8086概述

　　8086微處理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片，它們的內部結構基本相同，都采用16位結構進行操作及存儲器尋址，但外部性能有所差異，兩種處理器都封裝在相同的40腳雙列直插組件（DIP）中。

　　8086CPU的編程結構

　　編程結構：是指從程序員和使用者的角度看到的結構，亦可稱為功能結構。如圖2－1所示是8086CPU的內部功能結構。

　　從功能上來看，8086CPU可分為兩部分，即總線接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和執行部件EU（ExecutionUnit）。

　　（1）執行部件（EU）

　　功能：負責指令的執行。

　　組成：包括①ALU（算術邏輯單元）、②通用寄存器組和③標志寄存器等，主要進行8位及16位的各種運算。

　　（2）總線接口部件（BIU）

　　功能：負責與存儲器及I/O接口之間的數據傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊列，配合執行部件的動作，從內存單元或I/O端口取操作數，或者將操作結果送內存單元或者I/O端口。

　　組成：它由①段寄存器（DS、CS、ES、SS）、②16位指令指針寄存器IP（指向下一條要取出的指令代碼）、③20位地址加法器（用來產生20位地址）和④6字節（8088為4字節）指令隊列緩沖器組成。

　　（3）8086BIU的特點

　　①8086的指令隊列分別為6/4個字節，在執行指令的同時，可從內存中取出后續的指令代碼，放在指令隊列中，可以提高CPU的工作效率。

　　②地址加法器用來產生20位物理地址。8086可用20位地址尋址1M字節的內存空間，而CPU內部的寄存器都是16位，因此需要由一個附加的機構來計算出20位的物理地址，這個機構就是20位的地址加法器。

　　例如：CS＝0FE00H，IP＝0400H，則表示要取指令代碼的物理地址為0FE400H。

　　（4）BIU與EU的動作協調原則

　　總線接口部件（BIU）和執行部件（EU）按以下流水線技術原則協調工作，共同完成所要求的信息處理任務：

　　①每當8086的指令隊列中有兩個空字節，或BIU就會自動把指令取到指令隊列中。其取指的順序是按指令在程序中出現的前后順序。

　　②每當EU準備執行一條指令時，它會從BIU部件的指令隊列前部取出指令的代碼，然后用幾個時鐘周期去執行指令。在執行指令的過程中，如果必須訪問存儲器或者I／O端口，那么EU就會請求BIU，進入總線周期，完成訪問內存或者I／O端口的操作；如果此時BIU正好處于空閑狀態，會立即響應EU的總線請求。如BIU正將某個指令字節取到指令隊列中，則BIU將首先完成這個取指令的總線周期，然后再去響應EU發出的訪問總線的請求。

　　③當指令隊列已滿，且EU又沒有總線訪問請求時，BIU便進入空閑狀態。④在執行轉移指令、調用指令和返回指令時，由于待執行指令的順序發生了變化，則指令隊列中已經裝入的字節被自動消除，BIU會接著往指令隊列裝入轉向的另一程序段中的指令代碼。

　　從上述BIU與EU的動作管理原則中，不難看出，它們兩者的工作是不同步的，正是這種既相互獨立又相互配合的關系，使得8086可以在執行指令的同時，進行取指令代碼的操作，也就是說BIU與EU是一種并行工作方式，改變了以往計算機取指令→譯碼→執行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，這正是8086獲得成功的原因之一。

　　（5）8086CPU內部寄存器

　　8086內部的寄存器可以分為通用寄存器和專用寄存器兩大類，專用寄存器包括指針寄存器、變址寄存器等。

　　①通用寄存器

　　8086有4個16位的通用寄存器（AX、BX、CX、DX），可以存放16位的操作數，也可分為8個8位的寄存器（AL、AH；BL、BH；CL、CH；DL、DH）來使用。其中AX稱為累加器，BX稱為基址寄存器，CX稱為計數寄存器，DX稱為數據寄存器，這些寄存器在具體使用上有一定的差別，如表2－1所示。

　　②指針寄存器

　　系統中有兩個16位的指針寄存器SP和BP，其中SP是堆棧指針寄存器，由它和堆棧段寄存器SS一起來確定堆棧在內存中的位臵；BP是基數指針寄存器，通常用于存放基地址。

　　③變址寄存器

　　系統中有兩個16位的變址寄存器SI和DI，其中SI是源變址寄存器，DI是目的變址寄存器，都用于指令的變址尋址方式。

　　④控制寄存器

　　IP、標志寄存器是系統中的兩個16位控制寄存器，其中IP是指令指針寄存器，用來控制CPU的指令執行順序，它和代碼段寄存器CS一起可以確定當前所要取的指令的內存地址。順序執行程序時，CPU每取一個指令字節，IP自動加1，指向下一個要讀取的字節；當IP單獨改變時，會發生段內的程序轉移；當CS和IP同時改變時，會產生段間的程序轉移。

　　標志寄存器的內容被稱為處理器狀態字PSW，用來存放8086CPU在工作過程中的狀態。

　　⑤段寄存器

　　系統中共有4個16位段寄存器，即代碼段寄存器CS、數據段寄存器DS、堆棧段寄存器SS和附加段寄存器ES。這些段寄存器的內容與有效的地址偏移量一起，可確定內存的物理地址。通常CS劃定并控制程序區，DS和ES控制數據區，SS控制堆棧區。

　　（6）處理器狀態字PSW

　　8086內部標志寄存器的內容，又稱為處理器狀態字PSW。其中共有9個標志位，可分成兩類：一類為狀態標志，一類為控制標志。其中狀態標志表示前一步操作（如加、減等）執行以后，ALU所處的狀態，后續操作可以根據這些狀態標志進行判斷，實現轉移；控制標志則可以通過指令人為設臵，用以對某一種特定的功能起控制作用（如中斷屏蔽等），反映了人們對微機系統工作方式的可控制性。

　　PSW中各標志位的安排如圖2－2所示，這些標志位的含義如下：①狀態標志：6個

　　CF—進位標志位，做加法時最高位出現進位或做減法時最高位出現借位，該位臵1，反之為0。

　　PF—奇偶標志位，當運算結果的低8位中l的個數為偶數時，則該位臵1，反之為0。?AF—半進位標志位，做字節加法時，當低四位有向高四位的進位，或在做減法時，低

　　四位有向高四位的借位時，該標志位就臵1。通常用于對BCD算術運算結果的調整。（例：11011000+10101110=110000110其中AF＝1，CF＝1）

　　ZF—零標志位，運算結果為0時，該標志位臵1，否則清0。

　　SF—符號標志位，當運算結果的最高位為1，該標志位臵1，否則清0。即與運算結果的最高位相同。

　　OF—溢出標志位，OF溢出的判斷方法如下：

　　加法運算：

　　若兩個加數的最高位為0，而和的最高位為1，則產生上溢出；若兩個加數的最高位為1，而和的最高位為0，則產生下溢出；兩個加數的最高位不相同時，不可能產生溢出。

　　減法運算：

　　若被減數的最高位為0，減數的最高位為1，而差的最高位為1，則產生上溢出；若被減數的最高位為1，減數的最高位為0，而差的最高位為0，則產生下溢出；被減數及減數的最高位相同時，不可能產生溢出。

　　如果所進行的運算是帶符號數的運算，則溢出標志恰好能夠反映運算結果是否超出了8位或16位帶符號數所能表達的范圍，即字節運算大于十127或小于－128時，字運算大于十32767或小于－32768時，該位臵1，反之為0。

　　8086CPU的兩種工作模式

　　為了適應各種使用場合，在設計8086CPU芯片時，就考慮了其應能夠使它工作在兩種模式下，即最小模式與最大模式。

　　所謂最小模式，就是系統中只有一個8086微處理器，在這種情況下，所有的總線控制信號，都是直接由8086CPU產生的，系統中的總線控制邏輯電路被減到最少，該模式適用于規模較小的微機應用系統。

　　最大模式是相對于最小模式而言的，最大模式用在中、大規模的微機應用系統中，在最大模式下，系統中至少包含兩個微處理器，其中一個為主處理器，即8086/8086CPU，其它的微處理器稱之為協處理器，它們是協助主處理器工作的。

　　與8086CPU配合工作的協處理器有兩類，一類是數值協處理器8087另一類是輸入/輸出協處理器8089。

　　8087是一種專用于數值運算的協處理器，它能實現多種類型的數值運算，如高精度的整型和浮點型數值運算，超越函數（三角函數、對數函數）的計算等，這些運算若用軟件的方法來實現，將耗費大量的機器時間。換句話說，引入了8087協處理器，就是把軟件功能硬件化，可以大大提高主處理器的運行速度。

　　8089協處理器，在原理上有點象帶有兩個DMA通道的處理器，它有一套專門用于輸入/輸出操作的指令系統，但是8089又和DMA控制器不同，它可以直接為輸入/輸出設備服務，使主處理器不再承擔這類工作。所以，在系統中增加8089協處理器之后，會明顯提高主處理器的效率，尤其是在輸入/輸出操作比較頻繁的系統中。

　　8086CPU寄存器種類及用途

　　8086有14個16位寄存器，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等4類。

　　1）通用寄存器

　　通用寄存器有8個，又可以分成2組，一組是數據寄存器（4個），另一組是指針寄存器及變址寄存器（4個）。

　　數據寄存器分為：

　　AH&AL＝AX（accumulator）：累加寄存器，常用于運算;在乘除等指令中指定用來存放操作數，另外，所有的I/O指令都使用這一寄存器與外界設備傳送數據。

　　BH&BL＝BX（base）：基址寄存器，常用于地址索引；

　　CH&CL＝CX（count）：計數寄存器，常用于計數；常用于保存計算值，如在移位指令，循環（loop）和串處理指令中用作隱含的計數器。

　　DH&DL＝DX（data）：數據寄存器，常用于數據傳遞。

　　他們的特點是，這4個16位的寄存器可以分為高8位：AH，BH，CH，DH.以及低八位：AL，BL，CL，DL。這2組8位寄存器可以分別尋址，并單獨使用。另一組是指針寄存器和變址寄存器，包括：

　　SP（StackPointer）：堆棧指針，與SS配合使用，可指向目前的堆棧位置；

　　BP（BasePointer）：基址指針寄存器，可用作SS的一個相對基址位置；

　　SI（SourceIndex）：源變址寄存器可用來存放相對于DS段之源變址指針；

　　DI（DestinationIndex）：目的變址寄存器，可用來存放相對于ES段之目的變址指針。

　　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。

　　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，指向下一個指令字節。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）。

　　3）標志寄存器FR（Flag Register）

　　8086有一個18位的標志寄存器FR，在FR中有意義的有9位，其中6位是狀態位，3位是控制位。

　　OF： 溢出標志位OF用于反映有符號數加減運算所得結果是否溢出。如果運算結果超過當前運算位數所能表示的范圍，則稱為溢出，OF的值被置為1，否則，OF的值被清為0。

　　DF：方向標志DF位用來決定在串操作指令執行時有關指針寄存器發生調整的方向。

　　IF：中斷允許標志IF位用來決定CPU是否響應CPU外部的可屏蔽中斷發出的中斷請求。但不管該標志為何值，CPU都必須響應CPU外部的不可屏蔽中斷所發出的中斷請求，以及CPU內部產生的中斷請求。具體規定如下：

　　（1）、當IF=1時，CPU可以響應CPU外部的可屏蔽中斷發出的中斷請求；

　　（2）、當IF=0時，CPU不響應CPU外部的可屏蔽中斷發出的中斷請求。

　　TF：跟蹤標志TF。該標志可用于程序調試。TF標志沒有專門的指令來設置或清楚。

　　（1）如果TF=1，則CPU處于單步執行指令的工作方式，此時每執行完一條指令，就顯示CPU內各個寄存器的當前值及CPU將要執行的下一條指令。

　　（2）如果TF=0，則處于連續工作模式。

　　SF：符號標志SF用來反映運算結果的符號位，它與運算結果的最高位相同。在微機系統中，有符號數采用補碼表示法，所以，SF也就反映運算結果的正負號。運算結果為正數時，SF的值為0，否則其值為1。

　　ZF： 零標志ZF用來反映運算結果是否為0。如果運算結果為0，則其值為1，否則其值為0。在判斷運算結果是否為0時，可使用此標志位。

　　AF：下列情況下，輔助進位標志AF的值被置為1，否則其值為0：

　　（1）、在字操作時，發生低字節向高字節進位或借位時；

　　（2）、在字節操作時，發生低4位向高4位進位或借位時。

　　PF：奇偶標志PF用于反映運算結果中“1”的個數的奇偶性。如果“1”的個數為偶數，則PF的值為1，否則其值為0。

　　CF：進位標志CF主要用來反映運算是否產生進位或借位。如果運算結果的最高位產生了一個進位或借位，那么，其值為1，否則其值為0。）

　　4）段寄存器（Segment Register）

　　為了運用所有的內存空間，8086設定了四個段寄存器，專門用來保存段地址：

　　CS（Code Segment）：代碼段寄存器；

　　DS（Data Segment）：數據段寄存器；

　　SS（Stack Segment）：堆棧段寄存器；

　　ES（Extra Segment）：附加段寄存器。

　　當一個程序要執行時，就要決定程序代碼、數據和堆棧各要用到內存的哪些位置，通過設定段寄存器 CS，DS，SS 來指向這些起始位置。通常是將DS固定，而根據需要修改CS。所以，程序可以在可尋址空間小于64K的情況下被寫成任意大小。 所以，程序和其數據組合起來的大小，限制在DS 所指的64K內，這就是COM文件不得大于64K的原因。8086以內存做為戰場，用寄存器做為軍事基地，以加速工作。