Архитектура и програмирање микропроцесора Intel 8086

1. Архитектура и програмирање микропроцесора Intel 8086 Историјат развоја Модел процесора 8086 Програмски модел Организација меморије Адресни начини рада

2. Историјат развоја • 1971. први микропроцесор уопште: четворобитни Intel 4004. • Нешто касније и осмобитни процесор 8008, а затим и осмобитни следбеници 8080 (1973) и 8085 (1977). • Први 16-битни микропроцесор уопште је Intel 8086 (1978). • Током наредних 20-так година следила је серија све моћнијих микропроцесора, како Intel-ових тако и других произвођача.

3. Историјат развоја • Intel је код свих процесора задржао компатибилност! • Из тих разлога, проучавање процесора 8086 је важно као родоначелника касније серије 80x86. • Скуп инструкција овог процесора може се посматрати као подскуп скупа инструкција наредних генерација.

4. Извршна јединица (EU) Једница за спрегу са магистралом (BIU) Интерна магистрала података Модел процесора 8086 Сл. 1. Блок шема микропроцесора 8086.

5. Модел процесора 8086 • Микропроцесор 8086 организован је у две јединице (сл. 1): • Извршна јединица (EU – Execution Unit). • Једница за спрегу са магистралом (BIU – Bus Interface Unit).

6. AH AL BH BL CH CL DH DL BP маркери DI SI SP Интерна магистрала података ALU Модел процесора 8086 Сл. 2. Извршна јединица.

7. Адресна магистрала Магистрала података Јединица за генерисање адреса и управљање магистралом сабирач 6 5 ред чекања инструкција CS сегментни регистри 4 ES 3 SS 2 DS 1 IP Интерна магистрала података Модел процесора 8086 Сл. 3. Једниница за спрегу са магистралом.

8. Модел процесора 8086 • BIU преко адресне магистрале и магистрале података обезбеђује спрегу процесора са меморијским и У/И подсистемом а преко интерне маги-страле са функционалним јединицама процесора. • EU прихвата кодове инструкција од BIU, извршава инструкције и смешта резултате у интерне регистре. Преко BIU ови резултати могу се сместити у меморију или послати на излаз.

9. Модел процесора 8086 • У току рада између BIU и EU постоји преклапање у обављању њихових задатака. • Активности ове две јединице могу се описати на следећи начин: • BIU поставља IP на адресну магистралу и прибавља реч/бајт из меморије. • IP се инкрементира (колико – то зависи од обима инструкције),

10. Модел процесора 8086 • Инструкција прихваћена од стране BIU смешта се у ред чекања. • Ако је ред чекања био празан EU одмах добавља ту инструкцију и почиње да је извршава. • Док EU извршава инструкцију BIU прибавља наредну инструкцију. У зависности од времена извршења прве инструкције, BIU може да попуни ред чекања са неколико нових инструкција пре него EU буде спремна на изврши наредну.

11. Модел процесора 8086 • Постоје 3 разлога која могу да уведу EU у стање чекања (wait mode): • Инструкција захтева приступ меморијској локацији која није у реу чекања. • Код инструкција типа jump ред чекања се празни и потом поново пуни инструкцијама почев од циљне адресе гранања. • EU извршава “спору” инструкцију.

12. Програмски модел • Програмски модел микропроцесора приказује типове интерних регистара доступних програмеру. • При томе, показивач инструкција IP није доступан програмеру директно и у суштини је део BIU.

13. Програмски модел • Скуп регистара видљивих програмеру: • Осам 16-битних регистара: AX-DX, SP, BP, SI и DI. Прва четири могу се поделити на по два 8-битна регистра. • Четири 16-битна сегментна регистра. • 16-битни показивач наредби. • 16-битни регистар стања.

14. акумулатор AX AL AH базни регистар BX BL BH бројач CX CL CH регистар података DX DL DH показивач магацина SP базни показивач BP индекс извора SI индекс одредишта DI програмски сегмент CS сегмент података DS сегмент магацина SS додатни сегмент ES показивач наредби IP регистар стања SR SRH SRL Сл. 4. Програмски модел микропроцесора 8086. Програмски модел

15. бит позиција 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Регистар стања X X X X OF DF IF TF SF ZF X AF X PF X CF SRH SRL Сл. 5. Распоред маркера у регистру стања. Програмски модел

16. Програмски модел

17. Организација меморије • Укупан меморијски простор дели се на неколико сегмената. • Процесор је ограничен на прихватање инструкција и података само из ових сегмената. • Оваква метода адресирања назива се сегментно адресирање. • Меморија је бајтовски оријентисана са Little Endian редоследом.

18. Организација меморије • 8086 има 20 адресних линија што омогућава генерисање 220 различитих адреса (1МB), тј. адресирање 219 16-битних речи. • Симултани приступ 16-битним речима из бајтовски оријентисане меморије омогу-ћен је постојањем парне и непарне меморијске банке.

19. парна банка непарна банка 1048574 1048575 . . . . . . бајт 8 бајт 9 бајт 6 бајт 7 бајт 4 бајт 5 бајт 2 бајт 3 бајт 0 бајт 1 Сл. 6. Читање 16-битних речи из парне и непарне меморијске банке. 16-битне речи Организација меморије

20. бајт 7 реч која почиње на непарној адреси бајт 6 2. читање 1. читање бајт 5 бајт 4 Организација меморије • Могуће је читати и 16-битне речи које почињу на непарним адресама. • У том случају процесор мора да обави два циклуса читања.

21. Организација меморије • У оквиру укупног адресног простора од 1MB микропроцесор 8086 дефинише четири сегмента величине 64kB: • сегмент кода, • сегмент магацина, • сегмент података и • додатни сегмент.

22. Организација меморије • Четири сегментна регистра се користе да у оквиру укупног меморијског простора указују на базну адресу сваког сегмента. • Да би могао да се адресира читав адресни простор додају се 4 нуле на позицији најмање тежине, што има ефекат као да су сегментни регистри поможени са 16.

23. Организација меморије

24. Организација меморије • Сегменти се могу делимично или чак потпуно преклапати (CS=DS=ES=SS). • Меморијске локације које не припадају текућем сегменту нису доступне пре редефинисања садржаја сегментних регистара.

25. Адресни начини рада • Фамилија Intel 80x86 користи двооперандски формат инструкција при чему је први операнд одредишни а други изворни. MOV BX, CX изворни операнд одредишни операнд

26. Адресни начини рада • Постоји велики број адресних начина рада (CISC процесор!). • Неки од адресних начина рада присутни су код свих чланова фамилије, а неки тек од процесора 80386 надаље. • Ми ћемо, срећом, да се бавимо само оним начинима адресирања који постоје код 8086.

27. Адресни начини рада • Код 8086 можемо препознати пет врста операнада: • регистарски операнди, • константе и • три начина адресирања меморијских операнада.

28. Адресни начини рада • Сходно томе, имамо пет адресних начина рада (мада, са више детаља посматрано, можемо посматрати чак 17 различитих начина адресирања): • Регистарско адресирање; • Непосредно адресирање; • Директно адресирање; • Индиректно адресирање; • Индексно адресирање.

29. извор генерисање адресе одредиште Регистар AX Регистар BX Адресни начини рада • Регистарско адресирање подразумева да је операнд у неком од регистара. • Битно је да операнди буду истог обима (оба 8-битна или оба 16-битна) MOVBX,AX

30. Адресни начини рада • Оба операнда mov инструкције не могу бити истовремено у сегментним реги-стрима. mov ax, cs mov ds, ax • Сегментни регистарCS не може бити одредиште mov инструкције, јер пар CS:IP одређује адресу наредне инструк-ције.

31. извор генерисање адресе одредиште податак3Ah РегистарCX Адресни начини рада • Непосредно адресирање подразумева да је операнд специфициран у оквиру инструкције. MOVCH,3Ah

32. Адресни начини рада MOVBL,44 ; kopira se dekadno 44 u BL MOVBL,44h ; kopira se heksadekadno 44 u BL MOVAL,‘A’ ; kopira se ASCII znak ‘A’ u AL MOVAX,‘AB’ ; kopira se ASCII ‘BA’ (4241h) u AX MOVCL,11001110b ; kopira binarno 11001110 u CL

33. извор регистар AX Адресни начини рада • Директно адресирање односи се на операнд у меморији када се специфицира офсет у односу на одговарајући сегмент. MOV[1234h],AX генерисање адресе одредиште DS*10h+DISP 10000h+1234h M[11234h] Напомена: претпоставили смо да је DS=1000h.

34. Адресни начини рада • Уместо офсета могуће је навести лабелу која одговара некој променљивој дефинисаној у сегменту података. data1 DB 12H data2 DW 3456H … MOV AL, data1 MOV AX, data2 • Лабела је дужине 6 знакова (код новијих процесора до 35) и почиње словом или знацима @, $, _, ?.

35. извор регистар CL Адресни начини рада • Регистарско индиректно адресирање тиче се операнда у меморији чија је адреса (тачније, 16-битни офсет у оквиру сегмента података) у неком од регистара BP, BX, DI и SI. MOV [BX], CL генерисање адресе одредиште DS*10h+BX 10000h+0300h M[10300h] Напомена: претпоставили смо да је DS=1000h, BX = 0300h.

36. Адресни начини рада • У одређеним случајевима потребно је користити директиву BYTE PTR или WORD PTR да се специфицира обим операнда. • Такође, директивом OFFSET се адреса неког податка (тј. офсет у односу на почетак сегмента података) може преузети у неки од регистара.

37. Адресни начини рада • Базно-плус-индексно адресирање се такође односи на операнд у меморији. • За формирање адресе користи се: • базни регистар (BP или BX) који треба да садржи базну адресу неког поља података, и • индексни регистар (DI или SI) који садржи релативну позицију податка у односу на базну адресу.

38. извор регистар BP Адресни начини рада MOV [BX+SI], BP генерисање адресе одредиште DS*10h+BX+SI 10000h+0300h+0200h M[10500h] Напомена: претпоставили смо да је DS=1000h, BX = 0300h, SI=0200h.

39. извор M[10304] Адресни начини рада • Регистарско релативно адресирање податка у меморији генерише адресу податка тако што сабира размештај са садржајем неког од BP, BX, DI или SI регистра. MOV CL, [BX+4] генерисање адресе одредиште DS*10h+BX+4 10000h+0300h+4 Регистар CL Напомена: претпоставили смо да је DS=1000h, BX = 0300h,

40. Адресни начини рада • Размештај се наводи у оквиру заграде, као у претходном примеру, или изван заграде. MOV VEKTOR[DI], AL • Размештај је означени 16-битни број (код 8086/.../80286).

41. извор регистар DX Адресни начини рада • Базно релативно адресирање са индексирањем формира адресу операнда тако што се сабере размештај и садржај базног и индексног регистра. MOV POLJE[BX+SI], DX генерисање адресе одредиште DS*10h+POLJE+BX+SI 10000h+1000h+0300h+0200h M[11500h] Напомена: претпоставили смо да је DS=1000h, BX = 0300h, SI=0200h и POLJE=1000h.

42. Адресни начини рада • Као што смо рекли, постоји 17 различитих меморијских начина рада: disp, [bx], [bp], [si], [di], disp[bx], disp[bp], disp[si], disp[di], [bx][si], [bx][di], [bp][si], [bp][di], disp[bx][si], disp[bx][di], disp[bp][si] и disp[bp][di].

43. Адресни начини рада • Постоји лак начин да се запамти које комбинације дају легални адресни начин рада. • Једноставно треба изабрати из сваке колоне следеће табеле највише један елемент.