8086处理器的结构

8086处理器内部结构有两个功能模块，完成一条指令的取值和执行：

总线接口单元BIU，主要负责读取指令和操作数；
执行单元EU，主要负责指令译码和执行。

8086处理器的寄存器：

8个通用寄存器（以16位为例）
- 数据寄存器
  - AX:累加器(Accumulate Rerister)，使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等；
  - BX:基址寄存器(Base Rerister)，常用做存放存储器地址；
  - CX:计数器(Counter Rerister)，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器；
  - DX:数据寄存器(Data Rerister)，常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址。
- 变址寄存器（常用于存储器寻址时提供地址）
  - SI:源变址寄存器 (Source index)
  - DI:目的变址寄存器(Destination index)
- 指针寄存器(用于寻址内存堆栈内的数据)

- SP:堆栈指针寄存器(Stack Pointer)，指示栈顶的偏移地址
- BP:基址指针寄存器(Base Pointer)，表示数据在堆栈段中的基地址
SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址

1个指令指针寄存器

指令指针寄存器IP，指示代码段中指令的偏移地址。它与代码段寄存器CS联用，确定下一条指令的物理地址

计算机通过CS : IP寄存器来控制指令序列的执行流程

IP寄存器是一个专用寄存器
1个标志寄存器

标志（Flag）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式

8086处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器FLAGS（程序状态字PSW寄存器）

程序设计需要利用标志的状态,比如C语言里的条件语句，if (a=b) {…}
1个段寄存器

32位通用寄存器

EAX EBX ECX EDX

ESI EDI EBP ESP

标志的分类：

状态标志

用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它
- CF 对于无符号数运算，当运算结果的最高有效位有进位（加法）或借位（减法）时，进位标志置1，即CF = 1；否则CF = 0。Debug表示: CY(Carry) CF = 1; NC(No Carry) CF = 0
- ZF若运算结果为0，则ZF = 1；否则ZF = 0.Debug表示: ZR(Zero) ZF = 1; NZ(No Zero) ZF = 0
- SF 运算结果最高位为1，则SF = 1；否则SF = 0.Debug表示: NG(Negative) SF = 1; PL(Plus) SF = 0
- PF
- OF 对于有符号数运算,若算术运算的结果有溢出，则OF＝1；否则 OF＝0
  
  Debug表示: OV(Overflow) OF = 1; NV(No Overflow) OF = 0
- AF
控制标志

可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方式
- DF
- IF
- TF
Debug中对标志位不同状态的表示：

NV UP DI PL NZ NA PO NC 状态为 0

OV DN EI NG ZR AC PE CY 状态为 1

CPU五类指令:

访问存储器指令

处理器和存储器间数据传送

I/O指令

处理器和I/O模块间数据传送和命令发送
算数逻辑指令

执行数据算数和逻辑操作
控制转移指令

指定一个新的指令的执行起点
处理器控制指令

修改处理器状态，该边处理器工作方式。

数据信息的表达单位：

二进制位bit:存储一位二进制数，0或者1
字节Byte：8个二进制位，D7～D0
字Word：16位，2个字节，D15～D0
双字DWord：32位，4个字节，D31～D0

8086的寻址（数据存取）方式

立即数寻址方式

指令中的操作数直接存放在机器代码中，紧跟在操作码之后（操作数作为指令的一部分存放在操作码之后的主存单元中）

这种操作数被称为立即数imm

它可以是8位数值i8（00H～FFH）

也可以是16位数值i16（0000H～FFFFH）

立即数寻址方式常用来给寄存器赋值

寄存器寻址方式

操作数存放在CPU的内部寄存器reg中，可以是：

8位寄存器r8：

AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL

16位寄存器r16：

AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP

4个段寄存器seg：

CS、DS、SS、ES

存储器寻址方式

指令中给出操作数的主存地址信息（偏移地址，称之为有效地址EA），而段地址在默认的或用段超越前缀指定的段寄存器中

8086设计了多种存储器寻址方式

直接寻址方式

有效地址在指令中直接给出

默认的段地址在DS段寄存器，可使用段超越前缀改变

MOV AX,[2000H]

；AX←DS:[2000H]

；指令代码：A10020

MOV AX,ES:[2000H]

；AX←ES:[2000H]

；指令代码：26A10020

寄存器间接寻址方式

有效地址存放在基址寄存器BX或变址寄存器SI、DI中

默认的段地址在DS段寄存器，可使用段超越前缀改变

MOV AX,[SI] ；AX←DS:[SI]

寄存器相对寻址方式

有效地址是寄存器内容与有符号8位或16位位移量之和，寄存器可以是BX、BP或SI、DI

有效地址＝BX/BP/SI/DI＋8/16位位移量

段地址对应BX/SI/DI寄存器默认是DS，对应BP寄存器默认是SS；可用段超越前缀改变.

寄存器相对寻址指令

MOV AX,[DI+06H]

；AX←DS:[DI+06H]

MOV AX,[BP+06H]

；AX←SS:[BP+06H]

基址变址寻址方式

有效地址由基址寄存器（BX或BP）的内容加上变址寄存器（SI或DI）的内容构成：

有效地址＝BX/BP＋SI/DI

段地址对应BX基址寄存器默认是DS，对应BP基址寄存器默认是SS；可用段超越前缀改变

相对基址变址寻址方式

有效地址是基址寄存器（BX/BP）、变址寄存器（SI/DI）与一个8位或16位位移量之和：

有效地址＝BX/BP＋SI/DI＋8/16位位移量

段地址对应BX基址寄存器默认是DS，对应BP基址寄存器默认是SS；可用段超越前缀改变

相对基址变址寻址指令

MOV AX,[BX+SI+06H]

；AX←DS:[BX+SI+06H]

中断机制

CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序，处理完成后返回断点，继续执行被打断的程序。

特点：

1) 中断是随机的
2) 中断是可恢复的
3) 中断是自动处理的

引入中断的目的：

解决主机与外设的并行工作问题

实现实时控制

I/O系统

I/O控制使用下面几种技术：

程序控制

中断驱动

直接存储器存取（DMA）

通道

程序控制I/O技术

由处理器提供I/O相关指令来实现

I/O处理单元处理请求并设置I/O状态寄存器相关位
不中断处理器，也不给处理器警告信息
处理器定期轮询I/O单元的状态，直到处理完毕

I/O软件包含直接操纵I/O的指令

控制指令: 用于激活外设，并告诉它做什么
状态指令: 用于测试I/O控制中的各种状态和条件
数据传送指令: 用于在设备和主存之间来回传送数据

主要缺陷：处理器必须关注I/O处理单元的状态，因而耗费大量时间轮询信息，严重地降低了系统性能

中断驱动I/O技术

为了解决程序控制I/O方法的主要问题

应该让处理器从轮询任务中解放出来
使I/O操作和指令执行并行起来

具体作法：

当I/O处理单元准备好与设备交互的时候
通过物理信号通知处理器，即中断处理器的执行

DMA技术

中断的引入大大地提高了处理器处理I/O的效率，但是当处理器和I/O间传送数据时，效率仍旧不高。

解决方法：

——直接存储器访问（DMA：Direct Memory Access）

通过系统总线中一独立控制单元——DMA控制器，自动控制成块数据在内存和I/O单元间的传送。

大大提高处理I/O的效能。

通道

通道又称为I/O处理机，独立于中央处理器，是专门负责数据I/O传输的处理机。

它对外设实现统一管理
代替CPU对I/O操作进行控制
使CPU和外设可以并行工作

引入通道的目的:

为了使CPU从I/O事务中解脱出来
同时为了提高CPU/设备、设备/设备之间的并行度