3.3 8086微型计算机系统

3.3.1 8086微型计算机系统的硬件组成

1.系统硬件组成的特点

8086微型计算机系统的硬件组成除了包括8086微处理器外，还需要其他的部件。8086不同的工作模式对系统的硬件组成有不同的要求，但有以下共同之处。

（1）时钟发生器8284

8086内部没有时钟发生器。8284是Intel公司专为8086/8088系统设计配套的单片时钟发生器。它能产生系统时钟，对READY信号和RESET信号进行同步。不管外部就绪信号和复位信号何时到来，8284都能将其同步在时钟后沿时输出READY信号和RESET信号给CPU。

（2）地址锁存器8282

8086的A19/S6～A16/S3和AD15～AD0是复用信号，需要地址锁存器将地址信息保存起来，为外接存储器或外设提供地址信息。为了锁存地址信号，通常采用3片8282作为地址锁存器。系统中，8282的端接地，保持内部三态门常通，仅作锁存器用。

（3）数据收发器8286

当系统所连的存储器和外设较多时，需要增加数据总线的驱动能力。选用2片8286作为16位数据收发器。系统中，8286的端接8086的端，用作数据允许信号；8286的T端接8086的端，用作数据发送/接收选择信号。

2.最小模式系统的硬件组成

把引脚连至电源，则8086工作于最小模式。最小模式也称为单处理器模式。图3-5所示为8086在最小模式下的典型配置。

3.最大模式系统的硬件组成

把引脚接地，则8086工作于最大模式。最大模式就是多处理器系统模式。如图3-6所示为8086在最大模式下的典型配置。

最大模式与最小模式的主要区别就是在最大模式下，需要增加一片8288来对8086CPU发出的控制信号进行变换和组合，以得到对存储器或I/O端口的读/写信号和对锁存器、总线收发器的控制信号。8288是总线控制器，能够提高控制总线的驱动能力。在最大模式下，8288接收8086执行指令期间提供的状态信号、和，在时钟CLK信号的控制下，对、和译码后产生各总线控制、命令控制需要的时序信号。

3.3.2 8086微型计算机系统的存储器组织

1.存储器空间

在8086微型计算机系统中，存储器按字节为单位进行组织和分配地址。即每个字节为一个内存单元，它具有唯一的地址码。由于8086有20根地址线，因此，具有220=1MB的存储空间。这1MB的内存单元按照00000H～FFFFFH来编址，这个唯一的地址码称为物理地址。物理地址就是实际地址，它是20位二进制地址值，是唯一标识1MB存储空间内的某一个字节单元的地址。

8086的1MB存储器实际上被分成两个512KB的存储体，分别叫做奇体和偶体。奇体单元的地址是奇数，偶体单元的地址是偶数。奇体的数据线与系统数据总线的高8位AD15～AD8相连，偶体的数据线与系统数据总线的低8位AD7～AD8相连。地址线A19～A16可以同时寻址奇体和偶体，和A0作为奇体和偶体的选择信号。如表3-5所示，时选中奇体；A0=0时选中偶体。

8086存储器的物理组织虽然分成了奇体和偶体，但是在逻辑结构上，存储单元还是按地址顺序排列的。存储单元中存放的信息，称为该存储单元的内容，有字节、字和双字。8086规定，以低8位（低字节）所在单元的地址作为字或双字数据的地址，存放的顺序是：高字节数据放在高地址单元中，将低字节数据放在低地址单元中。

例如，如图3-7所示，20110H单元～20113H单元存放的内容依次是12H、34H、56H、78H，那么，（20110H）=12H表示字节单元20110H的内容是12H；（20110H）=3412H表示字单元20110H的内容是3412H；（20110H）=78563412H表示双字单元20110H的内容是78563412H。

2.存储器的分段管理

由于8086CPU提供20位地址，但8086中可用来存放地址的寄存器，如IP、SP、BX、SI等都是16位的，只能直接寻址64KB。为了寻址1MB存储空间，8086CPU采用了典型的存储器分段技术，即将整个存储器空间分为许多逻辑段，每个逻辑段的容量小于或等于64KB，如图3-8所示。段内地址是连续的，而逻辑段可以在整个存储空间浮动。各个逻辑段之间可以紧密相连，如图3-8中的段0和段1；也可以独立，如图3-8中的段3；也可以部分重叠，如图3-8中的段1和段2；也可以是完全重叠的，如图3-8中的段1和段4。

分段后，对存储器的寻址操作不再直接用20位的物理地址，而是采用段地址加段内偏移地址的二级寻址方式。对于任何一个物理地址，可以唯一地被包含在一个逻辑段中，也可以包含在多个相互重叠的逻辑段中。

（1）段地址

在8086存储空间中，把16字节的存储空间称作一节（Paragraph）。8086规定各逻辑段从节的整数边界开始，即段首地址二进制值的低4位是0000。把段首地址的高16位称为段基址或段地址。段地址是16位无符号二进制数，可存放在段寄存器DS、CS、SS或ES中，分别对应数据段、代码段、堆栈段或附加段。

（2）偏移地址

把某一存储单元相对于段地址的段内偏移量称为偏移地址（也称有效地址EA）。偏移地址是16位无符号二进制数，可存放在IP、SP、BX、SI、DI、BP中或直接出现在指令中。

（3）逻辑地址

采用分段结构的存储器中，把通过段地址和偏移地址来表示的存储单元的地址称为逻辑地址，记为：

段地址：偏移地址

例如，某一单元的逻辑地址可表示为2100H∶0300H。逻辑地址是物理地址的一种表示方式，它不是唯一的。例如，与物理地址20110H对应的逻辑地址可以是2000H但是可以对应多个逻辑地址0110H，也可以是2011H∶0000H。这说明了一个存储单元仅有一个唯一的物理地址，但是可以对应多个逻辑地址。

（4）物理地址

物理地址（PA）是20位无符号二进制数，是CPU访问存储器的实际地址。每个存储单元对应一个物理地址。8086存储空间的物理地址范围是：00000H～FFFFFH。

8086汇编程序中采用逻辑地址来表示存储单元的地址。任何一个存储单元的20位物理地址可以按下式由逻辑地址变换得来，如图3-9所示。

物理地址=段地址×10H+偏移地址

例如，已知某存储单元的逻辑地址是：2000H∶1300H，那么它所在单元的物理地址PA=2000H×10H+1300H=20000H+1300H=21300H。

3.3.3 8086微型计算机系统的I/O组织

8086CPU和外部设备之间是通过I/O接口进行联系的，从而达到相互间传输信息的目的。每个I/O芯片上都有一个端口或几个端口，一个端口往往对应于芯片上的一个寄存器或一组寄存器。微机系统要为每个端口分配一个地址，这个地址称为端口号。各个端口号和存储器单元地址一样，具有唯一性。

I/O端口有两种编址方式。

（1）统一编址

这种编址方式将I/O端口和存储单元统一编址，即把I/O端口也看作存储单元。这种编址方式的优点是：可以利用存储器的寻址方式来寻址I/O端口。缺点是：I/O端口占用了存储空间，而且进行I/O操作时，因地址编码较长，将导致速度较慢。

（2）独立编址

这种编址方式将I/O端口和存储单元分开编址，即I/O端口空间与存储空间相互独立。这种编址方式的优点是：不占用内存空间；使用I/O指令，程序清晰，很容易看出是I/O操作还是存储器操作；译码电路比较简单（因为I/O端口的地址空间一般较小，所用地址线也就较少）。缺点是：只能用专门的I/O指令，访问端口的方法不如访问存储器的方法多。

8086采用独立编址方式，利用AD15～AD0这16条地址线作端口地址，可访问最多达65536个8位I/O端口或32768个16位I/O端口。8086访问I/O端口时，A19～A16为0000。一个8位端口相当于一个存储器字节。任何两个相邻的8位端口可以组合成一个16位端口，类似于存储器中的字。

8086中，有专门的指令来访问I/O接口，如输入指令IN、输出指令OUT。这两条指令可以完成CPU和I/O接口之间的数据传输。指令IN和OUT的详细用法参见4.3.1节。