微机原理__微处理器的结构..doc

8086/8088微处理器的结构 2.1 重点与难点 8086/8088 CPU采用不同于8位微处理器的全新的结构形式，由两个独立的逻辑单元组成，总线接口单元BIU和执行单元EU，这两个单元在CPU内部担负着不同的任务。 2.1.1 总线接口部件BIU 总线接口部件由4个16位段寄存器、16位指令指针寄存器、20位物理地址加法器、6字节指令队列（8088为4字节）及总线控制电路组成，负责与存储器及I/O端口的数据传送。即BIU根据执行部件EU计算出的16位偏移地址及16位段寄存器提供的16位段地址，通过地址加法器产生出20位物理地址，根据EU单元的请求，用20位物理地址对存储器进行读/写操作，亦可对I/O接口进行读/写操作。需指出的是，无论是8086还是8088都会在执行指令的同时，从内存中取下面一条或几条指令放在指令队列中。这样，在一般情况下CPU执行完一条指令就可以立即执行下一条指令，而不像8位机那样让CPU轮番地进行取指令和执行指令的操作，从而提高了CPU的效率。 2.1.2 执行部件EU 执行部件由算术逻辑单元ALU、寄存器阵列、标志寄存器等几个部件组成。它的任务就是从指令队列流中取出指令，然后分析指令和执行指令，同时还负责计算操作数的16位偏移地址。 2.1.3 BIU和EU的动作管理 BIU和EU在CPU内部并不是同步工作的，两者动作的管理原则体现在以下几个方面： (1)当8086的指令队列中有2个字节空（8088为1字节）时，BIU会自动地把下一条指令（通过总线）取到指令队列中。 (2)EU在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或I/O设备，则EU即自动请求BIU进入总线周期去完成访问存储器或I/O端口的操作。此时若BIU空闲，则会立即完成EU的请求。否则BIU将首先完成自己将指令取至指令队列中的任务，再响应EU的请求。 (3)当指令队列已满，而EU又无请求时，BIU进入空闲状态。 (4)当EU执行转移类、调用及返回类指令时，EU将不再用指令队列中顺序装入的指令。此时指令队列中原有的内容被自动清除，而BIU会接着将另一程序段的指令装入指令队列。 在8086/8088中，EU和BIU并行的工作方式不仅有力地提高了工作效率，而且这也是它们的一大特点。EU和BIU之间是通过指令队列相互联系的。指令队列可以被看出RAM区，EU对其执行读操作，BIU对其执行写操作。 2.1.4 8086/8088的寄存器结构 8086/8088微处理器共含有13个16位的寄存器和标志寄存器。如图2.1所示。可以把他们分为4个寄存器集、指示器和变址寄存器集、段寄存器集和指令指示器及标志寄存器集。 (1)通用寄存器集AX, BX, CX, DX:它们 均为16位寄存器，但其高位和低位均可以 分开作为单独的8位寄存器使用，并用H 和L表示高位和低位。它们均可参与运算， 用于寄存运算的中间结果。但8086也有少 数指令将这些指令指定为专用， 例如，串 操作指令指定CX专门用作记录串中元素个 数的计数器，不可用其他寄存器代用。同 样，AX, BX, DX也有类似的情况，请在使 用指令编程时加以重视。 (2) 指示器和变址寄存器SP, BP, SI, DI:这组寄存器在功能上的共同点是在对存 储器懂得操作数寻址时，用以形成20位物 理地址中的偏移地址。在任何情况下，它 们都不能独立地形成访问内存的地址码， 只能够用于存放段内部分或全部偏移地址。 除了共性之外，它们在某些指令中使用时 也有差别。SP称作堆栈指示器，当进行堆 栈操作（压入或弹出）时，SP用于存放操 作地址的段内偏移地址，基址则由段寄存 器SS提供。BP称作基址指针，常在间接寻 址方式中出现。凡 包括BP的寻址方 式中，若无特殊说 明，段地址均由SS 段寄存器提供。SI 和DI分别用来存放 字符串处理时源操作 数段内偏移地址和目标操作数段内偏移地址，故称作源变址寄存器和目标变址寄存器。这组寄存器主要用来存放地址，但也可以作为通用寄存器存放数据。 (3)段寄存器CS, DS, SS, ES:8086/8088 有1 MB的存储器，需要20位地址来指明相应的地址单元。这20位的物理地址在CPU内部是由两部分相加形成的。SP, BP, SI, DI是用以指明其偏移地址，即20位物理地址的低16位；而CS, DS,SS,ES是用以指明20位物理地址的高16位的，故称为段寄存器。这四个寄存器使用专一，不可互换。CS识别当前代码段；DS识别当前数据段；SS识别当前堆栈段；而ES识别当前附加段。一般情况下DS和ES都需用户在程序中设置初值。 (4)指令指示器IP和标志寄存器FLAG:指令指示器IP相当于一般微机