第2章作业

第2章 8086微处理器及其系统。

教材习题解答。

1. 8086 cpu 由哪两部分构成，它们的主要功能是什么？在执行指令期间，eu 能直接访问存储器吗，为什么？

解】8086cpu由执行部件（eu）和总线接口部件（biu）两部分组成。

执行部件由内部寄存器组、算术逻辑运算单元（alu）与标志寄存器（fr）及内部控制逻辑等三部分组成。寄存器用于存储操作数和中间结果；算术逻辑单元完成16位或8位算术逻辑运算，运算结果送上alu内部数据总线，同时在标志寄存器中建立相应的标志；内部控制逻辑电路的主要功能是从指令队列缓冲器中取出指令，对指令进行译码，并产生各种控制信号，控制各部件的协同工作以完成指令的执行过程。

总线接口部件（biu）负责cpu与存储器、i/o设备之间传送数据、地址、状态及控制信息。

每当eu部件要执行一条指令时，它就从指令队列头部取出指令，后续指令自动向前推进。eu要花几个时钟周期执行指令，指令执行中若需要访问内存或i/o设备，eu就向biu申请总线周期，若biu总线空闲，则立即响应，若biu正在取一条指令，则待取指令操作完成后再响应eu的总线请求。

2. 8086cpu与传统的计算机相比在执行指令方面有什么不同？这样的设计思想有什么优点？

解】8086 cpu与传统的计算机相比增加了指令队列缓冲器，从而实现了执行部件（eu）与总线接口(biu)部件的并行工作，因而提高了8086系统的效率。

3. 8086 cpu 中有哪些寄存器，各有什么用途？

解】8086共有8个16位的内部寄存器，分为两组：

通用数据寄存器。四个通用数据寄存器ax、bx、cx、dx均可用作16位寄存器也可用作8位寄存器。用作8位寄存器时分别记为ah、al、bh、bl、ch、cl、dh、dl。

ax（ah、al）累加器。有些指令约定以ax（或al）为源或目的寄存器。实际上大多数情况下，8086的所有通用寄存器均可充当累加器。

bx（bh、bl）基址寄存器。bx可用作间接寻址的地址寄存器和基地址寄存器，bh、bl可用作8位通用数据寄存器。

cx（ch、cl）计数寄存器。cx在循环和串操作中充当计数器，指令执行后cx内容自动修改，因此称为计数寄存器。

dx（dh、dl）数据寄存器。除用作通用寄存器外，在i/o指令中可用作端口地址寄存器，乘除指令中用作辅助累加器。

指针和变址寄存器。

bp（basic pointer register）基址指针寄存器。

sp（stack pointer register）堆栈指针寄存器。

si（source index register）源变址寄存器。

di（destination index register）目的变址寄存器。

bp、sp称为指针寄存器，用来指示相对于段起始地址的偏移量。bp和sp一般用于堆栈段。si、di称为变址寄存器，可用作间接寻址、变址寻址和基址变址寻址的寄存器。

si一般用于数据段，di一般用于数据段或附加段。

标志寄存器（fr）：是一个16位寄存器，算术逻辑单元进行算术逻辑运算后，在标志寄存器中建立相应的标志。

段地址寄存器（cs、ds、ss、es）。用于存放段地址，根据其主要用途，分为**段寄存器cs、数据段寄存器ds、堆栈段寄存器ss、附加段寄存器es。

**段寄存器cs：**段是存放程序**的存储区域，**段寄存器用来存放**段存储区域的起始地址。

数据段寄存器ds：数据段是存放程序中所使用的数据的存储区域，数据段寄存器用来存放程序的数据存储区的起始地址。

堆栈段寄存器ss：堆栈段寄存器用来存放堆栈存储区的起始地址。由堆栈段寄存器ss与堆栈指针寄存器sp来确定当前堆栈指令的操作地址。

附加段寄存器es：附加段是为某些字符串操作指令存放目的操作数而设置的一个附加的数据段，附加段寄存器用来存放该附加数据段存储区域的起始地址。

指令指针寄存器（ip）。又称程序计数器，是16位寄存器。ip中存放当前将要执行的指令的有效地址，每取出一条指令ip自动增量，即指向了下一条指令。

指令队列缓冲器：是一个与cpu速度相匹配的高速缓冲寄存器。在eu执行指令的同时，biu可以从内存中取出下一条或下几条指令放到指令缓冲器中，eu执行完一条指令后，可以立即从指令缓冲器中执行下一条指令。

4. 状态标志与控制标志有何不同，程序中是怎样利用这两类标志的？标志寄存器有哪些标志位，各在什么情况下置位？

解】状态标志根据算术逻辑运算结果由硬件自动设定，它们反映运算结果的某些特征或状态，可作为后继操作（如条件转移）的判断依据。控制标志由用户通过指令来设定，它们可控制机器或程序的某些运行过程。

标志寄存器的内容如下：

cf（carry flag）进位标志，反映在运算结果的最高位有无进位或借位。如果运算结果的最高位产生了进位（加法）或借位（减法）则cf=1，否则cf=0。

pf（parity flag）奇偶标志，反映运算结果中“1”的个数的奇偶性，主要用于判断数据传送过程中是否出错。若结果的低8位中有偶数个“1”则pf=1，否则pf=0。

af（auxiliary carry flag）辅助进位标志，又称半进位标志。加减运算时，若d3向d4产生了进位或借位则af=1，否则af=0。在bcd码运算时，该标志用于十进制调整。

zf（zero flag）零标志，反映运算结果是否为0。若结果为零则zf=1，否则zf=0。

sf（sign flag）符号标志，反映运算结果最高位即符号位的状态。如果运算结果的最高位为１则sf=1（对带符号数即为负数），否则sf=0（对带符号数即为正数）。

of（overflow flag）溢出标志，反映运算结果是否超出了带符号数的表数范围。若超出了机器的表数的范围，即为产生溢出，则of=1，否则of=0。

df（direction flag）方向标志，用于串处理指令中控制串处理的方向。当df=1时，每次操作后变址寄存器si、di自动减量，因此处理方向是由高地址向低地址方向进行。当df=0，则si、di自动增量，处理方向由低地址向高地址方向进行。

该标志由方向控制指令std或cld设置或清除。

if（interrupt flag）中断允许标志，用于控制cpu是否允许响应可屏蔽中断请求。if=1为允许响应可屏蔽中断请求，if=0则禁止响应可屏蔽中断请求。该标志可由中断控制指令sti或cli设置或清除。

tf（trap flag）陷阱标志，用于单步操作。tf=1时，每执行一条用户程序指令后自动产生陷阱，进入系统的单步中断处理程序。tf=0时，用户程序会连续不断地执行，不会产生单步中断。

5. 求出下列运算后各个标志的状态，并说明进位标志和溢出标志的区别。

(1) 1278h + 3469h (2) 54e3h - 27a0h

(3) 3881h + 3597h (4) 01e3h - 01e3h

解】cf进位标志，反映在运算结果的最高位有无进位或借位。of溢出标志，反映运算结果是否超出了带符号数的表数范围。机器实际处理时判断是否溢出的方法是根据最高位的进位（cf）与次高位的进位是否相同来确定，若两者不相同则of=1（表示有溢出），否则of=0（表示无溢出）。

运算后各个标志的状态：

6. 8086 cpu 中存储器的逻辑地址和物理地址之间有什么关系，各有多少值？

解】物理地址为某一个存储单元的实际地址，对于8086它是一个20位的地址。物理地址从00000h～fffffh变化，对应1mb的空间。

逻辑地址，又称偏移地址或有效地址，即对段首的偏移量。偏移地址从0000h～ffffh变化，对应64kb的空间。

物理地址的获得方法是：将段寄存器的内容左移4位（即×16），与逻辑地址相加，得到20位物理地址。根据寻址方式的不同，偏移地址可以来自程序计数器（ip）或其它寄存器。

7. 8086cpu使用的存储器为什么要分段，怎样分段？为什么要设置段寄存器，有几个段寄存器？各段寄存器有什么意义？

解】8086 cpu内部数据结构是16位的，即所有的寄存器都是16位的，而外部寻址空间为1mb，即需要20位地址线。为了能用内部寄存器中的16位地址来寻址1mb空间，8086将1mb空间以16字节为一个内存节，共分成64k个节。节的起始地址分别为00000h、00010h、00020h、…、ffff0h，称为段基址。

节的起始地址的后4位二进制数为全0，称为节的段地址。

用于存放段地址的寄存器称为段寄存器，根据其主要用途，分为**段寄存器cs、数据段寄存器ds、堆栈段寄存器ss、附加段寄存器es。

堆栈段寄存器ss：用来存放堆栈存储区的起始地址。由堆栈段寄存器ss与堆栈指针寄存器sp来确定当前堆栈指令的操作地址。

8. 简述a0与在8086系统中的应用。

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