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2.1.1 8086的結構特點

微處理器執行一段程序通常是通過重復執行如下步驟來完成的，即：

（1）從內存儲器中取出一條指令，分析指令操作碼；

（2）讀出一個操作數（如果指令需要操作數）；

（3）執行指令；

（4）將結果寫人內存儲器（如果指令需要）。

在8位微處理器中，上述步驟大部分是一個接一個串行地完成的。微處理器在取操作碼、取操作數和存儲操作數時要占用總線，而分析操作碼和執行指令時不占用總線。由于微處理器以串行方式工作，在執行指令的過程中，總線會出現空閑時間，指令執行時間就較長。為了提高程序的執行速度，充分使用總線，8086微處理器被設計為兩個獨立的功能部件：執行部件和總線接口部件，如圖2-1所示。

1.總線接口部件BIU（Bus Interface  Unit）

總線接口部件由段寄存器、指令指針、地址形成邏輯、總線控制邏輯和指令隊列等組成。BIU負責從內存指定區域取出指令送到指令隊列中排隊；執行指令時所需要的操作數（內存操作數和I／O操作數）也由BIU從相應的內存區域或I／O端口取出，傳送給執行部件EU。指令執行的結果如果需要存入內存的話，也由BIU寫入相應的內存區域。總之，BIU同外部總線連接為EU完成所有的總線操作，并計算形成20位的內存物理地址。

2．執行部件 EU（Execution Unit）

執行部件由通用寄存器、標志寄存器、運算器（ALU）和EU控制系統等組成。EU從BIU的指令隊列中獲得指令，然后執行該指令，完成指令所規定的操作。EU用來對寄存器內容和指令操作數進行算術和邏輯運算．以及進行內存有效地址的計算。EU負責全部指令的執行，向BIU提供數據和所需訪問的內存或I/O端口的地址，并對通用寄存器、標志寄存器和指令操作數進行管理。

 由于EU和BIU這兩個功能部件能相互獨立地工作，并在大多數情況下，能使大部分的取指令和執行指令重疊進行。這樣EU執行的是BfU在前一時刻取出的指令，與此同時，BIU又在取出EU在下一時刻要執行的指令。所以，在大多數情況下，取指令所需的時間“消失”了（隱含在上一指令的執行之中）。大大減少等待取指令所需的時間，提高了微處理器的利用率和整個系統的執行速度。這種取指令和執行指令的重疊過程如圖2-2所示。

3.8088與8086的區別

Inte1 8088微處理器內部采用16位結構，實質上與 8086基本上是相同的，其內部的兩個功能部件中EU與8086一樣，而BIU略有區別。第一，8086的指令隊列是6字節長，而8088的指令隊列為4字節長；第二，8086是真正的16位機，同BIU相連的8086總線中數據總線是16位總線，而8088是準16位機，同BIU相連的8088總線中數據總線為8位總線。

2.1.2 8086的寄存器結構

對8086的程序員而言，掌握其編程結構——寄存器結構是至關重要的。在8086微處理器中可供程序員使用的有14個16位寄存器，如圖2-3所示。

這14個寄存器按其用途可分為通用寄存器、指令指針、標志寄存器和段寄存器四類。

1.通用寄存器

有8個通用寄存器，可分為兩組，即：（1）數據寄存器。數據寄存器有4個，包括累加器AX（Accumulator）、基址寄存器BX（Base）、計數寄存器CX（count）和數據寄存器DX（Data）。數據寄存器的特點是，這4個16位寄存器可分為高8位（AH、BH、CH和DH）與低8位（AL、BL、CL和DL），這兩組8位寄存器可分別尋址、獨立操作。這樣，可以將數據寄存器作為一個16位寄存器進行操作，也可用作兩個8位寄存器。

數據寄存器可以用來存放8位或16位的二進制操作數，這些操作數可以是參加操作的數據、操作的中間結果，也可以是操作數的地址。大多數算術和邏輯運算指令都可以使用這些數據寄存器。

（2）指針寄存器和變址寄存器。另外4個通用寄存器是：堆棧指針SP（Stack Pointer），基址指針BP（Base Pointer）、源變址寄存SI(Source Index)和目的變址寄存器DI（Destination Index）。這4個16位寄存器只能按16位進行存取操作，主要用來形成操作數的地址，用于堆棧操作和變址運算中計算操作數的有效地址。其中SP、BP用于堆棧操作，SP用來確定堆棧在內存中的地址，BP來存放在現行堆棧段的一個數據區的“基地址”。SI、DI用于變址操作，存放變址地址。這4個寄存器也可用作數據寄存器。

在8086的指令系統中，許多情況下，一條指令只能用一個特定的寄存器或寄存器組來完成其功能，對某些用來完成特定操作的8086指令，上述通用寄存器具有一些隱含用法，如表2-1所示。

       表2-1 通用寄存器的隱含用法

寄存器	操       作
AX	在字乘/字除指令中用作累加器在字I/O操作時作為數據寄存器
AH前一單元fix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" /> AL	字節乘、字節除在LAHF指令中用作目的寄存器在字節乘、字節除指令中用作累加器在字節中I/O操作時作為數據寄存器BCD、ASCII碼數據運算時作累加器在XLAT指令中作累加器
BX	間接尋址時，作為地址寄存器和基址寄存器在XLAT指令中用作基址寄存器
CX	串操作時的循環次數計數器循環操作時的循環次數計數器
CL	在循環移位和移位操作時用作環移和移位次數的計數寄存器
DX	字乘、字除指令中用作輔助寄存器I/O指令間接尋址時作端口地址寄存器
SP	堆棧指針
SI	間接尋址時，作為地址寄存器和變址寄存器串操作時的源變址寄存器
DI	間接尋址時，作為地址寄存器和變址寄存器串操作時的目的變址寄存器

2．指令指針IP（Instruction Pointer）

指令指針IP是一個16位專用寄存器。它指向當前需要取出的指令字節，當BIU從內存中取出一個指令字節后，IP就自動加1，指向下一指令字節。注意，IP指向的是指令地址的段內地址偏移量，又稱偏移地址（Offset Address）或有效地址（EA，Effective Address）。

程序員不能對IP進行存取操作．程序中的轉移指令、返回指令以及中斷處理能對IP進行操作。

3．標志寄存器 FR（Flag Register）

8086有一個16位的標志寄存器FR，如圖2-4所示。

OF

DF

IF

TF

SF

ZF

AF

PF

CF

圖2-4 8086的標志寄存器

在16位的標志寄存器FR中有意義的有9位，其中6位是狀態位，3位是控制位，簡述如下：

（1）   狀態位。

①進位標志 CF（Carry Flag）。反映算術運算后，最高位（字節操作為D7位，字操作為D15位）出現進位（或借位）的情況，有則為‘1’。CF主要用于加、減法運算，移位和環移指令也會改變CF值。

②奇偶（校驗）標志PF（Parity Flag）。反映操作結果低8位中“1”的個數的情況，若為偶數，PF置“1”，主要在數據通信中用來檢查數據傳送有無出錯。

③輔助進位標志AF（Auxiliary Carry Flag）。反映一個8位量（或16位量的低位字節）的低4位向高位（即D3向D4）有無進位（或借位）的情況，有則置“1”，AF用于BCD碼算術運算指令。

④零標志ZF(Zero Flag)。反映運算結果是否為零的情況，結果為零，ZF置“1”。

⑤符號標志 SF（Sign Flag）。反映帶符號數運算結果符號位的情況，結果為負數，SF

置“1”，SF的取值與運算結果的最高位（字節操作為D7，字操作為D15）取值一致。

⑥溢出標志OF（Overflow Flag）。反映帶符號數（以二進制補碼表示）運算結果是否超過機器所能表示的數值范圍的情況，對字節運算為-128～+127，對字運算為-32768～+32767。若超過上述范圍，稱為“溢出”，OF置“1”。

注意：“溢出”與“進位”是兩種不同的概念，某次運算結果有“溢出” 不一定有“進

位”，反之有“進位”也不一定有“溢出”。

上述6個狀態標志由執行部件EU設置，反映算術或邏輯運算結果的某些特征，這些狀態標志常用來影響或控制某些后續指令（例如，條件轉移指令、循環指令等）的執行。不同指令對狀態標志的影響不一樣，有些指令不影響狀態標志。另外，進位標志CF可由指令設置。

（2）控制位。

①方向標志DF（Direction Flag）。在進行字符串操作時，每執行一條串操作指令，對源或／與目的操作數的地址要進行一次調整（對字節操作為加 1或減1，對宇操作為加2或減

2），由DF決定地址是遞增還是遞減。若DF＝“1”為遞減，即從高地址向低地址進行，DF

=‘0’為遞增。

②中斷允許標志IF（Interrupt Fnable Flag）。表示系統是否允許響應外部的可屏蔽中斷，若IF=1，表示允許響應。IF對不可屏蔽中斷請求以及內部中斷不起作用。

③陷阱標志TF（Trap Flag）。當TF＝“1’時，微處理器每執行完一條指令便自動產生一個內部中斷，轉去執行一個中斷服務程序，可以借助中斷服務程序來檢查每條指令的執行情況；稱為“單步工作方式”，常用于程序的調試。

上述3個控制標志用來控制微處理器的某些操作．可以由指令來設置。

4.段寄存器（Segment Register）

在微機系統的內存中通常存放著三類信息，即：

（1）代碼（指令）——指示微處理器執行何種操作；

（2）數據（字符、數值）——程序處理的對象；

（3）堆棧信息——被保存的返回地址和中間結果。

在8086系統中，這三類信息通常分別存放在各自的內存區域中——8086存儲系統中的不同存儲段。

8086系統中把可直接尋址的1M字節內在空間分為稱作“段”的邏輯區域，每個段的物理長度為64K字節，而段的起始地址由稱為“段寄存器”的4個16位寄存器決定，這4個段寄存器為：

（1）代碼段寄存器CS（Code Segment），指向當前的代碼段，指令由此段中取出；

（2）堆棧段寄存器SS（Stack Segment），指向當前的堆棧段，堆棧操作的對象就是該段中存儲單元的內容；

（3）數據段寄存器DS（Data Segment），指向當前的數據段，通常用來存放程序變量

（存儲器操作數）；

（4）附加段寄存器ES（Extra Segment），指向當前的附加段，通常也用來存放數據。

8086利用上述段寄存器的內容，通過適當轉換可以訪問這4個存儲段——代碼段、堆棧段、數據段和附加段。

2.1.3  8086系統中的存儲器組織及物理地址的形成

1.存儲器組織

8086微處理器有20條地址線、可以配置1M字節（1048576字節）的內存儲器，地址編號為00000H～FFFFFH。存儲空間都按8位字節進行組織，每個存儲單元存儲一個字節數據，若存放“字”數據（16位），則存放在相鄰兩個存儲單元中，高字節存放在高地址單元、低字節存放在低地址單元，如圖2-5所示。

如果不考慮數據存取的速度，則指令、字節數據和字數據可以自由地存放在內存的任何

字節地址中，而不必考慮“對準”問題。因此代碼可以緊湊地存放在存儲器中，從而節省了

存儲空間。至于“對準”問題，將在第三章中討論。

2．存儲器分段

（1）為什么要分段。因為8086微處理器內部數指通路和寄存器皆為16位，內部ALU只能進行16位運算，在程序中也只能使用16位地址，尋址范圍局限在216＝65536（64K）字節，為了能尋址1M字節地址，所以要引入“分段”概念。

（2）分段。8086程序把1M字節的存儲空間看成為一組存儲段，各段的功能由具體用途而定，分別為代碼段、堆棧段、數據段和附加段。一個存儲段是存儲器的一個邏輯單位，其長度可達64K字節，每個段都由連續的存儲單元構成，并是存儲器中獨立的、可分別尋址的單位。每段第一個字節的位置稱為“段起始地址”，可由軟件指定。對段起始地址的要求是：必須能被16整除（起始地址為XXXX0H）。段寄存器中存放了與段起始地址有關的16位“段基值”（Segment Base Value），一旦4個段寄存器的內容確定后，程序就可訪問4個段中的任一存儲單元。若程序超過64K字節，則必須通過給段寄存器重新送新值，把超出部分轉到新段中。注意，幾個段可以相互重疊，也可指向同一個64K字節空間。

（3）物理地址與邏輯地址。

①在具有地址變換機構的計算機中,有兩種存儲器地址，一種是允許在程序中編排的地址——邏輯地址（Logical Address）；另一種是信息在存儲器中實際存放的地址——物理地址

（Physical Address）。在8086系統中每個存儲單元也有兩種地址。

②8086系統中，8086微處理器與內存儲器之間所有信息交換都要使用20位的物理地址。而在程序中所涉及的地址都是16位的邏輯地址。對給定的任一存儲單元而言有兩部分邏輯地址：“段基值”——決定該段第一個字節的位置；“段內偏移量”（Offset）——該存使單元相對于該段起始單元的距離。

“段基值”存放在段寄存器（CS、SS、DS和ES）中，而“段內偏移量”由 SP、BP、SI、DI、IP以及上述寄存器的組合而形成。

③物理地址的生成。存儲單元的20位物理地址是通過將16位的“段基值”左移4位再加上 16位的“段內偏移量”（又稱“偏移地址”）而生成的，如圖2-6所示。

a.當取指令時，8086會自動選擇CS值作為段基值，再加上由IP提供之偏移量形成物理地址；

b.當涉及堆棧操作時，8086會自動選擇SS值作為段基值，再加上由SP提供之偏移量形成物理地址；

c.當涉及一個操作數（存儲器操作數）時，8086會自動選擇DS值為段基值（若以BP為基地址，則SS為段基值），再加上16位偏移量形成物理地址，這16位偏移量可以來自：

 *指令中提供的直接地址——16位的位移量；

 *某一個16位地址寄存器之值；

 *指令中的位移量加上16位地址寄存器之值。

d.ES用于串操作指令中的數據塊傳送指令。

總之，8086系統中邏輯地址的來源可歸納如表2-2所示。

        表2-2  邏輯地址的來源

操作類型	隱含的段基值	可替換的段基值	偏移地址
取指令	CS	無	IP
堆棧操作	SS	無	SP
BP用作基地址寄存器	SS	CS、DS、ES	EA
通用數據讀寫	DS	CS、ES、SS	EA
字符串操作（源地址）	DS	CS、ES、SS	SI
字符串操作（目的地址）	ES	無	DI

EA(Effective Address)----有效地址，反映操作數的段內偏移地址。