单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,第3章 80x86微处理器,第3章 80x86微处理器,3.1 80x86微处理器简介,,3.2 8086/8088微处理器,,3.3 8086/8088存储器和I/O组织,,3.4 从80286到Pentium系列的技术发展,,3.1 80x86微处理器简介,,80x86微处理器是美国Intel 公司生产的系列微处理器该公司成立于1968年，1969年就设计了4位的4004 芯片，1973年开发出8位的8080芯片，1978年正式推出16位的8086微处理器芯片，由此开始了Intel公司的80x86系列微处理器的生产历史本节简要介绍Intel公司80x86系列微处理器的发展过程及其特性表3.1给出了80x86系列微处理器概况下面通过对表中有关技术数据的分析来说明Intel 80x86系列微处理器的发展情况表中“集成度”是指CPU芯片中所包含的晶体管数主频”是指芯片所使用的主时钟频率，它直接影响计算机的运行速度数据总线”是计算机中各个组成部件间进行数据传送时的公共通道，“内数据总线宽度”是指CPU芯片内部数据传送的宽度（位数），“外数据总线宽度”是指CPU与外部交换数据时的数据宽度，显然，数据总线位数越多，数据交换的速度就越快。
地址总线”是在对存储器或I/O端口进行访问时，传送 由CPU提供的要访问的存储单元或I/O端口的地址信息的总线，其宽度决定了处理器能直接访问的主存容量大小如8086有20根地址线，使用这20根地址线上不同地址信息的组合，可直接对2,20,=1M个存储单元进行访问；Pentium II有36根地址线，因此它可直接寻址的最大地址范围为2,36,=64G高速缓冲存储器Cache的使用，大大减少了CPU读取指令和操作数所需的时间，使CPU的执行速度显著提高为了满足微型计算机对存储器系统高速度、大容量、低成本的要求，目前，微型计算机系统采用如图3.1所示的三级存储器组织结构，即由高速缓冲存储器Cache、主存和外存组成表3.1 80x86系列微处理器概况,,当前正在执行的程序或要使用的数据必须从外存调入主存后才能被CPU读取并执行，主存容量通常为MB级（理论上可达GB级，如Pentium II可配置的内存最大容量可达2,36,=64G，但事实上，基于成本和必要性考虑，目前，微型计算机内存配置一般都不会达到其理论允许值）；当前没有使用的程序可存入外存，如硬盘、软盘、光盘等，外存的容量通常很大，可达GB甚至TB级；而高速缓冲存储器的最大特点是存取速度快，但容量较小，通常为KB级，将当前使用频率较高的程序和数据通过一定的替换机制从主存放入Cache，CPU在取指令或读取操作数时，同时对Cache和主存进行访问，如果Cache命中，则终止对主存的访问，直接从Cache中将指令或数据送CPU处理，由于Cache的速度比主存快得多，因此，Cache的使用大大提高了CPU读取指令或数据的速度。
高速缓冲存储器,,（Cache）,,,,,,微处理器,,CPU,,,,,,主存储器,,（主存）,,,,,,,,外存储器,,（外存）,,,,图3.1 存储器三级结构,,,80386之前的CPU都没有Cache80386 CPU内无Cache，而由与之配套使用的Intel 82385 Cache 控制器实现CPU之外的Cache管理80486之后的CPU芯片内部都集成了一至多个Cache需要说明的是，80x86CPU在发展过程中，存储器的管理机制发生了较大变化8086/8088CPU对存储器的管理采用的是分段的实方式；80286CPU除了可在实方式下工作外，还可以在保护方式下工作；而80386CPU之后的处理器则具有三种工作方式：实方式、保护方式和虚拟8086方式在保护方式下，机器可提供虚拟存储管理和多任务管理机制虚拟存储的实现，为用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间，从而可使用户程序的大小不受主存空间的限制多任务管理机制的实现，可允许多个用户或一个用户的多个任务同时在机器上运行从80386开始，微处理器除支持实方式和保护方式外，又增加了一种虚拟8086方式在这种方式下，一台机器可以同时模拟多个8086处理器的工作。
有关存储器管理机制的详细介绍，请参阅3.4.2 “80x86存储器管理”一节3.2 8086/8088微处理器,,8086,是Intel系列的16位微处理器使用HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万个晶体管，用单一的+5V电源供电，封装在标准的40引脚双列直插式管壳内，时钟频率5MHz,,10MHz8086有16条数据总线，可以处理8位或16位数据有20条地址总线，可以直接寻址1M（2,20,）字节的存储单元和64K个I/O端口在8086推出后不久，为方便原8位机用户，Intel公司很快推出了8088微处理器，其指令系统与8086完全兼容，CPU内部结构仍为16位，但外部数据总线是8位的，这样设计的目的主要是为了与原有的8位外围接口芯片兼容并以8088为CPU组成了IBM PC、PC/XT等准16位微型计算机，由于其性能价格比高，很快占领了市场3.2.1,,8086/8088内部结构,,,一．总线接口单元BIU,,总线接口单元BIU的功能是负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送具体任务是：,,① 指令队列出现空字节(8088CPU 1个空字节，8086CPU 2个空字节)时，从内存取出后续指令。
BIU取指令时，并不影响EU的执行，两者并行工作，大大提高了CPU的执行速度② EU需要从内存或外设端口读取操作数时，根据EU给出的地址从内存或外设端口读取数据供EU使用,,③ EU的运算结果、数据或控制命令等由BIU送往指定的内存单元或外设端口总线接口单元内有4个16位段寄存器：代码段寄存器CS(Code Segment)、数据段寄存器DS(Data Segment)、堆栈段寄存器SS(Stack Segment)和附加数据段寄存器ES(Extra Segment)，一个16位的指令指针寄存器IP(Instruction Pointer)，一个20位地址加法器，6字节指令队列缓冲器，一个与EU通讯的内部寄存器以及总线控制电路等图3.2 8086CPU内部结构框图,,,1．段寄存器,,8086CPU的地址引脚有20根，能提供20位的地址信息，可直接对1M个存储单元进行访问，但CPU内部可用来提供地址信息的寄存器都是16位的，那么如何用16位寄存器实现20位地址的寻址呢？8086/8088采用了段结构的内存管理的方法将指令代码和数据分别存储在代码段、数据段、堆栈段、附加数据段中，这些段的段地址分别由段寄存器CS、DS、SS、ES提供，而代码或数据在段内的偏移地址则由有关寄存器或立即数给出。
代码段寄存器CS存储程序当前使用的代码段的段地址代码段用来存放程序的指令代码下一条要读取指令在代码段中的偏移地址由指令指针寄存器IP提供；数据段寄存器DS用来存放程序当前使用的数据段的段地址一般来说，程序中所用到的原始数据、中间结果以及最终结果都存放在数据段中，如果程序中使用了字符串处理指令，则源字符串也存放在数据段中；堆栈段寄存器SS用来存放程序当前所使用的堆栈段的段地址堆栈是在存储器中开辟的一个特定区域，详见3.3.4 “堆栈操作”一节附加数据段寄存器ES用来存放程序当前使用的附加数据段的段地址附加数据段通常用于存放字符串操作时的目的字符串程序员在编写汇编语言源程序时，应该按照上述规定将程序的各个部分放在规定的段内每个源程序必须至少有一个代码段，而数据段、堆栈段和附加数据段则根据程序的需要决定是否设置2．指令指针寄存器,,指令指针寄存器IP用来存放下一条要读取的指令在代码段中的偏移地址IP在程序运行中能自动加1修正，从而使其始终存放的是下一条要读取的指令在代码段的偏移地址由于CS和IP的内容决定了程序的执行顺序，因此程序员不能直接用赋值指令对其内容进行修改有些指令能使IP和CS的值改变（如跳转指令）或使其值压入堆栈或从堆栈中弹出恢复原值（如子程序调用指令和返回指令）。
3．20位地址加法器,,8086/8088CPU在对存储单元进行访问以读取指令或读/写操作数时，必须在地址总线上提供20位的地址信息，以便选中对应的存储单元那么，CPU是如何产生20位地址的呢？,,CPU提供的用来对存储单元进行访问的20位地址是由BIU中的地址加法器产生的存储器中每个存储单元的地址可有以下两种表示方式：,,逻辑地址,：其表达形式为“段地址：段内偏移地址”段内偏移地址又称为“有效地址EA(Effective Address)在读指令时，段地址由代码段寄存器CS提供，当前要读取指令在代码段中的偏移地址由指令指针寄存器IP提供；在读取或存储操作数时，根据具体操作，段地址由DS、ES或SS提供，段内偏移地址由指令给出物理地址,：CPU与存储器进行数据交换时在地址总线上提供的20位地址信息称为物理地址物理地址的形成过程如图3.3所示当由IP提供或由EU根据指令所提供寻址方式计算出寻址单元的16位段内偏移地址后，把该偏移地址和段寄存器内容左移四位后（相当于乘以10H）得到的段基址（段内第一个存储单元的物理地址）同时送到BIU中的地址加法器，形成一个20位的物理地址，从而实现对存储单元的访问。
由逻辑地址求物理地址的公式为：,,物理地址=段地址,,10H+段内偏移地址,,如假设当前(CS)=20A8H，(IP)=2008H，那么，下一条从内存中读取的指令所在存储单元的物理地址为：20A8H,,10H+ 2008H=22A88H图3.3 物理地址的形成,,,4. 指令队列缓冲器,,8086的指令队列有6个字节，8088的指令队列有4个字节对8086而言，当指令队列出现2个空字节，对8088而言，指令队列出现1个空字节时，BIU就自动执行一次取指令周期，将下一条要执行的指令从内存单元读入指令队列它们采用“先进先出”原则，按顺序存放，并按顺序取到EU中去执行当EU执行一条需要到存储器或I/O端口读取操作数的指令时，BIU将在执行完现行取指令的存储器周期后的下一个存储周期，对指令所指定的存储单元或I/O端口进行访问，读取的操作数经BIU送EU进行处理当EU执行跳转、子程序调用或返回指令时，BIU就使指令队列复位，并从指令给出的新地址开始取指令，新取的第1条指令直接经指令队列送EU执行，随后取来的指令将填入指令队列缓冲器指令队列的引入使得EU和BIU可并行工作，即BIU在读指令时，并不影响EU单元执行指令，EU单元可以连续不断地直接从指令队列中取到要执行的指令代码，从而减少了CPU为取指令而等待的时间，提高了CPU的利用率，加快了整机的运行速度。
二．执行单元EU,,执行单元EU不与系统外部直接相连，它的功能只是负责执行指令执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中直接得到，执行指令时若需要从存储器或I/O端口读取操作数时，由EU向BIU发出请求，再由BIU对存储器或I/O端口进行访问EU由下列部件组成：,,1.,,16位算术逻辑单元(ALU)：用于进行算术和逻辑运算2.,,16位标志寄存器FLAGS：用来存放CPU运算的状态特征和控制标志3. 数据暂存寄存器：协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据4.,,通用寄存器：包括4个16位数据寄存器AX、BX、CX、DX和4个16位指针与变址寄存器SP、BP与SI、DI5.,,EU控制电路：它是控制、定时与状态逻辑电路，接收从BIU中指令队列取来的指令，经过指令译码形成各种定时控制信号，对EU的各个部件实现特定的定时操作8088CPU内部结构与8086基本相似，两者的执行单元EU完全相同，其指令系统，寻址方式及程序设计方法都相同，所以两种CPU完全兼容区别仅在于总线接口单元BIU，归纳起来主要有以下几个方面的差异：,,1．外部数据总线位数不同8086外部数据总线16位，在一个总线周期内可以输入/输出一个字（16位数据），而8088外部数据总线8位，在一个总线周期内只能输入/输出一个字节（8位数据）。
2．指令队列缓冲器大小不同8086指令队列可容纳6个字节，且在每一个总线周期中从存储器取出2个字节的指令代码填入指令队列；而8088指令队列只能容纳4个字节，在一个机器周期中取出一个字节的指令代码送指令队列3.部分引脚的功能定义有所区别3.2.2 8086/8088寄存器结构,,图3.4 8086/8088CPU内部寄存器结构,,,一．通用寄存器,,通用寄存器包括四个数据寄存器，两个地址指针寄存器和两个变址寄存器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操作数或运算结果每个数据寄存器都是16位的，但又可将高、低8位分别作为两个独立的8位寄存器来用高8位分别记作AH、BH、CH、DH，低8位分别记作AL，BL，CL，DL例如AX可当作两个8位寄存器AH、AL使用注意，8086/8088 CPU的14个寄存器除了这4个16位寄存器能分别当作两个8位寄存器来用之外，其它寄存器都不能如此使用上述4个寄存器一般用来存放数据，但它们各自都有自己的特定用途：,,AX(Accumulator)称为累加器用该寄存器存放运算结果可使指令简化，提高指令的执行速度此外，所有的I/O指令都使用该寄存器与外设端口交换信息。
BX(Base)称为基址寄存器8086/8088CPU中有两个基址寄存器BX和BPBX用来存放操作数在内存中数据段内的偏移地址，BP用来存放操作数在堆栈段内的偏移地址CX(Counter)称为计数器在设计循环程序时使用该寄存器存放循环次数，可使程序指令简化，有利于提高程序的运行速度DX(Data)称为数据寄存器在寄存器间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址；在做双字长乘除法运算时，DX与AX一起存放一个双字长操作数，其中DX存放高16位数2. 地址指针寄存器SP、BP,,SP(Stack Pointer)称为堆栈指针寄存器在使用堆栈操作指令(PUSH或POP)对堆栈进行操作时，每执行一次进栈或出栈操作，系统会自动将SP的内容减2或加2，以使其始终指向栈顶BP(Base Pointer)称为基址寄存器作为通用寄存器，它可以用来存放数据，但更经常更重要的用途是存放操作数在堆栈段内的偏移地址3.变址寄存器SI、DI,,SI(Source Index)称为源变址寄存器DI(Destination Index)称为目的变址寄存器这两个寄存器通常用在字符串操作时存放操作数的偏移地址，其中SI存放源串在数据段内的偏移地址，DI存放目的串在附加数据段内的偏移地址。
二 .段寄存器,,为了对1M个存储单元进行管理，8086/8088对存储器进行分段管理，即将程序代码或数据分别放在代码段、数据段、堆栈段或附加数据段中，每个段最多可达64K个存储单元段地址分别放在对应的段寄存器中，代码或数据在段内的偏移地址由有关寄存器或立即数给出8086/8088的四个段寄存器分别为：,,CS(Code Segment)称为代码段寄存器，用来存储程序当前使用的代码段的段地址CS的内容左移四位再加上指令指针寄存器IP的内容就是下一条要读取的指令在存储器中的物理地址DS(Data Segment)称为数据段寄存器，用来存放程序当前使用的数据段的段地址DS的内容左移四位再加上按指令中存储器寻址方式给出的偏移地址即得到对数据段指定单元进行读写的物理地址SS(Stack Segment)称为堆栈段寄存器，用来存放程序当前所使用的堆栈段的段地址堆栈是存储器中开辟的按先进后出原则组织的一个特殊存储区，主要用于调用子程序或执行中断服务程序时保护断点和现场ES(Extra Segment)称为附加数据段寄存器，用来存放程序当前使用的附加数据段的段地址附加数据段用来存放字符串操作时的目的字符串。
表3.2,8086/8088段寄存器与提供段内移地址的,,寄存器之间的默认组合,,,段寄存器,,,,提供段内偏移地址的寄存器,,,,CS,,,,IP,,,,DS,,,,BX、SI、DI或一个16位数,,,,SS,,,,SP或BP,,,,ES,,,,DI(用于字符串操作指令),,,,三. 控制寄存器,,IP(Instruction Pointer)称为指令指针寄存器，用来存放下一条要读取的指令在代码段内的偏移地址用户程序不能直接访问IPFLAGS称为标志寄存器，它是一个16位的寄存器，但只用了其中9位，这9位包括6个状态标志位，3个控制标志位，如图3.5所示图3.5 8086/8088的标志寄存器,,1. 状态标志位,,状态标志位用来反映算术和逻辑运算结果的一些特征如结果是否为“0”，是否有进位、借位、溢出等不同指令对状态标志位的影响是不同的下面分别介绍这6个状态标志位的功能CF(Carry Flag)——进位标志当进行加减运算时，若最高位发生进位或借位则CF为1，否则为0通常用于判断无符号数运算结果是否超出了计算机所能表示的无符号数的范围PF(Parity Flag)——奇偶标志位。
当指令执行结果的低8位中含有偶数个1时，PF为1，否则为0AF(Auxiliary Flag)——辅助进位标志位当执行一条加法或减法运算指令时，若结果的低字节的低4位向高4位有进位或借位，则AF为1，否则为0ZF(Zero Flag)——零标志位若当前的运算结果为0，则ZF为1，否则为0SF(Sign Flag)——符号标志位当运算结果的最高位为1时，SF=1，否则为0OF(Overflow Flag)——溢出标志位当运算结果超出了带符号数所能表示的数值范围，即溢出时，OF=1，否则为0用来判断带符号数运算结果是否溢出例3.1,设变量,x,=11101111B，,y,=11001000B，,XY,=01001100 10100011B，请问分别执行,x,+,y,和,X+Y,操作后标志寄存器中各状态位的状态如何？,,11101111,,+) 11001000,,10110111,1,自动丢失,0101101000001010,,0100110010100011,,1010011010101101,CF=0,CF=1,DF=1,,状态位,执行,x,+,y,后,执行,X,+,Y,后,CF,最高位D,7,向前有进位，CF=1,最高位D,15,向前没有进位，CF=0,PF,低8位中1的个数为偶数(6)，PF=1,低8位中1的个数为奇数(5)，PF=0,AF,低4位向前有进位，AF=1,低4位向前没有进位，AF=0,ZF,计算结果不为0，ZF=0,计算结果不为0，ZF=0,SF,最高位D,7,为1，SF=1,最高位D,15,为1，SF=1,OF,CFDF=0，没有溢出，OF=0,CFDF=1，结果溢出，OF=1,,2. 控制标志位,,控制标志位有3个，用来控制CPU的操作，由程序设置或清除。
它们是：,,TF(Trap Flag)——跟踪（陷阱）标志位它是为测试程序的方便而设置的若将TF置1，8086/8088CPU处于单步工作方式，否则，将正常执行程序IF(Interrupt Flag)——中断允许标志位是用来控制可屏蔽中断的控制标志位若用STI指令将IF置1，表示允许CPU接受外部从INTR引脚上发来的可屏蔽中断请求信号；若用CLI指令将IF清0，则禁止CPU接受可屏蔽中断请求信号IF的状态对非屏蔽中断及内部中断没有影响DF(Direction Flag)——方向标志位若用STD将DF置1，串操作按减地址方式进行，也就是说，从高地址开始，每操作一次地址自动递减；若用CLD将DF清0，则串操作按增地址方式进行，即每操作一次地址自动递增注意,：有关寄存器，尤其是在存储器寻址时用来存放操作数在段内偏移地址的地址寄存器和标志寄存器中各控制标志位的使用方法，将在后续章节中涉及到时还将进一步详细介绍，请读者务必熟练掌握3.2.3,,总线周期的概念,,为了便于对8086/8088CPU引脚功能的说明，本节简要介绍总线周期的概念8086/8088CPU在与存储器或I/O端口交换数据时需要启动一个总线周期。
按照数据的传送方向来分，总线周期可分为“读”总线周期（CPU从存储器或I/O端口读取数据）和“写”总线周期（CPU将数据写入存储器或I/O端口）8086/8088CPU基本的总线周期由4个时钟周期组成，如图3.6所示时钟周期是CPU的基本时间计量单位，由CPU主频决定，如8086的主频为5MHz，1个时钟周期就是200ns一个时钟周期又称为一个T状态，因此基本总线周期用T,1,、T,2,、T,3,、T,4,表示图3.6(a)给出典型的总线周期波形图在T,1,状态CPU把要读/写的存储单元的地址或I/O端口的地址放到地址总线上若是“写”总线周期，CPU从T,2,起到T,4,，把数据送到总线上，并写入存储器单元或I/O端口；若是“读”总线周期，CPU则从T,3,起到T,4,从总线上接收数据，T,2,状态时总线浮空，允许CPU有个缓冲时间把输出地址的写方式转换成输入数据的读方式图3.6 8086/8088基本总线周期,,,图3.6(b)是具有空闲状态的总线周期如果在一个总线周期之后不立即执行下一个总线周期，即CPU此时执行的指令不需要对存储器或I/O端口进行访问，且目前指令队列满而不需要到内存中读指令，那么系统总线就处于空闲状态，即执行空闲周期,。
在空闲周期中可包括一个或多个时钟周期，在这期间，在高4位的总线上，CPU仍驱动前一个总线周期的状态信息；而在低16位的总线上，则根据前一个总线周期是读还是写周期来决定若前一个周期为写周期，CPU会在总线的低16位继续驱动数据信息；若前一个总线周期为读周期，CPU则使总线的低16位处于浮空状态在空闲周期，尽管CPU对总线进行空操作，但在CPU内部，仍然进行着有效的操作，如执行某个运算、在内部寄存器之间传送数据等图3.6(c)是具有等待状态的总线周期在T,3,状态结束之前，CPU测试READY信号线，如果为有效的高电平，则说明数据已准备好，可进入T,4,状态；若READY为低电平，则说明数据没有准备好，CPU在T,3,之后插入1个或多个等待周期T,W,，直到检测到READY为有效高电平后，CPU会自动脱离T,W,而进入T,4,状态这种延长总线周期的措施允许系统使用低速的存储器芯片3.2.4 8086/8088引脚及其功能,,图3.7 8086/8088CPU引脚,,,8086/8088芯片的引脚应包括20根地址线，16根(8086)或8根(8088)数据线以及控制线、状态线、电源线和地线等，若每个引脚只传送一种信息，那么芯片的引脚将会太多，不利于芯片的封装，因此，8086/8088CPU的部分引脚定义了双重功能。
如第33引脚MN / MX上电平的高低代表两种不同的信号；第31到24引脚在CPU处于两种不同的工作方式（最大工作方式和最小工作方式）时具有不同的名称和定义；引脚9到16（8088CPU）及引脚2到16和39（8086CPU）采用了分时复用技术，即在不同的时刻分别传送地址或数据信息等一．8086CPU 引脚,,8086CPU引脚按功能可分为三大类：电源线和地线，地址/数据引脚以及控制引脚1．电源线和地线,,电源线VCC（第40引脚）：输入，接入,,10%单一+5V电源地线GND（引脚1和20）：输入，两条地线均应接地2. 地址/数据(状态)引脚,,地址/数据分时复用引脚AD,15,,AD,0,（Address Data）：引脚39及引脚2,,16，传送地址时单向输出，传送数据时双向输入或输出地址状态分时复用引脚A,19,/S,6,,A,16,/S,3,（Address / Status）：引脚35,,38，输出、三态总线采用分时输出，即在T,1,状态作地址线用，T,2,,T,4,状态输出状态信息当访问存储器时，T,1,状态输出A,19,,A,15,，与AD,15,,AD,0,一起构成访问存储器的20位物理地址；CPU访问I/O端口时，不使用这4个引脚，A,19,,A,16,保持为0。
状态信息中的S,6,为0用来表示8086CPU 当前与总线相连，所以在T,2,,T,4,状态，S,6,总为0，以表示CPU当前连在总线上；S,5,表示中断允许标志位IF的当前设置，IF=1时，S,5,为1，否则为0；S,4,,S,3,用来指示当前正在使用哪个段寄存器，如表3.3所示表3.3 S,4,与S,3,组合代表的正在使用的寄存器,S,4,S,3,当前正在使用的段寄存器,0,,0,,1,,1,0,,1,,0,,1,ES,,SS,,CS或未使用任何段寄存器,,DS,,,3. 控制引脚,,(1) NMI(Non-Maskable Interrupt ),：引脚17，非屏蔽中断请求信号，输入，上升沿触发此请求不受标志寄存器FLAGS中中断允许标志位IF状态的影响，只要此信号一出现，在当前指令执行结束后立即进行中断处理2) INTR(Interrupt Request),：引脚18，可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效CPU在每个指令周期的最后一个时钟周期检测该信号是否有效，若此信号有效，表明有外设提出了中断请求，这时若IF=1，则当前指令执行完后立即响应中断；若IF=0，则中断被屏蔽，外设发出的中断请求将不被响应。
程序员可通过指令STI或CLI将IF标志位置1或清零3) 控制引脚,,(1) NMI(Non-Maskable Interrupt),：引脚17，非屏蔽中断请求信号，输入，上升沿触发此请求不受标志寄存器FLAGS中中断允许标志位IF状态的影响，只要此信号一出现，在当前指令执行结束后立即进行中断处理2) INTR(Interrupt Request),：引脚18，可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效CPU在每个指令周期的最后一个时钟周期检测该信号是否有效，若此信号有效，表明有外设提出了中断请求，这时若IF=1，则当前指令执行完后立即响应中断；若IF=0，则中断被屏蔽，外设发出的中断请求将不被响应程序员可通过指令STI或CLI将IF标志位置1或清03) CLK(Clock),：引脚19，系统时钟，输入它通常与8284A时钟发生器的时钟输出端相连该时钟信号有效高电平与时钟周期的比为1∶34) RESET,：引脚21，复位信号，输入，高电平有效复位信号使处理器马上结束现行操作，对处理器内部寄存器进行初始化8086/8088要求复位脉冲宽度不得小于4个时钟周期复位后，内部寄存器的状态如表3.4所示。
系统正常运行时，RESET保持低电平表3.4 复位后内部寄存器的状态,,内部寄存器,状 态,标志寄存器,,IP,,CS,,DS,,SS,,ES,,指令队列缓冲器,,其余寄存器,0000H,,0000H,,FFFFH,,0000H,,0000H,,0000H,,空,,0000H,,(5) READY,：引脚22，数据“准备好”信号线，输入它实际上是所寻址的存储器或I/O端口发来的数据准备就绪信号，高电平有效CPU在每个总线周期的T,3,状态对READY引脚采样，若为高电平，说明数据已准备好；若为低电平，说明数据还没有准备好，CPU在T,3,状态之后自动插入一个或几个等待状态T,W,，直到READY变为高电平，才能进入T,4,状态，完成数据传送过程，从而结束当前总线周期6),：引脚23，等待测试信号，输入当CPU执行WAIT指令时，每隔5个时钟周期对 引脚进行一次测试若为高电平，CPU就仍处于空转状态进行等待，直到 引脚变为低电平，CPU结束等待状态，执行下一条指令，以使CPU与外部硬件同步7) (Read),：引脚32，读控制信号，输出当 =0时，表示将要执行一个对存储器或I/O端口的读操作。
到底是从存储单元还是从I/O端口读取数据，取决于M/ (8086)或IO/ (8088)信号8)BHE/S,7,(Bus High Enable / Status),：引脚34，高8位数据总线允许/状态复用引脚，输出BHE在总线周期的T,1,状态时输出，当该引脚输出为低电平时，表示当前数据总线上高8位数据有效该引脚和地址引脚A,0,配合表示当前数据总线的使用情况，如表3.5所示，详见“3.3.1 8086/8088存储器组织”一节S,7,在8086中未被定义，暂作备用状态信号线表3.5 BHE与地址引脚A,0,编码的含义,A,0,数据总线的使用情况,0,,0,,1,,1,0,,1,,0,,1,16位字传送(偶地址开始的两个存储器单元的内容),,在数据总线高8位(D,15,,D,8,)和奇地址单元间进行字节传送,,在数据总线低8位(D,7,,D,0,)和偶地址单元间进行字节传送,,无效,,(9) MN/MX(Minimum/Maximum mode control),：引脚33，最小/最大方式控制信号，输入MN/MX,引脚接高电平时，8086/8088 CPU工作在最小方式，在此方式下，全部控制信号由CPU提供；,MN/MX,引脚接低电平时，8086/8088工作在最大方式，此时第24,,31引脚的功能示于图3.7括号内，这时，CPU发出的控制信号经8288总线控制器进行变换和组合，从而使总线的控制功能更加完善。
2. 8086,最小工作方式及引脚,24,,31,的定义,,当MN/MX接高电平时，系统工作于最小方式，即单处理器方式，它适用于较小规模的微机系统其典型系统结构如图3.8所示图中8284A为时钟发生/驱动器，外接晶体的基本震荡频率为15 MHz，经8284A三分频后，送给CPU做系统时钟8282为8位地址锁存器当8086访问存储器时，在总线周期的T,1,状态下发出地址信号，经8282锁存后的地址信号可以在访问存储器操作期间始终保持不变，为外部提供稳定的地址信号8282是典型的8位地址锁存芯片，8086采用20位地址，再加上BHE信号，所以需要3片8282作为地址锁存器8286为具有三态输出的8位数据总线收发器，用于需要增加驱动能力的系统在8086系统中需要2片8286，而在8088系统中只用1片就可以了系统中还有一个等待状态产生电路，它向8284A的RDY端提供一个信号，经8284A同步后向CPU的READY线发数据准备就绪信号，通知CPU数据已准备好，可以结束当前的总线周期当READY=0时，CPU在T,3,之后自动插入T,W,状态，以避免CPU与存储器或I/O设备进行数据交换时，因后者速度慢而丢失数据。
图3.8 8086最小方式系统结构,,,在最小方式下，第24,,31引脚的功能如下：,,(1) INTA(Interrupt Acknowledge)：引脚24，中断响应信号，输出该信号用于对外设的中断请求(经INTR引脚送入CPU)作出响应INTA实际上是两个连续的负脉冲信号，第一个负脉冲通知外设接口，它发出的中断请求已被允许；外设接口接到第2个负脉冲后，将中断类型号放到数据总线上，以便CPU根据中断类型号到内存的中断向量表中找出对应中断的中断服务程序入口地址，从而转去执行中断服务程序2) ALE(Address Latch Enable)：引脚25，地址锁存允许信号，输出它是8086/8088提供给地址锁存器的控制信号，高电平有效在任何一个总线周期的T,1,状态，ALE均为高电平，以表示当前地址/数据复用总线上输出的是地址信息，ALE由高到低的下降沿把地址装入地址锁存器中3) DEN(Data Enable)：引脚26，数据允许信号，输出当使用数据总线收发器时，该信号为收发器的OE端提供了一个控制信号，该信号决定是否允许数据通过数据总线收发器DEN为高电平时，收发器在收或发两个方向上都不能传送数据，当DEN为低电平时，允许数据通过数据总线收发器。
4) DT/R(Data Transmit/Receive)：引脚27，数据发送/接收信号，输出该信号用来控制数据的传送方向当其为高电平时，8086 CPU通过数据总线收发器进行数据发送；当其为低电平时，则进行数据接收在DMA方式，它被浮置为高阻状态5) M/IO(Memory/Input and Output)：引脚28，存储器I/O端口控制信号，输出该信号用来区分CPU是进行存储器访问还是I/O端口访问当该信号为高电平时，表示CPU正在和存储器进行数据传送；如为低电平，表明CPU正在和输入/输出设备进行数据传送在DMA方式，该引脚被浮置为高阻状态6) WR(Write)：引脚29，写信号，输出WR有效时，表示CPU当前正在进行存储器或I/O写操作，到底是哪一种写操作，取决于M/IO信号在DMA方式，该引脚被浮置为高阻状态7) HOLD(Hold request)：引脚31，总线保持请求信号，输入当8086/8088 CPU之外的总线主设备要求占用总线时，通过该引脚向CPU发一个高电平的总线保持请求信号8) HLDA(Hold Acknowledge)：引脚30，总线保持响应信号，输出。
当CPU接收到HOLD信号后，这时如果CPU允许让出总线，就在当前总线周期完成时，在T,4,状态发出高电平有效的HLDA信号给以响应此时，CPU让出总线使用权，发出HOLD请求的总线主设备获得总线的控制权3. 8086,最大工作方式及引脚,24,,31,的定义,,当MN/MX接低电平时，系统工作于最大方式，即多处理器方式，其典型系统结构如图3.9所示比较最大方式和最小方式系统结构图可以看出，最大方式和最小方式有关地址总线和数据总线的电路部分基本相同，即都需要地址锁存器及数据总线收发器而控制总线的电路部分有很大差别在最小工作方式下，控制信号可直接从8086/8088 CPU得到，不需要外加电路最大方式是多处理器工作方式，需要协调主处理器和协处理器的工作因此，8086/8088的部分引脚需要重新定义，控制信号不能直接从8086/8088 CPU引脚得到，需要外加8288总线控制器，通过它对CPU发出的控制信号(S,0,,S,1,,S,2,)进行变换和组合，以得到对存储器和I/O端口的读写控制信号和对地址锁存器8282及对总线收发器8286的控制信号，使总线的控制功能更加完善图3.9 8086最大方式系统结构,,,在最大方式下，第24,,31引脚的功能如下：,,(1) QS,1,、QS,0,(Instruction Queue Status)：引脚24、25，指令队列状态信号，输出。
QS,1,、QS,0,两个信号电平的不同组合指明了8086/8088内部指令队列的状态，其代码组合对应的含义如表3.6所示表3.6 QS,1,、QS,0,的代码组合对应的含义,QS,1,QS,0,含 义,0,0,无操作,0,1,从指令队列的第一字节中取走代码,1,0,队列为空,1,1,除第一字节外，还取走了后续字节中的代码,,(2) S,2,、S,1,、S,0,(Bus Cycle Status)：引脚26、27、28，总线周期状态信号，输出低电平有效的三个状态信号连接到总线控制器8288的输入端，8288对这些信号进行译码后产生内存及I/O端口的读写控制信号表3.7给出了这三个状态信号的代码组合使8288产生的控制信号及其对应的操作表3.7中前7种代码组合都对应某个总线操作过程，通常称为有源状态，它们处于前一个总线周期的T,4,状态或本总线周期的T,1,、T,2,状态中，S,2,、S,1,、S,0,至少有一个信号为低电平在总线周期的T,3,、T,W,状态并且READY信号为高电平时，S,2,、S,1,、S,0,都成为高电平，此时，前一个总线操作就要结束，后一个新的总线周期尚未开始，通常称为无源状态。
而在总线周期的最后一个状态即T,4,状态，S,2,、S,1,、S,0,中任何一个或几个信号的改变，都意味着下一个新的总线周期的开始表3.7 S,2,、S,1,、S,0,的代码组合对应的操作,,,,8288产生的控制信号,对 应 操 作,0,0,0,,发中断响应信号,0,0,1,,读I/O端口,0,1,0,,写I/O端口,0,1,1,无,暂停,1,0,0,,取指令,1,0,1,,读内存,1,1,0,,写内存,1,1,1,无,无源状态,,(3) LOCK(Lock)：引脚29，总线封锁信号，输出当LOCK为低电平时，系统中其他总线主设备就不能获得总线的控制权而占用总线LOCK信号由指令前缀LOCK产生，LOCK指令后面的一条指令执行完后，便撤消了LOCK信号另外，在DMA期间，LOCK被浮空而处于高阻状态4) RQ/GT,1,、RQ/GT,0,(Request/Grant)：引脚30、31，总线请求信号(输入)/总线请求允许信号(输出)这两个信号可供8086/8088以外的2个总线主设备向8086/8088发出使用总线的请求信号RQ(相当于最小方式时的HOLD信号)而8086/8088在现行总线周期结束后让出总线，发出总线请求允许信号GT(相当于最小方式的HLDA信号)，此时，外部总线主设备便获得了总线的控制权。
其中RQ / GT,0,比RQ / GT,1,的优先级高8288总线控制器还提供了其他一些控制信号：MRDC(Memory Read Command)、MWTC(Memory Write Command)、IORC(I/O Read Command)、IOWC(I/O Write Command)以及INTA等，它们分别是存储器与I/O的读写命令以及中断响应信号另外，还有AMWC与AIOWC两个信号，它们分别表示提前写内存命令和提前写I/O命令，其功能分别与MWTC和IOWC一样，只是它们由8288提前一个时钟周期发出信号，这样，一些较慢的存储器和外设将得到一个额外的时钟周期去执行写入操作4,．,8088,与,8086,引脚的区别,,8088,与8,086,绝大多数引脚的名称和功能是完全相同的，仅有以下三点不同：,,(1) AD,15,,AD,0,的定义不同在8086中都定义为地址/数据分时复用引脚；而在8088中，由于只需要8条数据线，因此，对应于8086的AD,15,,AD,8,这8根引脚在8088中定义为A,15,,A,8,，它们在8088中只做地址线用2) 引脚34的定义不同。
在最大方式下，8088的第34引脚保持高电平，而8086在最大方式下34引脚的定义与最小方式下相同3) 引脚28的有效电平高低定义不同8088和8086的第28引脚的功能是相同的，但有效电平的高低定义不同8088的第28引脚为IO/M，当该引脚为低电平时，表明8088正在进行存储器操作；当该引脚为高电平时，表明8088正在进行I/O操作8086的第28引脚为M/IO，电平与8088正好相反3.3 8086/8088存储器和I/O组织,3.3.1 8086/8088,存储器组织,,1,．,8086/8088,存储空间,,8086/8088有20条地址线，可直接对1 M个存储单元进行访问每个存储单元存放一个字节型数据，且每个存储单元都有一个20位的地址，这1 M个存储单元对应的地址为00000H~FFFFFH，如图3.10所示一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容如图3.10所示，00001H单元的内容为9FH，记为：(00001H)=9FH图3.10 数据在存储器中的存放,,,若存放的是字型数据(16位二进制数)，则将字的低位字节存放在低地址单元，高位字节存放在高地址单元如从地址0011FH开始的两个连续单元中存放一个字型数据，则该数据为DF46H，记为：(0011FH)=DF46H。
若存放的是双字型数据(32位二进制数，这种数一般作为地址指针，其低位字是被寻址地址的偏移量，高位字是被寻址地址所在段的段地址)，这种类型的数据要占用连续的4个存储单元，同样，低字节存放在低地址单元，高字节存放在高地址单元如从地址E800AH开始的连续4个存储单元中存放了一个双字型数据，则该数据为66A65E65H，记为：(E800AH)=66A65E65H2,．存储器的段结构,,8086/8088 CPU中有关可用来存放地址的寄存器如IP、SP等都是16位的，故只能直接寻址64 KB为了对1 M个存储单元进行管理，8086/8088采用了段结构的存储器管理方法8086/8088将整个存储器分为许多逻辑段，每个逻辑段的容量小于或等于64 KB，允许它们在整个存储空间中浮动，各个逻辑段之间可以紧密相连，也可以互相重叠用户编写的程序(包括指令代码和数据)被分别存储在代码段、数据段、堆栈段和附加数据段中，这些段的段地址分别存储在段寄存器CS、DS、SS和ES中，而指令或数据在段内偏移地址可由对应的地址寄存器或立即数给出，如表3.8所示表3.8 存储器操作时段地址和段内偏移地址的来源,,,存储器操作类型,,,段 地 址,,,偏移地址,,,正常来源,,,其他来源,取指令,,,CS,,,无,,,IP,存取操作数,,,DS,,CS、ES、SS,,,有效地址EA,通过BP寻址存取操作数,,,SS,,,CS、ES、SS,,,有效地址EA,堆栈操作,,,SS,,,无,,,BP、SP,源字符串,,,DS,,,CS、ES、SS,,,SI,目的字符串,,,ES,,无,,,DI,,如果从存储器中读取指令，则段地址来源于代码段寄存器CS，偏移地址来源于指令指针寄存器IP。
如果从存储器读/写操作数，则段地址通常由数据段寄存器DS提供(必要时可通过指令前缀实现段超越，将段地址指定为由CS、ES或SS提供)，偏移地址则要根据指令中所给出的寻址方式确定，这时，偏移地址通常由寄存器BX、SI、DI以及立即数等提供，这类偏移地址也被称为“有效地址”(EA)如果操作数是通过基址寄存器BP寻址的，则此时操作数所在段的段地址由堆栈段段寄存器SS提供(必要时也可指定为CS、SS或ES)(详见第4章“寻址方式”一节)如果使用堆栈操作指令,(PUSH,或,POP),进行进栈或出栈操作，以保护断点或现场，则段地址来源于堆栈段寄存器,SS,，偏移地址来源于堆栈指针寄存器,SP (,详见本节“,4.,堆栈操作”,),如果执行的是字符串操作指令，则源字符串所在段的段地址由数据段寄存器,DS,提供,(,必要时可指定为,CS,、,ES,或,SS),，偏移地址由源变址寄存器,SI,提供；目的字符串所在段的段地址由附加数据段寄存器,ES,提供，偏移地址由目的变址寄存器,DI,提供以上这些存储器操作时段地址和偏移地址的约定是由系统设计时事先已规定好的，编写程序时必须遵守这些约定3,．逻辑地址与物理地址,,由于采用了存储器分段管理方式，8080/8088 CPU在对存储器进行访问时，根据当前的操作类型(取指令或存取操作数)以及读取操作数时指令所给出的寻址方式，CPU就可确定要访问的存储单元所在段的段地址以及该单元在本段内的偏移地址(如表3.8所示)。
我们把通过段地址和偏移地址来表示的存储单元的地址称为逻辑地址，记为：段地址：偏移地址CPU在对存储单元进行访问时，必须在20位的地址总线上提供一个20位的地址信息，以便选中所要访问的存储单元我们把CPU对存储器进行访问时实际寻址所使用的20位地址称为物理地址物理地址是由CPU内部总线接口单元BIU中的地址加法器根据逻辑地址产生的由逻辑地址形成20位物理地址的方法为：段地址,,10H+偏移地址其形成过程如图3.3所示图3.11给出了存储器分段示意如果当前的(IP)=1000H，那么，下一条要读取的指令所在存储单元的物理地址为：,,(CS),,10H+(IP)=1000H,,10H+1000H=11000H,,如果某操作数在数据段内的偏移地址为8000H，则该操作数所在存储单元的物理地址为,,(DS),,10H+8000H=2A0FH,,10H+8000H=320F0H,,图3.11 存储器分段示意图,,,,4,．堆栈操作,,堆栈是在存储器中开辟的一个特定区域堆栈在存储器中所处的段称为堆栈段，和其他逻辑段一样，它可在1 MB的存储空间中浮动，其容量可达64 KB开辟堆栈的目的主要有以下两点：,,(1) 存放指令操作数(变量)。
此时，由于操作数在堆栈段中，对操作数进行访问时，段地址自然由堆栈段寄存器SS来提供，操作数在该段内的偏移地址由基址寄存器BP来提供2) 保护断点和现场此为堆栈的主要功能所谓保护断点，是指主程序在调用子程序或执行中断服务程序时，为了使执行完子程序或中断服务程序后能顺利返回主程序，必须把断点处的有关信息(如代码段寄存器CS的内容(需要时)、指令指针寄存器IP的内容以及标志寄存器FLAGS的内容等)压入堆栈，执行完子程序或中断服务程序后按“先进后出”的原则将其弹出堆栈，以恢复有关寄存器的内容，从而使主程序能从断点处继续往下执行保护断点的操作由系统自动完成，不需要程序员干预保护现场是指将在子程序或中断服务程序中用到的寄存器的内容压入堆栈，在返回主程序之前再将其弹出堆栈，以恢复寄存器原有的内容，从而使其返回后主程序能继续正确执行保护现场的工作要求程序员在编写子程序或中断服务程序时使用进栈指令PUSH和出栈指令POP完成有关PUSH和POP指令的使用方法将在第4章“8086/8088指令系统”一节中介绍下面简要介绍进栈和出栈操作的过程在执行进栈和出栈操作时，段地址由堆栈段寄存器SS提供，段内偏移地址由堆栈指针寄存器SP提供，SP始终指向栈顶，当堆栈空时，SP指向栈底。
如图3.12所示，设在存储器中开辟了100H个存储单元的堆栈段，当前(SS)=2000H，堆栈空时(SP)=0100H，即此时SP指向栈底(如图3.12(a)所示)由于PUSH和POP指令要求操作数为字型数据，因此，每进行一次进栈操作，SP值减2(如图3.12(b)所示)，每进行一次出栈操作，SP值加2(如图3.12 (c)所示)在进栈和出栈操作过程中，SP始终指向栈顶图3.12 进栈与出栈操作示意图,,,5,．,8086/8088,存储器结构,,8086的1 MB存储空间实际上分为两个512 KB的存储体，又称存储库，分别叫高位库和低位库，如图3.13所示低位库与数据总线D,7,,D,0,相连，该库中每个存储单元的地址为偶数地址；高位库与数据总线D,15,,D,8,相连，该库中每个存储单元的地址为奇数地址地址总线A,19,,A,1,可同时对高、低位库的存储单元寻址，A,0,和BHE用于对库的选择，分别连接到库选择端SEL上当A,0,=0时，选择偶数地址的低位库；当BHE=0时，选择奇数地址的高位库；当两者均为0时，则同时选中高低位库利用A,0,和BHE这两个控制信号，。
