Arquitectura 8086 2nz3y

EL MICROPROCESADOR INTEL 8086

Los microprocesadores modernos, igual que los anteriores buscan instrucciones en la memoria, pero lo hacen de una forma totalmente nueva. Los microprocesadores modernos están estructurados de una forma que contengan muchas más unidades internas de procesamiento, cada una de las cuales efectúa una tarea específica. Esto significa que el microprocesador moderno puede procesar cierto número de instrucciones en forma simultánea, en diversas etapas de ejecución. Esta capacidad recibe el nombre de paralelismo.

Fig. 1

a).b).-

(b)

Funcionamiento de un microprocesador de 8 bits. Funcionamiento de un microprocesador con arquitectura paralela.

De la fig. 1 (a) se puede observar que mientras el microprocesador de 8 bits decodifica la instrucción, el sistema de memoria está ocioso; mientras que los microprocesadores de 16 bits en adelante aprovechan este tiempo de memoria ociosa buscando con anticipación la siguiente instrucción mientras ejecuta la actual.

ARQUITECTURA DEL 8086 El 8086 es un microprocesador de 16 bits, tanto en lo que se refiere a su estructura como en sus conexiones externas. Consta de un Unidad de Ejecución. (EU Execution Unit) y una Unidad de Interface con el Bus (Bus Interface Unit BIU). La Unidad de ejecución es la encargada de realizar todas las operaciones, mientras que la Unidad de Interface con el Bus es la encargada de acceder a datos e instrucciones del mundo exterior

BUSES DEL 8086.

REGISTROS DE USO GENERAL 1.- AX : Registro acumulador, dividido en AH y AL ( 8 bits cada uno). Al igual que en el microprocesador de 8 bits, conserva el resultado temporal después de una operación aritmética o lógica. 2.-

BX : Registro Base, dividido en BH y BL, contiene la dirección base (desplazamiento) de los datos que hay en la memoria o la dirección base de una tabla de datos referenciados por la instrucción (se usa para direccionamiento indirecto).

3.-

CX: Registro Contador, dividido en CH y CL, se utiliza como contador en bucles (instrucción LOOP), en operaciones con cadenas (CX) y en desplazamientos y rotaciones del número de bytes ( usando el registro CL en los últimos dos casos).

4.-

DX: Registro de datos, dividido en DH y DL, Se utiliza junto con el registro AX en multiplicaciones y divisiones, (conteniendo la parte más significativa de un producto después de una multiplicación y la parte más significativa del dividendo antes de la división), y junto con instrucciones variables de E/S (conteniendo en este caso el número de puerto de E/S).

5.-

SP: Puntero de Pila, (no se puede subdividir ) Se emplea para direccionar datos en una pila de memoria, en donde se almacenan direcciones de retorno de subrutinas y datos temporales (mediante las instrucciones PUSH y POP, introducir y extraer. Comparar con las instrucciones PHP,PHA,PLA y PLP del 6502).

6.-

BP: Puntero de base, (no se puede subdividir) generalmente se utiliza para realizar direccionamiento indirecto dentro de la pila (direccionar a una matriz de datos).

7.-

SI: Puntero índice (Índice de fuente) (no se puede subdividir) Se emplea para direccionar datos fuente en forma indirecta, para utilizarlos con las instrucciones de cadenas o arreglos.

8.-

DI: Puntero destino (Índice de destino) (no se puede subdividir) Se emplea para direccionar datos destino en forma indirecta, para utilizarlos con las instrucciones de cadenas o arreglos.

9.-

IP: Puntero de instrucciones. Se utiliza siempre para direccionar a la siguiente instrucción que va a ejecutar el micropocesador. ( Tener en cuenta que IP no es la dirección efectiva de la siguiente instrucción, sino que para formarla se suma IP + CS*10H, como se explicará en la siguiente sección)

UNIDAD ARITMÉTICA Y LOGICA Es la encargada de realizar las operaciones aritméticas (suma,suma con arrastre, resta, resta con préstamo) y lógicas (AND, OR, XOR y TEST). Las operaciones pueden ser de 16 bits o de 8 bits . REGISTRO DE ESTADO Bit 15 14 13 12 11 10 9 Flag -- -- -- -- O D I

8 T

7 S

6 Z

5 0

4 A

3 0

2 P

1 1

0 C

C

Bandera de acarreo Si C=1 indica que hubo arrastre ( en caso de suma) o préstamo (en caso de resta).

P

Bandera de paridad, Si P=1 indica que el resultado tiene paridad par, es decir, un número par de bits a 1. (Este indicador se puede utilizar para detectar errores en transmisiones)

A

Bandera de acarreo auxiliar Si A=1 indica que hubo arrastre o préstamo del nibble menos significativo al nibble más significativo (del bit 3 al bit 4).

Z

Bandera indicador de cero Si Z=1 el resultado de la operación fue cero.

S

Bandera de signo Si S=1 el resultado es negativo, si S=0 el resultado es positivo. Refleja el bit más significativo del resultado. Como los números negativos se representan en la notación de complemento a dos, este bit representa el signo

T

Trap flag, Bandera de modo paso a paso. Si T=1, el procesador está en modo paso a paso y se habilita la catacterística de depuración del microprocesador. En este modo la U automáticamente genera una interrupción interna después de cada instrucción, permitiendo inspeccionar los resultados del programa a medida que se ejecuta paso a paso.

I

Bandera de interrupción Controla el funcionamiento de la terminal de entrada de INTR ( interrupción). Si I=1 el U reconoce pedidos de interrupción externas enmascarables (por el pin INTR). Si vale I=0 no se reconocen tales interrupciones. Las interrupciones no enmascarables y las internas siempre se reconocen independientemente del valor de I.

D

Bandera de dirección, Controla la selección de incremento o decremento de los registros DI o SI durante las instrucciones de cadenas o arreglos. Si vale D=1 habrá decremento automático en los registros y si D=0 hay incremento.

O|

Overflow, Bandera de sobreflujo o desbordamiento Es una condición que ocurre cuando se suman o restan números con signo. Un sobreflujo indica que el resultado a excedido la capacidad de la máquina, esto es, un dígito significativo se perdió debido a que el tamaño del resultado es mayor que el tamaño del destino.

SISTEMA DE CONTROL DE LA UNIDAD DE EJECUCIÓN Es el encargado de decodificar las instrucciones que le envía la cola y enviarle las órdenes a la Unidad Aritmética y Lógica según una tabla que tiene almacenada en ROM llamada CROM (Control Read Only Memory).

COLA DE INSTRUCCIONES -

Almacena las instrucciones para ser ejecutadas. La cola se carga cuando el bus está desocupado, de esta manera se logra una mayor eficiencia del mismo. La cola de instrucciones del 8086 tiene una longitud de 6 bytes y se carga de a dos bytes por vez (debido al tamaño del bus de datos). Esta estructura tiene rendimiento óptimo cuando no se realizan saltos, ya que en este caso habría que vaciar la cola (porque no se van a ejecutar las instrucciones que van después del salto) y volverla a cargar con instrucciones que se encuentran a partir de la dirección a donde se salta. Debido a esto las instrucciones de salto son (después de multiplicaciones y divisiones) las más lentas de este microprocesador. REGISTROS DE LA UNIDAD DE INTERFACE CON EL BUS (REGISTROS DE SEGMENTOS) El programador puede acceder a cinco registros de 16 bits cada uno, siendo cuatro de ellos registros de segmento y el restante el Puntero de Instrucción IP. A estos registros se les da también el nombre de registros de segmentos, y su función es generar direcciones en la memoria junto con otros registros en el microprocesador. Estos son: CS: Registro de segmento de código, El segmento de código es una sección de la memoria que tiene los programas y los procedimientos utilizados por los programas. El registro de segmento de código define la dirección inicial de la sección de memoria que tiene el código (esta sección está limitada a 64 K kytes de longitud). DS: Registro de segmento de datos, El segmento de datos es una sección de la memoria que contiene la mayor parte de los datos utilizados por un programa. Se les accesa en el segmento de datos con un desplazamiento o con el contenido de otros registros que tienen la dirección del desplazamiento. ES: Registro de segmento extra, El segmento extra o adicional de datos lo utilizan algunas instrucciones para cadenas. SS:

Registro de segmento de pila. El segmento de pila define la superficie de la memoria utilizada para la pila. La ubicación del punto inicial de entrada a la pila, se determina por el registro

apuntador de pila. El registro BP también direcciona los datos que hay dentro del segmento de pila.

LOGICA DE CONTROL DEL BUS El cometido de este bloque es poder unir los bloques anteriormente mencionados con el mundo exterior, es decir, la memoria y los periféricos.

LA MEMORIA Y EL MICROPROCESADOR El espacio de direccionamiento de un sistema basado en un microprocesador se denomina memoria lógica o memoria física. La estructura de la memoria lógica es diferente en casi todos los casos a la estructura de la memoria física. La memoria lógica es la memoria tal y como lo ve el programador, mientras que la memoria física es la estructura real del hardware en el sistema de memoria.

MEMORIA LOGICA del 8086 El 8086 es capaz de direccionar hasta 2n ( n = 20 bits del bus de direcciones), 1 Mb de memoria. Empieza en la localidad 00000h y llega hasta FFFFFH

Fig. 1 Este espacio de 1 Mb puede ser dividido en segmentos de 64 Kb. El 8086 permite tener cuatro segmentos de memoria, tal como se muestra en la siguiente gráfica:

Fig. 2 SEGMENTOS Y DESPLAZAMIENTOS Una dirección de segmento y una dirección de desplazamiento, generan una dirección en ala memoria. Todas las direcciones en la memoria consisten de un segmento y un desplazamiento. El segmento ubicado en uno de los registros de segmento, define la dirección inicial de cualquier segmento de memoria de 64 K bytes. La dirección de desplazamiento selecciona una localidad dentro del segmento de memoria de 64 K bytes

Fig. 3

En la fig. 3 se ilustra cómo el esquema de direccionamiento de segmento más desplazamiento selecciona una localidad en la memoria. En esta ilustración se muestra un segmento de la memoria que empieza en la localidad 10000H y termina en la 1FFFFH, de 64 K bytes de longitud. También se muestra la forma en que un desplazamiento de F000H selecciona la localidad 1F000H en el sistema de memoria. Se verá que la dirección de desplazamiento es la distancia desde el inicio del segmento. El registro de segmento de la fig. 3 contiene 1000H, con lo que apunta a una dirección inicial 10000H. LOCALIZACIÓN DE UN SEGMENTO A cada registro de segmento, compuesto de 2 bytes, se le agrega un 0H en su extremo derecho, para formar una dirección de memoria de 20 bits que le permite colocar el inicio del segmento en casi cualquier localidad dentro del primer Mbyte de memoria Por ejemplo, si un segmento de registro contiene una 1200H , direcciona a un segmento de memoria de 64K bytes que empieza en la localidad 12000H. Debido al 0H, que se agrega internamente, los segmentos pueden empezar en cualquier múltiplo de 16 bytes en el sistema de memoria. Debido a que un segmento de memoria tiene 64 K bytes de longitud, una vez que se conoce la dirección inicial, para conocer la dirección final se agrega un FFFFH a la dirección inicial.

Ej. Si un registro de segmento contiene 3000H, la primera dirección en el segmento es 30000H y la última será 30000H +FFFFH = 3FFFFH. En la tabla No 1 se presentan algunos ejemplos de contenidos de registros de segmento y las direcciones inicial y final de los segmentos de memoria, seleccionadas por cada dirección de segmento. Registro de segmento 2000H 2100H AB00H 1234H

Dirección inicial Dirección final 20000H 21000H AB000H 12340H

2FFFFH 20FFFH BAFFFH 2233FH

LOCALIZACIÓN DE UNA DIRECCIÓN DENTRO DEL SEGMENTO La dirección del desplazamiento se suma a la del segmento para ubicar una dirección de memoria dentro del segmento. Por ejemplo, si la dirección de segmento es 1000H y la dirección de desplazamiento es 2000H, el microprocesador direcciona a la localidad de memoria 12000H. La dirección del segmento y del desplazamiento, a veces, se escribe 1000 : 2000 para una dirección de segmento de 1000H y un desplazamiento de 2000H.

Se debe tener en cuenta que los segmentos de memoria pueden tocarse, e incluso traslaparse si no se requieren 64 K bytes de memoria para un segmento. Ej. Suponga que un programa de aplicación requiere 1000H bytes de memoria para su código, 190H bytes de memoria para sus datos y 2000H bytes de memoria para su pila. Esta aplicación no requiere un segmento adicional. Cuando el DOS coloca este programa en la memoria se carga el TPA en la primera zona disponible encima de los controladores y otros programas de la TPA. En la fig. 4 se muestra cómo esta aplicación se almacena en el sistema de memoria. Los segmentos muestran una superposición o traslape debido a que la cantidad de datos que hay en ellos no requiere 64 K bytes de memoria. La vista lateral muestra claramente el traslape y la forma en que los segmentos pueden desplazarse a cualquier parte de la memoria.

Fig. 4