汇编语言结构与8086概述

1.1 汇编语言基本结构模板

汇编语言的基本框架由这四部分组成，如果某个段没有代码，可以将与该段有关的代码删除。

1.2 8086 CPU简介

Intel8086是一个由Intel于1978年所设计的16位微处理器芯片，是x86架构的鼻祖。不久之后，Intel 就推出了 Intel 8088 (一个拥有8根外部数据总线的微处理器)。它是以8080和8085的设计为基础，拥有类似的寄存器组，但是数据总线扩充为16位。总线界面单元透过6字节预存的队列位指令给执行单元，所以取指令和执行是同步的，8086 CPU有20条地址线，可直接寻址1MB的存储空间，每一个存储单元可以存放一个字节的二进制信息。

1.2.1 8086引脚详解

（1） 地址/数据复用AD0~AD15 ：双向三态门结构，采用分时的方法传送地址或数据的复用引脚。根据不同时钟周期的要求，决定当前是传送要访问的存储单元或I/O端口的低16位地址，还是传送16位数据，或是处于高阻状态；

（2） 地址状态S3~S6 ：地址/状态信号，三态门，采用分时的方法传送地址或状态的复用引脚。其中A19～A16为20位地址总线的高4位地址，S6～S3是状态信号。S6表示CPU与总线连接的情况，S5指示当前中断允许标志IF的状态。S4,S3的代码组合用来指明当前正在使用的段寄存器。S4与S3的代码组合及对应段寄存器的情况；

（3） 允许总线高8位数据传送/状态信号BHE/S7 ：输出三态，为总线高8位数据允许信号，当低电平有效时，表明在高8位数据总线D15 ～D8上传送1个字节的数据。S7为设备的状态信号；

（4） 时钟脉冲输入端口CLK ：用于输入工作脉冲，8086的脉冲为5MHz的方波信号；

（5） 准备就绪信号READY ：高电平有效；

（6） 最大最小工作模式选择端MN/MX ：高电平为最小工作模式，低电平为最大工作模式；

（7） 读信号RD ：低电平有效；

（8） 等待测试控制信号TEST ：输入，低电平有效。信号用来支持构成多处理器系统，实现8086 CPU与协处理器之间同步协调的功能，只有当CPU执行WAIT指令时才使用；

（9） 可屏蔽中断请求信号INTR ：高电平有效，8086 CPU在每条指令执行到最后一个时钟周期时，都要检测INTR引脚信号。INTR为高电平时，表明有I/O设备向CPU申请中断，若IF=1，CPU则会响应中断，停止当前的操作，为申请中断的I/O设备服务；

（10） 非屏蔽中断请求信号NMI ：高电平有效，当NMI引脚上有一个上升沿有效的触发信号时，表明CPU内部或I/O设备提出了非屏蔽的中断请求，CPU会在结束当前所执行的指令后，立即响应中断请求；

（11） 复位信号RESET ：高电平有效。RESET信号有效时，CPU立即结束现行操作，处于复位状态，初始化所有的内部寄存器。复位后各内部寄存器的状态，当RESET信号由高电平变为低电平时，CPU从FFFF0H地址开始重新启动执行程序

最小工作模式下使用的引脚

（1） 存储器和I/O端口选择控制信号M/IO ：信号指明当前CPU是选择访问存储器还是访问I/O端口。为高电平时，访问存储器，表示当前要进行CPU与存储器之间的数据传送。为低电平时，访问I/O端口，表示当前要进行CPU与I/O端口之间的数据传送；

（2） 写信号WR ：低电平有效。信号有效时，表明CPU正在执行写总线周期，同时由信号决定是对存储器还是对I/O端口执行写操作；

（3） 可屏蔽中断响应信号INTA ：低电平有效；

（4） 地址锁存允许信号ALE ：高电平有效。CPU利用ALE信号可以把AD15～AD0地址/数据、A19/S6～A16/S3地址/状态线上的地址信息锁存在地址锁存器中；

（5） 数据发送接收信号DT/R ：三态门结构，用来控制数据传送的方向。高电平时，CPU发送数据到存储器或I/O端口；低电平时，CPU接收来自存储器或I/O端口的数据；

（6） 数据允许控制信号DEN ：三态，低电平有效信号，用作总线收发器的选通控制信号。当为低电平时，表明CPU进行数据的读/写操作；

（7） 总线保持请求信号HOLD ：高电平有效。在DMA数据传送方式中，由总线控制器8237A发出一个高电平有效的总线请求信号，通过HOLD引脚输入到CPU，请求CPU让出总线控制权。

（8） 总线保持响应信号HLDA ：高电平有效。HLDA是与HOLD配合使用的联络信号。在HLDA有效期间，HLDA引脚输出一个高电平有效的响应信号，同时总线将处于浮空状态，CPU让出对总线的控制权，将其交付给申请使用总线的8237A控制器使用，总线使用完后，会使HOLD信号变为低电平，CPU又重新获得对总线的控制权。

最大工作模式下使用的引脚

（1） 总线周期状态信号S2，S1，S0 ：低电平有效。它们表明当前总线周期所进行的操作类型，代码组合及其对应操作见下表

（2） 总线请求允许信号输入/总线请求允许输出信号RQ和GT ：低电平有效。该信号用以取代最小模式时的HOLD/HLDA两个信号的功能，是特意为多处理器系统而设计的。当系统中某一部件要求获得总线控制权时，就通过此信号线向8086 CPU发出总线请求信号，若CPU响应总线请求，就通过同一引脚发回响应信号，允许总线请求，表明8086 CPU已放弃对总线的控制权，将总线控制权交给提出总线请求的部件使用。RQ/GT0优先级高于RQ/GT1；

（3） 总线封锁信号LOCK ：低电平有效。信号有效时，表示此时8086 CPU不允许其他总线部件占用总线；

（4） 指令队列状态信号QS1和QS0 ：QS1和QS0信号的组合可以指示总线接口部件BIU中指令队列的状态，以便其他处理器监视、跟踪指令队列的状态。

1.2.2 8086内部结构框图

总线接口单元BIU构成

（1） 地址加法器 ：用于形成20位的物理地址，将段寄存器提供的段基址左移4位，再加上16位的偏移地址生成，送往外部总线，用于寻址内存单元，其工作原理如图所示。

（2） 4个16位的代码段寄存器 ，分别为代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，堆栈段寄存器SS，扩展段寄存器ES，其中：

代码段寄存器CS：用于存放当前程序所在段—代码段的首地址；

数据段寄存器DS：用于存放当前程序所用数据段的段首地址；

堆栈段寄存器SS：用于存放当前程序所用堆栈段的段首地址；

扩展段寄存器ES：用于存放辅助数据（字符串操作的目的区地址）所在段的段首地址。

（3） 指令指针寄存器IP ：用于存放下一条指令的偏移地址；

（4） 一个6字节的指令队列缓冲器 ：当执行单元EU正在执行指令且不需要占用总线时，BIU会主动的执行预取指令操作，将所取的指令按先后次序存入指令队列缓冲器中，队列遵循“先入先出”原则，并按顺序取到EU中执行；

（5） 总线控制部件 ：用于产生并发出控制信号。

执行单元EU组成

（1） 算术逻辑单元ALU ：用于进行算术运算与逻辑运算；

（2） 4个16位通用寄存器AX，BX，CX，DX ：用于保存操作数或者运算结果；

（3） 4个16位专用寄存器 ：只能以字的形式操作，常用于段内寻址时提供偏移地址，分别为：堆栈指针寄存器SP，基址指针寄存器BP，源变址寄存器SI和目的变址寄存器DI；

（4） 一个16位的标志寄存器FR ：又称为程序状态寄存器PSW，用于存放控制标志和反应CPU运行的状态特征，标志寄存器内容如下图所示：

OF：溢出标志位

0：没有溢出

   1：数据溢出

DF：方向标志位

0：向前

   1：向后

IF：中断标志位

0：禁止中断

   1：允许中断

TF：陷阱标志位

SF：符号标志位

0：正数

   1：负数

ZF：零标志位

0：不是0

   1：全0

AF：辅助进位标志位

0：关闭辅助

   1：开启辅助

PF：奇偶标志位

0：偶数

   1：奇数

CF：进位标志位

1.2.3 8086的工作时序图

在8086CPU中，一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成，即T1，T2，T3，T4一共4个状态，当CPU需要等待时，可以插入1个或多个等待状态Tw。

最小工作模式下的读时序

最小工作模式下的写时序

总线写操作时序与读操作时序基本相似，但是存在几个不同点：

（1）CPU不是输出RD信号，而是输出WR信号；

（2）DT/R整个总线周期都是高电平，表示总线周期为写周期，在接有数据总线收发器的系统中，用来控制数据传输方向；

（3）AD15~AD0在T2到T4状态输出数据，输出地址与输出数据为同一方向，无需像读周期那样要高阻态做缓冲，所以T2状态无高阻态。

最大工作模式下的读时序

最大工作模式下的写时序

最大工作模式与最小工作模式时序的区别：

（1） 控制信号ALE、DEN和DT/R ：最大模式中，ALE、DEN和DT/R由总线控制器8288发出，DEN高电平有效，最小模式中，ALE、DEN和DT/R由8086 CPU直接发出，DEN是低电平有效；

（2） 命令信号MRDC、MWTC、AMWC、IORC、IOWC和状态信号S2，S1，S0 ：由于在最大方式下必须使用总线控制器8288，因此在其时序图中必然出现访问存储器和IO接口的命令信号。

复位时序

条件：检测到RESET引脚为上升沿。

复位逻辑电路：用CLK来与外部RESET同步，内部RESET信号要在时钟的上升沿到来时才有效

1.5 8086最小系统搭建

图中的8086 CPU只需要注意以下几个事情即可：

（1）8086是高电平复位，所以正常运行时需要将21脚接低电平，图中的复位电路当按键没有按下的时候，用一个10K的下拉电阻将该引脚强制拉低，当按键按下的时候，21脚会变为高电平，此时8086进入复位模式，抬起按键后，8086停止复位，进入工作模式；

（2）33脚是最大最小工作模式选择引脚，当该引脚接VCC时，8086工作在最小工作模式，当该引脚接GND时，8086则工作在最大工作模式，一般默认其工作在最小工作模式；

（3）图中利用74HC373作为地址锁存，由于8086 CPU首先发送地址信息，然后发送数据，所以，当8086在T1和T2时刻发送地址时，利用ALE的下降沿脉冲锁存地址，确保其余的器件能够检测到地址信息。（注：由于8086具有20根地址线，最大寻址空间为1M，在仿真图中只是用了其中的低16位）；

（4）将8086的RD，WR，ALE和M/IO端口引出作为控制线；

（5）由于8086在仿真中已经设计了一个5MHz的时钟源，所以不需要绘制时钟信号输入，在实际设计中，需要外接5MHz的时钟源。

（6）INTA是8086的一个外部中断引脚，可以单独使用，或者配合中断芯片来扩展中断的个数，最大可支持256个中断。

1.6 Protuse 8.6环境搭建

1.6.1 仿真8086 CPU配置

（1）放置8086 CPU，74HC373等需要的器件，然后连接对应的引脚；

（2）设置8086CPU的参数，双击8086会弹出参数对话框，此时需要设置三个参数：Internal Memory Size为1000H，Program Loading Segment为200H，Stop On Int3为Yes，如下图所示：

1.6.2 程序编写配置

（1）点击如图所示的按钮创建一个源文件SourceCode；

（2）点击菜单栏中Project->CreateProject，然后在弹出对话框进行设置：

① Family中选择8086

② Compiler中选择MASM32（如果显示MASM32未安装，直接点击DownLoad下载安装即可）。

③ 然后点击确定，即可创建一个8086的工程，输入如下图所示的代码后点击运行即可编译成功并运行程序。

注：汇编的源文件后缀是.asm格式