第三章
8086/8088 CPU寄存器结构与工作原理

8086微处理器是美国Intel公司在1978年推出的一种16位微处理器。它采用硅栅HMOS工艺制造，在1．45 cm ² 的单个硅片上集成了29 000个晶体管。以它为核心组成的微机系统，其性能已达到当时中、高档小型计算机的水平。8086具有丰富的指令系统，采用多级中断技术、多种寻址方式、多种数据处理形式、分段式存储器结构，硬件乘除法运算电路，并增加了预取指令队列寄存器等，使其性能大为增强。8086微处理器的一个突出的特点是多重处理能力，用8086 CPU与8087协处理器，以及8089 I/O处理器可组成多处理器系统，提高了数据处理能力和输入输出能力。

实验2 调试程序和逻辑分析仪的使用

一、实验目的

1．理解8086/8088的工作原理

2．掌握8086/8088微处理器的寄存器结构

3．掌握程序调试（Debug）的方法

4．熟悉和掌握逻辑分析仪的使用方法

二、实验内容

1．打开实例实验项目工程，学习开发环境使用。

2．运行并调试实例程序，观察各寄存器和内存空间的数据变化，学习调试工具使用。

3．使用逻辑分析仪功能，采集总线数据，分析示例简单程序指令的执行过程。

三、实验步骤

第一步打开Wave6000 IDE（集成开发环境），并打开实例项目EX1．prj，如图3－1所示。

图3－1 开发环境主界面

第二步硬件仿真器设置。

点击“仿真器”菜单，打开“仿真器设置”选项界面，设置硬件仿真调试，选择合适的仿真器和通信串口，设置如图3－2，图3－3所示。

图3－2 仿真器设置a

图3－3 仿真器设置b

设置成功后，结果界面如图3－4所示。

图3－4 仿真器设置结果

第三步单步调试。

打开EX1．asm汇编语言文件，点击“项目”菜单中的“编译”或“全部编译”选项，并下载程序。单击工具栏中的“跟踪”或“单步”按钮，单步执行程序，如图3－5 所示，观察SFR（寄存器）和相应内存地址中数据的变化。当程序运行至图3－5所示所指的位置时，相应的内存地址单元（0x0400）内容改为0。

图3－5 单步调试界面

第四步使用逻辑分析仪。

点击“仿真器设置”菜单中“跟踪器/逻辑分析仪”选项，选中“逻辑分析仪”选项，如图3－6所示。

图3－6 逻辑分析仪设置

在程序代码“jmp ＄”处设置断点，点击工具栏复位按钮，系统处于复位状态。

使用连接导线连接实验箱中“逻辑分析仪L0”和“8088 CLK”两个引脚，以使逻辑分析仪采集CPU的时钟引脚。

图3－7 CPUCLK信号采集图示

单击全速运行，则程序在运行过后在断点处停止。点击“逻辑分析仪”按钮，弹出逻辑分析仪采集窗口。

手动调出汇编窗口（Disassembly）。

图3－8 汇编窗口

图3－9 逻辑分析仪窗口a

图3－10 逻辑分析仪窗口b

第五步逻辑分析仪采集数据分析。

由汇编窗口（图3－8所示）可知，本实验程序的主要核心代码经编译后，以机器语言（8086/8088所能够识别的二进制代码）形式存放于内存地址的0X0500～0X0514单元中，且机器指令长度不一。IP（程序指针寄存器）指明了当前所取指令的内存单元地址。

逻辑分析仪窗口（图3－9、图3－10所示）中各个总线意义：

D：8088处理器“时钟/数据”复用总线

AH：8088处理器高八位地址总线

AL：经过了8286锁存器锁存的8088低八位地址总线

LA0：手动连接的8088CPU的时钟信号

RD：8088读有效

WR：8088写有效

由此可看出：

（1）一个总线周期，指的是8088从外部存储器（即内存）中取得一个字节数据的时间。如图3－9中游标M0、M1标明内容所示，一个总线包含了4个时钟周期，其中，地址、数据、ALE、RD、WR信号分别在特定时段有效，配合完成一个总线周期。

（2）8088遵循了冯·诺依曼的“存储—读取—执行”的程序运行过程。如图3－9所示，从0X0500地址起取得指令码“0XB84000”，共三个字节。

（3）一个指令周期包含了指令的读周期和指令的执行周期。由图3－8可知，mov［bx］byte ptr 0的机器码为“C60700”，存储地址为0X0508开始的三个内存单元，该指令的意义为“向内存单元写入一个字节，写入数据为0，写入地址为：以DS为段基地址，以BX为段内偏移地址”。由图3－10可以看出，8088CPU首先使用了三个总线周期读取了该指令的机器码，但并没有立即执行。在光标M1处，出现了向地址0X0400写入数据0的写总线时序操作。由此可以知道，8088在内部使用了指令流水线，读取的指令首先存入指令流水线，等待前序指令执行完成后，开始执行本指令。

Ex1．asm源程序清单：

四、思考题

1．调试的概念和作用是什么。

2．结合实验，分析ALE信号发生的时刻和作用。

3．结合任意实际程序，分析8088CPU在最小模式工作时的总线周期、指令周期，并结合逻辑分析仪图示，分析读指令、写指令、乘法指令等的执行过程。