Intel 8086微處理器 是由美國Intel 公司1987年推出的一種高性能的16位微處理器，是第三代微處理器的代表。它有20條地址線，直接尋址能力達1MB，具有16條數據總線，内部總線和ALU均為16位，可進行8位和16位操作 。

Intel 8086微處理器具有豐富的指令系統，采用多級中斷技術、多種尋址方式、多種數據處理形式、段式存儲器結構、硬件乘除法運算電路，增加了預先存取指令的隊 列寄存器等，一問世就顯示出了強大的生命力，以它為核心組成的微機系統性能已經達到中、高檔小 型計算機的水平。8086的一個突出特點是多重處理能力，用8086CPU與8087協處理器以及8089I/O處理器組成的多處理器系統，可大大提高其數據處理和輸入輸出能力。另外，與8086配套的各種外圍接口芯片非常豐富，從而方便用戶開發各種系統。

8086CPU内部結構圖

• 概述

8086CPU采用不同于第二代微處理器的一種全新結構形式，内部由兩大獨立的功能部件組成，分别為總線接口部件BIU（Bus Interface Unit）和執行部件EU（ExecuteUnit）。在執行指令的過程中，兩個部件形成了兩級流水線：執行部件執行指令的同時，總線接口部件完成從主存中預先取後繼指令的工作，使指令的讀取與執行可以部分重疊，從而提高了總線的利用率。

• 執行部件EU

執行部件EU由一個16位的算術邏輯單元ALU、8個16位通用寄存器、一個16位标志寄存器FLAGS、一個數據暫存寄存器和執行單元的控制電路組成。EU負責進行所有指令的解釋和執行，同時管理上述有關的寄存器。

執行部件EU内部結構

（1）EU的組成 ①算術邏輯運算單元 它是一個16位的運算器，可用于8位、16位二進制算術和邏輯單元，也可按指令的尋址方式計算尋址存儲器所需的16位偏移量。 ②通用寄存器 它包括4個16位的數據寄存器AX、BX、CX、DX和4個16位指針與變址寄存器 SP、BP與SI、DI。 ③标志寄存器 它是一個16位的寄存器，用來反映CPU運算的狀态特征和存放某些控制标志。 ④數據暫存寄存器 它協助ALU完成運算，暫存參加運算的數據。 ⑤EU控制電路 它負責從BIU的指令隊列緩沖器中取指令，并對指令譯碼，根據指令要求 向EU内部各部件發出控制命令，以完成各條指令規定的功能。 （2）EU的主要功能 ①從指令隊列中取出指令代碼，由EU控制器進行譯碼後控制各部件完成指令規定的操作。 ②對操作數進行算術和邏輯運算，并将運算結果的特征狀态存放在标志寄存器中。 ③當需要與主存儲器或I/O端口傳送數據時，EU向BIU發出命令，并提供要訪問的内存地址或I/O端口地址以及傳送的數據。 執行單元中的各部件通過16位的ALU總線連接在一起，在内部實現快速數據傳輸。值得注意的是，這個内部總線與CPU外接的總線之間是隔離的，即這兩個總線可以同時工作而互不幹擾。EU對指令的執行是從取指令操作碼開始的，它從總線接口單元的指令隊列緩沖器中每次取出一個字節。如果指令隊列緩沖器中是空的 ，那麼EU就要等待BIU通過外部總線從存儲器中取得指令并送到EU，通過譯碼電路分析，發出相應控制命令，控制ALU數據總線中數據的流向。

如果是運算操作，則操作數據經過暫存寄存器送入ALU，運算結果經過ALU數據總線送到相應寄存器，同時标志寄存器FLAGS根據運算結果改變狀态。在指令執行過程中常會發生從存儲器中讀或寫數據的事件，這時就由EU單元提供尋址用的16位有效地址，在BIU 單元中經運算形成一個20位的物理地址，送到外部總線進行尋址。

• 總線接口部件BUI

總線接口部件BIU是8086CPU在存儲器和I/O設備之間的接口部件，負責對全部引腳的操作，即8086對存儲器和I/O設備的所有操作都是由BIU完成的。所有對外部總線的操作都必須有正确的地址和适當的控制信号，BIU中的各部件主要是圍繞這個目标設計的。它提供了16位雙向數據總線、20位地址總線和若幹條控制總線。

其具體任務是：負責從内存單元中預先取出指令，并将它們送到指令隊列緩沖器暫存。CPU執行指令時，總線接口單元要配合執行單元，從指定的内存單元或I/O端口中取出數據傳送給執行單元，或者把執行單元的處理結果傳送到指定的内存單元或I/O端口中。

總線接口部件BUI内部結構

（1）BIU的組成

總線接口單元BIU由一個20位地址加法器、4個16位段寄存器、一個16位指令指針IP、指令隊列緩沖器和總線控制邏輯電路等組成。8086的指令隊列由6個字節構成。 ①地址加法器和段寄存器

地址加法器将16位的段寄存器内容左移4位，與16位偏移地址相加，形成 20位的物理地址。 ②16位指令指針IP

指令指針IP用來存放下一條要執行的指令在代碼段中的偏移地址。 ③指令隊列緩沖器

當EU正在執行指令，且不需占用總線時，BIU會自動地進行預先取指令操作，将所取得的指令按先後次序存入一個6字節的指令隊列寄存器，該隊列寄存器按“先進先出 ”的方式工作，并按順序取到EU中執行。其操作遵循下列原則： ☆每當指令隊列緩沖器中存滿一條指令後，EU就立即開始執行。 ☆每當BIU發現隊列中空了兩個字節時，就會自動地尋找空閑的總線周期進行預先取指令操作，直到填滿為止。 ☆每當EU執行一條轉移、調用或返回指令後，則要清除指令隊列緩沖器，并要求BIU從新的地址開始取指令，新取的第一條指令将要直接經指令隊列緩沖器送到EU去執行，并在新地址基礎上再作預先取指令操作，實現程序段的轉移。 BIU和EU是各自獨立工作的，在EU執行指令的同時，BIU可預先取下一條或 下幾條指令。因此，一般情況下，CPU執行完一條指令後，就可立即執行存放在指令隊列中的下一條指令，而不需要像以往的8位CPU那樣，采取先取指令，後執行指令的串行操作方式。 ④總線控制邏輯電路

總線控制邏輯電路将8086CPU的内部總線和外部總線相連，是8086CPU與内存單元或I/O端口進行數據交換的必經之路。它包括16條數據總線、20條地址總線和若幹條控制總線，CPU通過這些總線與外部取得聯系，從而構成各種規模的8086微型計算機系統。 （2）BIU的主要功能

BIU完成CPU與主存儲器或I/O端口之間的信息傳送，其主要功能如下：

① 預先取指令隊列，存放在指令隊列中。每當8086CPU的指令隊列中有兩個空字節，并且EU沒有要求BIU 進入存取操作數的總線周期時，BIU就自動從主存中順序取出指令字節放入指令隊列中。當執行轉移指令時，BIU清空指令隊列，從轉移後的當前地址取出指令送EU執行，然後從主存中取出後繼指令字節送指令隊列排隊，從而實現EU和BIU的并行操作。

②将訪問主存的邏輯地址轉換成實際的物理地址。

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