– BIUBIU 与与 EUEU 的工作过程的工作过程寄存器结构寄存器结构总线周期（已讲过）总线周期（已讲过）

内部寄存器15 0

SP 堆栈指示器

BP 基址指示器

SI 源变址器

DI 目的变址器

指针 和变址 寄存器

15 8 7 0 AH AL 累加器

BH BL 基址寄存器

CH CL 计数器

DH DL 数据寄存器

通用 寄存器

15 0 IP 指令指示器

FR 标志寄存器

控制 寄存器

15 0 CS 代码段寄存器

DS 数据段寄存器

SS 堆栈段寄存器

ES 附加段寄存器

段寄存器

通用寄存器的特殊用途和隐含性质 寄存器名

特殊用途 隐含性质

在输入输出指令中作数据寄存器用 不能隐含 AX, AL 在乘法指令中存放被乘数或乘积，在除法指令中存放被除数或商 隐 含

AH 在LAHF指令中，作目标寄存器用 隐 含 在十进制运算指令中作累加器用 隐 含 AL 在XLAT指令中作累加器用 隐 含 在间接寻址中作基址寄存器用 不能隐含 BX 在XLAT指令中作基址寄存器用 隐 含

CX 在串操作指令和LOOP指令中作计数器用 隐 含 CL 在移位/循环移位指令中作移位次数计数器用 不能隐含

在字乘法/除法指令中存放乘积高位或被除数高位或余数 隐 含 DX 在间接寻址的输入输出指令中作地址寄存器用 不能隐含 在字符串运算指令中作源变址寄存器用 隐 含 SI 在间接寻址中作变址寄存器用 不能隐含 在字符串运算指令中作目标变址寄存器用 隐 含 DI 在间接寻址中作变址寄存器用 不能隐含

BP 在间接寻址中作基址指针用 不能隐含 SP 在堆栈操作中作堆栈指针用 隐 含

通用寄存器的特殊用途和隐含性质 寄存器名

特殊用途 隐含性质

在输入输出指令中作数据寄存器用 不能隐含 AX, AL 在乘法指令中存放被乘数或乘积，在除法指令中存放被除数或商 隐 含

AH 在LAHF指令中，作目标寄存器用 隐 含 在十进制运算指令中作累加器用 隐 含 AL 在XLAT指令中作累加器用 隐 含 在间接寻址中作基址寄存器用 不能隐含 BX 在XLAT指令中作基址寄存器用 隐 含

CX 在串操作指令和LOOP指令中作计数器用 隐 含 CL 在移位/循环移位指令中作移位次数计数器用 不能隐含

在字乘法/除法指令中存放乘积高位或被除数高位或余数 隐 含 DX 在间接寻址的输入输出指令中作地址寄存器用 不能隐含 在字符串运算指令中作源变址寄存器用 隐 含 SI 在间接寻址中作变址寄存器用 不能隐含 在字符串运算指令中作目标变址寄存器用 隐 含 DI 在间接寻址中作变址寄存器用 不能隐含

BP 在间接寻址中作基址指针用 不能隐含 SP 在堆栈操作中作堆栈指针用 隐 含

程序状态字（PSW

）表（3.2 �） 程序状态字（PSW）

15 0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF

表（3.3 �） PSW中标志位的用法及含义 标志位 用法及含义

DF 方向控制（Direction Flag）位。若设置DF＝1，则串操作后，源和目的操作数的地址均向增址方向调整；若设置DF＝0，则向减址方向调整。

IF 中断允许控制（Interrupt Enable Flag）位。若设置IF＝1，则允许CPU响应可屏蔽中断（开中断）；若IF＝0，则不允许CPU响应可屏蔽中断（关中断）。

TF

陷井控制（Trap Flag）位。若设置TF＝1，则将在CPU运行中设置陷井，此时，CPU每执行一条指令就产生一个单步中断，用户可以在中断服务中对当前指令的执行情况进行调试；若TF＝0，表示不设置陷井。该标志主要用于程序的单步调试。

OF

溢出标志（Overflow Flag）位。它反映有符号数的运算结果是否超出其所能表示的范围；字运算的范围为-32768~+32767，字节运算的范围为-128~+127。若OF＝1，则表示结果溢出；OF＝0，表示结果未溢出。注意，OF标志主要针对有符号运算。

SF

符号标志（Sign Flag）位。它反映运算结果的最高有效位（MSB）为0、还是为1；对有符号运算来说，它反映了运算结果为正、还是为负。若SF＝1，反映运算结果的最高有效位为1（或结果为负）；若SF＝0，则表示最高有效位为0（或结果不为负）。

ZF 零标志（Zero Flag）位。反映运算结果是否为全0。若ZF＝1，则表示运算结果为全0（各位均为0）；若ZF＝0，表示运算结果非全0（各位不全为0）。

AF 辅助标志（Auxiliary Flag）位。该标志主要用于BCD码运算后的调整。它反

映运算中低四位向前（即D3向D4）有无进位（针对加运算）或借位（针对减运算）。若AF＝1，表示有进位或借位；若AF＝0，表示无进位或借位。

PF 校验标志（Parity Flag）位。反映运算结果中1的个数是否为偶数。若PF＝1，表示运算结果中有偶数个1；若PF＝0，表示结果中有奇数个1。

CF

进位标志（Carry Flag）位。它反映运算中最高有效位（字运算时为D15、字节运算时为D7位）向前有无进位（针对加运算）或借位（针对减运算）。若CF＝1，表示有进位或借位；若CF=0，表示无进位或借位。CF标志主要针对无符号运算。

三、 三、 80868086 引脚信号与工作模式引脚信号与工作模式

80868086 的引脚信号的引脚信号– 常用信号介绍常用信号介绍80868086 的工作模式的工作模式– 来源来源– 小模式小模式– 大模式大模式– 区别区别– 各自特点各自特点小模式下的体系结构图小模式下的体系结构图– 各信号作用各信号作用大模式下的体系结构图大模式下的体系结构图– 各信号作用各信号作用

80868086 最小模式系统最小模式系统

地址锁存地址锁存 82828282

双向数据总线收发器双向数据总线收发器 82868286

1:→0:←

最大工作模式最大工作模式增加了增加了 82888288 总线控制器总线控制器图示图示S2 S1 S0S2 S1 S0– 000 000 中断响应中断响应– 001 001 读读 IOIO 口口– 010 010 写写 IOIO 口口– 011 011 暂停暂停– 100 100 取指取指– 101 101 读存储器读存储器– 110 110 写存储器写存储器– 111111 无效无效

复位和启动复位和启动总线操作总线操作– 小模式小模式

读操作读操作写操作写操作

– 大模式大模式读操作读操作写操作写操作

– 总线空操作总线空操作

四、 四、 80868086 的操作和时序的操作和时序

总线周期总线周期 (( 读操作读操作 ))

总线周期总线周期 (( 写操作写操作 ))

存储器组织存储器组织– 奇（高）地址存贮体奇（高）地址存贮体– 偶（低）地址存储体偶（低）地址存储体– BHEBHE 与与 A0A0 实现存取实现存取– 段式存储结构段式存储结构

逻辑地址与物理地址转换逻辑地址与物理地址转换IOIO 组织（已讲过）组织（已讲过）

五、 五、 80868086 的存储器和的存储器和 IOIO 组织组织