【汇编与接口】第二章8086微处理器

8086CPU的编程结构

8086CPU有16根数据线，20根地址线。

总线接口单元如上图右侧，CS为代码段寄存器；DS为数据段寄存器；SS为堆栈段寄存器；ES为附加段寄存器；IP存放下一条要取的指令的偏移地址，具有自动加1的功能。$\sum$为20位地址加法器，形成20位物理地址。指令队列用来存放待执行指令。

执行单元如上图左侧，AX、BX、CX、DX为四个通用寄存器，都可作为16位寄存器或两个独立的8位寄存器使用。SP为堆栈指针寄存器；BP为基址指针寄存器；SI为源变址寄存器；DI为目的变址寄存器。
状态标志寄存器细分如下：

符号	含义
ZF	零标志位。ZF=1，结果为0,；ZF=0，结果不为0。
SF	符号标志。SF=1，结果为负；SF=0，结果为正。（这个地方记得老师也说过结果为0的问题，不了了之）
AF	辅助进位的标志。AF=1，有进位或借位；AF=0，无进位或借位。
PF	奇偶标志。PF=0，为奇数；PF=1，为偶数。
OF	溢出标志。OF=1，有溢出；OF=0，无溢出。
TF	跟踪标志。TF=1，允许单步中断；TF=0，禁止单步中断。
IF	中断允许标志。IF=1，开中断；IF=0，关中断。
DF	DF=1，地址指针递减修改；DF=0，地址指针递增修改。

8086寄存器类型小结

8个通用寄存器：AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI
2个控制寄存器：IP、F
4个段寄存器：CS、DS、SS、ES

BIU和EU的动作管理

BIU和EU工作是并行的，又是相互配合的，具体体现在：

1. 当指令队列中有两个空字节时，BIU就启动，将新指令送入到指令队列。（感觉不太理解）
2. EU在执行指令的过程中，需要访问存储器或者I/O口时，向BIU发出请求。
3. 当执行转移指令、调用指令及返回指令时，指令队列自动清空。

8086CPU的工作模式和引脚功能

基本概念

机器周期：也称为时钟周期，是CPU时间基准，由计算机的主频决定。
总线周期：CPU通过总线访问存储器或I/O口所需的基本时间周期。以机器周期为单位。
指令周期：CPU执行一条指令所需要的时间称为指令周期，不同指令的指令周期的不等长的。以机器周期为单位。

8086的总线周期

8086CPU的总线周期包括四个基本的机器周期，称为4个T状态。
红1：8086CPU输出地址信息
红2：缓冲状态，地址信息被撤销，需外部地址锁存
红3：数据传输，允许插入（1-n）等待状态
红4：总线周期结束，收拾现场

8086CPU的工作模式

1. 最小模式：单处理器模式
2. 最大模式：多处理器模式

PS：在最大模式下，主处理器为8086，协处理器可为8087（数值运算的协处理器）和8089，输入/输出协处理器。

8086CPU的引脚功能

$A{D}_0-A{D}_{15}$：双向、三态。地址/数据分时复用的引脚
$A_{16}/S_3-A_{19}/S_6$：输出，三态。地址总线的高4位
$\overline{BHE}/S_7$：输出，低电平有效。高8位数据总线允许
$CLK$：输出，系统时钟输出引脚
$RESET$：输出，高电平有效。系统复位信号。
$NMI$：输出，上升沿触发。非屏蔽中断请求输出引脚（不得不处理的中断）。
$INTR$：输出，高电平有效。可屏蔽中断请求输出引脚。
$READY$：输出，高点平有效。准备就绪信号。
$\overline{RD}$：输出，低电平有效。读控制信号。
$\overline{TEST}$：输入，测试信号输入端。
$MN/\overline{MX}$：输入，最小/最大模式控制信号。高点平-最小模式；低电平-最大模式。

8086CPU的最小模式

引脚24-31的功能
$ALE$：输出，高点平有效。地址锁存允许。
$\overline{DEN}$：输出，低电平有效。数据允许信号。
$DT/\overline{R}$：输出，数据发送/接收控制信号。高点平数据发送；低电平数据接收。
$\overline{WR}$：输出，低电平有效。写控制信号。
$\overline{INTA}$：输出，两个连续的负脉冲信号。中断响应信号。
$HOLD$：输入，高电平有效。总线请求输入。
$HLDA$：输出，高电平有效，总线请求应答信号。
存储器和I/O口的读写控制信号形成逻辑

8086在最小模式下的典型配置

8086CPU的最大模式

引脚24-31的功能

$S_2{S}_1{S}_0$	操作类型
000	中断响应
001	I/O读
010	I/O写
011	暂停
100	取指令
101	读存储器
110	写存储器
111	无源状态

输出，总线周期状态信号输出。

$Q{S}_{1}Q{S}_0$	队列状态
00	无操作
01	从队列缓存器中取出指令的第一字节
10	清除队列缓冲器
11	从队列缓冲器中取出指令的第二字节以后部分

输出，指令队列状态信号

$\overline{RQ}/\overline{G{T}_0}、\overline{RQ}/\overline{G{T}_1}$：输入/输出，低电平有效。总线请求输入/总线请求允许输出信号。
$\overline{LOCK}$：输出，低电平有效。总线封锁信号。
8086系统在最大模式下的典型配置

8086CPU的操作和时序

8086CPU的操作类型

1. 内部操作
   ALU操作（算数逻辑运算）
   寄存器操作
2. 外部操作
   总线读操作
   中断响应操作
   总线保持与响应操作
   系统复位与启动操作
   暂停操作

8086CPU的操作时序

总线操作

最小模式下的总线读操作

最小模式下的总线写操作

最大模式下的总线读操作

最大模式下的总线写操作

中断响应操作

中断源通过$INTR$发出中断请求，当$\overline{INTA}$为低电平时表示响应中断信号。

PS：ALE为地址锁存允许，高电平有效。

总线保持和响应操作

总线主模块是DMA等可以需要获得总线控制权的组件。总线主模块发出总线请求信号，CPU通过置$\overline{INTA}$为低电平告知主模块可以使用总线。

$HOLD$：输入，高电平有效。总线请求输入。
$HLDA$：输出，高电平有效，总线请求应答信号。

复位和启动操作

（1）8086的复位和启动操作是由RESET复位引起的

• 正常复位，RESET信号至少维持4个时钟周期的高电平
• 上电复位，RESET信号至少维持50us的高电平

（2）复位后，CS=FFFFH、其他寄存器均清0。

• 复位后，由于CS=FFFFH、IP=0000H，系统启动后将从FFFF0H开始执行程序。
• 复位后，标志寄存器F被清零，其中中断允许标志IF也清零，系统关中断。

（3）复位信号RESET撤销后，再经过7个时钟周期，CPU才启动。

8086系统的存储器组织

主要用于存放程序和数据

• 存储单元
• 单元地址
  
  这个是计算机组成原理上的图

存储器编址

存储器是以8位（一个字节）为一个存储单元进行编址的。并用唯一的一个地址码来表示。任何连续存放的两个字节都可以称为一个字。存放是低位字节存放入低地址，高位字节存放入高地址。处于低地址的字节的地址为这个字的地址。

同一个地址既可以看作是字节单元的地址，又可看作字单元、双字单元的地址。

偶数地址开始的字称为规则字，奇数地址开始的字称为非规则字。

8086系统存储器组织的基本原则

1. 8086有20条地址线，最大寻址空间为$2^{20}=1MB$
2. 存储单元按字节组织，地址范围00000H-FFFFFH
3. 存储字（两个字节）采用边界对准的规则存放原则
   WORD = ByteH - ByteL

规则存放：低字节放在低地址单元；高字节存放在高地址单元
边界对准：低字节存放在偶地址单元；高字节存放在奇地址单元

8086存储系统的构建

8086CPU通过低8位数据总线访问偶地址存放单元或I/O口；通过高8位数据总线访问奇地址存储单元或I/O口

$\overline{BHE}$：输出，低电平有效。高8位数据总线允许
$A0=0$，选择偶地址存储体
$A0=1$，不选择偶地址存储体
$\overline{BHE}=0$，选择奇地址存储体
$\overline{BHE}=1$，不选择奇地址存储体

一个字节情况

$\overline{BHE}A0$	操作形式
10	从偶地址单元读/写一个字节
01	从奇地址单元读/写一个字节

一个字情况

$\overline{BHE}A0$	操作形式
00	从偶地址单元读/写一个字（两个字节）
(1)01(2)10	先从奇地址单元读/写一个字节，再从偶地址单元读/写一个字节

总结：从偶地址单元开始读/写一个字，需要一个总线周期；从奇地址单元开始读/写一个字，需要两个总线周期

8086系统的存储器管理

分段管理

（1）将1MB内存空间分为若干段，每段最大可为64KB
（2）每个段起始地址（段的基址）存放在段寄存器中，CS、DS、SS、ES。
（3）段与段之间可以是连续的、断开的、部分重叠或全部重叠的。
PS：段不能起于任意地址，每个段地址的低4位全为0
存储器的分段并不是唯一的
合法段首地址可表示如下
00000H，…，41230H，FFFE0H，FFFF0H

实际地址的形成

实际地址：物理地址，即存储单元的真正地址，唯一的20位二进制数表示（CPU访问时的物理地址）。
逻辑地址：程序设计的地址，包括段地址和偏移量（均为16位）表示为 段地址：偏移量
例如 2500H:5000H，CS:IP。
20位物理地址由16位段地址和16位偏移地址组成（逻辑地址）
实际地址 = 段的基址左移4位(乘16)+偏移量

存储器物理地址的形成与计算过程

每个存储地址只有唯一的物理地址，但它却可由不同的段地址和不同的偏移地址组成。

段寄存器和偏移地址寄存器组合关系

访问存储器的类型不同，逻辑地址的来源也不相同

访存类型	隐含的段地址	可替换的段地址	偏移量
取指令	CS	----	IP
堆栈操作	SS	----	SP
访问数据单元	DS	CS、ES、SS	EA
字符串(源)	DS	CS、ES、SS	SI
字符串(目的)	ES	----	DI

最后字符串两个不太理解

分段管理的意义
减少了指令长度，缩短了指令执行时间
便于程序浮动装配(什么程序浮动装配？)