Bài giảng kỹ thuật vi xử lý: Bộ vi xử lý Intel - GV. Ngô Công Thắng

Bài giảng kỹ thuật vi xử lý - GV. Ngô Công Thắng Chương 2 Bộ vi xử lý Intel 8088

- 10 -

CHƯƠNG 2 BỘ VI XỬ LÝ INTEL 8088

Sở dĩ chúng ta chọn bộ vi xử lý 8088 của Intel để nghiên cứu là vì bộ vi xử lý này khá đơn

giản nên việc hiểu nó là tương đối dễ đối với những người mới bắt đầu thâm nhập vào lĩnh

vực này. Lý do thứ hai là nhờ có tính kế thừa của các sản phẩm trong họ vi xử lý 80x86 nên

các chương trình viết cho 8088 vẫn có thể chạy được trên các hệ vi xử lý tiên tiến sau này. Lý

do thứ ba là các họ vi xử lý của các hãng khác nhau tuy có khác nhau nhưng xét cho cùng có

khá nhiều điểm chủ yếu rất giống nhau. Vì vậy, một khi đã nắm được các vấn đề kỹ thuật của

8086 ta sẽ có cơ sở để tìm hiểu các bộ vi xử lý khác cùng họ 80x86 hoặc các bộ vi xử lý của

các hãng khác.

I - CẤU TRÚC BÊN TRONG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ VI XỬ LÝ 8088

1. Sơ đồ khối của bộ vi xử lý 8088

EU (Execution Unit) BIU (Bus Interface Unit)

∑

Logic điều

khiển bus

ALU

Các thanh ghi tạm thời

Thanh ghi cờ

Khối điều

khiển EU

Các thanh

ghi đa năng

Các thanh

ghi con trỏ

và chỉ số

Các thanh

ghi đoạn

và con trỏ

lệnh

Bus dữ liệu ALU (16 bit)

Bus địa chỉ (20 bit)

Bus dữ liệu (8 bit)

Bus địa chỉ (20 bit)

Bus

ngoài

Hàng đợi lệnh

(4 byte)

8 bit

dữ liệu

Bài giảng kỹ thuật vi xử lý - GV. Ngô Công Thắng Chương 2 Bộ vi xử lý Intel 8088

- 11 -

Nhìn vài sơ đồ ta thấy, bên trong CPU 8088 có hai khối chính: khối phối ghép bus (Bus

Interface Unit, BIU) và khối thực hiện lệnh (Execution Unit, EU). Trong khối BIU có các

thanh ghi đoạn và thanh ghi con trỏ lệnh IP, khối logic điều khiển bus, bộ cộng, bus dữ liệu 8

bit và bus địa chỉ 20 bit. Trong khối EU có các thanh ghi đa năng, các thanh ghi con trỏ và chỉ

số, khối tính toán số học và logic ALU, khối điều khiển CU, bus dữ liệu 16 bit của ALU, bus

tín hiệu điều khiển. Việc chia CPU thành hai phần làm việc đồng thời có liên hệ với nhau qua

hàng đợi lệnh làm tăng tốc độ đáng kể của CPU.

2. Nguyên lý hoạt động

BIU có nhiệm vụ đưa ra địa chỉ, đọc mã lệnh từ bộ nhớ, đọc/ghi dữ liệu từ/vào cổng hoặc

bộ nhớ. Bên trong BIU còn có bộ nhớ đệm lệnh (còn gọi là hàng đợi lệnh) với dung lượng 4

byte dùng để chứa các lệnh đã đọc được nằm sẵn chờ EU xử lý. Đây là một cấu trúc mới được

cấy vào bộ vi xử lý 8086/88 để thực hiện cơ chế xử lý liên tục dòng mã lệnh (instruction

pipelining). Pipeline là một cơ chế đã được ứng dụng từ những năm 60 trong các máy tính

lớn.

EU có nhiệm vụ cung cấp địa chỉ cho BIU để khối này đọc lệnh và dữ liệu, còn bản thân

nó thì giải mã lệnh và thực hiện lệnh. Mã lệnh đọc vào từ bộ nhớ được đưa đến đầu vào của

bộ giải mã (nằm trong khối điều khiển CU), các thông tin thu được từ đầu ra của bộ giải mã sẽ

được đưa đến mạch tạo xung điều khiển để tạo ra các dãy xung khác nhau (tùy từng lệnh) điều

khiển hoạt động của các bộ phận bên trong và bên ngoài CPU. Trong EU còn có khối tính

toán số học và logic ALU dùng để thực hiện các thao tác khác nhau với các toán hạng của

lệnh.

II - CÁC THANH GHI VÀ CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊA CHỈ

1. Các thanh ghi

Bên trong CPU có một số ô nhớ được gọi là thanh ghi (register). Các thanh ghi có độ dài

16 bit và được chia thành: thanh ghi đoạn, thanh ghi đa năng, thanh ghi con trỏ và chỉ số,

thanh ghi cờ.

a) Thanh ghi đoạn

Bộ vi xử lý 8086/88 làm việc ở chế độ thực, với 20 bit địa chỉ bộ vi xử lý này có khả năng

đánh địa chỉ cho 220 = 1 M ô nhớ = 1 MB. Trong 1 MB bộ nhớ người ta chia thành các đoạn

64 KB khác nhau để:

- chứa mã chương trình,

- chứa dữ liệu và kết quả trung gian của chương trình và

- tạo ra một đoạn nhớ đặc biệt gọi là ngăn xếp (STACK) dùng vào việc quản lý các thông

số của vi xử lý khi gọi CTC con hoặc trở về từ CTC.

Để quản lý các đoạn nhớ trên, bộ vi xử lý 8088 có 4 thanh ghi đoạn xác định địa chỉ bắt

đầu của 4 đoạn nhớ 64 KB:

+ CS (Code Segment): thanh ghi đoạn mã, xác định địa chỉ bắt đầu của đoạn nhớ chứa

mã chương trình.

+ DS (Data Segment): thanh ghi đoạn dữ liệu, xác định địa chỉ bắt đầu của đoạn nhớ

chứa hầu hết dữ liệu của chương trình.

+ ES (Extra Segment): thanh ghi đoạn dữ liệu phụ, xác định địa chỉ bắt đầu của đoạn nhớ

chứa dữ liệu phụ. Đoạn nhớ này được các lệnh về chuỗi sử dụng để chữ dữ liệu đích.

+ SS (Stack Segment): thanh ghi đoạn ngăn xếp, xác định địa chỉ bắt đầu của đoạn nhớ

ngăn xếp.

Nội dung của các thanh ghi đoạn xác định địa chỉ của ô nhớ nằm ở đầu đoạn tương ứng. Vì

địa chỉ của ô nhớ là 20 bit mà các thanh ghi đoạn chỉ có 16 bit nên bộ vi xử lý phải thêm 0H

vào bên phải nội dung của thanh ghi đoạn để có địa chỉ 20 bit của ô nhớ nằm ở đầu đoạn. Địa

chỉ này gọi là địa chỉ cơ sở hay địa chỉ đoạn. Địa chỉ của các ô nhớ khác trong đoạn được tính

bằng cách cộng thêm vào địa chỉ đoạn một giá trị gọi là độ lệnh (offset) hay địa chỉ lệch. Địa

Bài giảng kỹ thuật vi xử lý - GV. Ngô Công Thắng Chương 2 Bộ vi xử lý Intel 8088

- 12 -

chỉ lệch có độ dài 16 bit và thường đặt trong các thanh ghi 16 bit khác đóng vai trò thanh ghi

lệch. Cụ thể, để xác định địa chỉ vật lý 20 bit của một ô nhớ nào đó trong một đoạn nhớ bất

kỳ, CPU 8088 phải dùng đến hai thanh ghi 16 bit: một thanh ghi đoạn và một thanh ghi lệch.

Từ nội dung của hai thanh ghi này tạo ra địa chỉ vật lý theo công thức sau:

Địa chỉ vật lý = Nội dung thanh ghi đoạn x 24 + Nội dung thanh ghi lệch

= Địa chỉ đoạn + Địa chỉ lệch

Việc dùng hai thanh ghi để ghi nhớ thông tin về địa chỉ tạo ra một loại địa chỉ gọi là địa chỉ

logic, được ký hiệu như sau:

Thanh ghi đoạn:Thanh ghi lệch (địa chỉ lệch)

Segment:Offset

Segment:Offset là địa chỉ logic vì nó tồn tại dưới dạng giá trị của các thanh ghi, và khi cần

truy nhập ô nhớ nào thì nó phải được đổi ra địa chỉ vật lý của ô nhớ đó.

Địa chỉ logic có tính đa trị vì ứng với một địa chỉ vật lý có rất nhiều địa chỉ logic khác

nhau. Điều này cho 8086/88 linh hoạt trong việc định địa chỉ. Ví dụ, địa chỉ vật lý 12345H có

thể tạo ra từ các địa chỉ logic sau:

1000H:2345H

1200H:0345H

1004H:2305H

0300H:E345H

……

Vì các thanh ghi đoạn được thêm 0H vào bên phải để xác định địa chỉ bắt đầu của đoạn nên

các đoạn chỉ có thể bắt đầu tại các ranh giới 16 byte. Hơn nữa, vì các đoạn có độ dài 64 KB

nên khi biết địa chỉ bắt đầu của đoạn thì ta cũng biết được địa chỉ kết thúc đoạn bằng cách

cộng thêm vào địa chỉ bắt đầu đoạn FFFFH.

Ví dụ: Một thanh ghi đoạn có địa chỉ là 1000H => địa chỉ bắt đầu đoạn là 10000H và địa

chỉ kết thúc đoạn là 1FFFFH.

b) Các thanh ghi đa năng

Bộ vi xử lý 8088 có 4 thanh ghi đa năng 16 bit: AX, BX, CX, DX. Khi cần chứa dữ liệu 8

bit thì mỗi thanh nghi này có thể tách ra thành hai thanh ghi 8 bit cao và 8 bit thấp, đó là các

cặp AH và AL, BH và BL, CH và CL, DH và DL. Các thanh ghi đa năng có thể chứa các loại

dữ liệu khác nhau song chúng cũng có những chức năng chuyên dụng được dùng đến trong

những công việc đặc biệt. Vì vậy các thanh ghi đa năng này được gán cho những cái tên nói

lên chức năng chuyên dụng của chúng.

00000H

10000H

1FFFFH

1F000H

1000H

Thanh ghi đoạn

Offset = F000H

FFFFFH

Bài giảng kỹ thuật vi xử lý - GV. Ngô Công Thắng Chương 2 Bộ vi xử lý Intel 8088

- 13 -

- AX (Accumulator): thanh ghi chứa, thường dùng để chứa kết quả của các thao tác chẳng

hạn như lệnh nhân, chia và một số lệnh hiệu chỉnh dữ liệu.

- BX (Base): thanh ghi cơ sở, thường chứa địa chỉ lệch của ô nhớ trong đoạn DS.

- CX (Count): thanh ghi đếm, CX thường chứa số lần lặp trong các lệnh lặp, CL thường

chứa số lần dịch hoặc quay trong lệnh dịch và quay thanh ghi.

- DX (Data): thanh ghi dữ liệu, DX cùng với AX tham gia vào phép nhân hoặc chia các số

16 bit. DX còn dùng để chứa địa chỉ của các cổng vào/ra trong các lệnh vào ra dữ liệu trực

tiếp.

c) Thanh ghi con trỏ và chỉ số

Bộ vi xử lý 8088 có 3 thanh ghi con trỏ (IP, BP, SP) và 2 thanh ghi chỉ số (SI, DI). Các

thanh ghi này ngầm định được sử dụng làm các thanh ghi lệch cho các đoạn tương ứng. Cụ

thể:

- IP (Instruction Pointer): thanh ghi con trỏ lệnh, IP luôn trỏ vào lệnh tiếp theo sẽ được

thực hiện nằm trong đoạn mã CS. Địa chỉ của lệnh này là CS:IP

- BP (Base Pointer): con trỏ cơ sở, BP luôn trỏ vào dữ liệu nằm trong đoạn ngăn xếp. Địa

chỉ logic của ô nhớ ngăn xếp do BP trỏ tới là SS:BP

- SP (Stack Ponter): con trỏ ngăn xếp, SP luôn trỏ vào đỉnh hiện thời của ngăn xếp. Địa chỉ

logic của đỉnh ngăn xếp là SS:SP

- SI (Source Index): chỉ số nguồn, SI trỏ vào dữ liệu trong đoạn dữ liệu DS. Địa chỉ logic

của ô nhớ do SI trỏ tới là DS:SI

- DI (Destinaton Index): chỉ số đích, DI trỏ vào dữ liệu trong đoạn dữ liệu DS. Địa chỉ

logic của ô nhớ do DI trỏ tới là DS:DI

Riêng trong các lệnh về chuỗi thì ES:DI luôn ứng với địa chỉ của một phn tử thuộc chuỗi

đích, DS:SI luôn ứng với địa chỉ của một phần tử thuộc chuỗi nguồn.

Bảng tóm tắt sự kết hợp ngầm định giữa thanh ghi đoạn và thanh ghi lệch:

Thanh ghi đoạn Thanh ghi lệch Địa chỉ

CS IP Địa chỉ lệnh sắp thực hiện

DS BX, DI, SI Địa chỉ trong đoạn dữ liệu

SS SP hoặc BP Địa chỉ trong đoạn ngăn xếp

ES DI Địa chỉ chuỗi đích

d) Thanh ghi cờ (Flag Register)

Bên trong bộ vi xử lý 8088 có một thanh ghi đặc biệt gọi là thanh ghi cờ hay thanh ghi

trạng thái. Mỗi bit của thanh ghi này được dùng để phản ánh một trạng thái nhất định của kết

quả phép toán do ALU thực hiện hoặc một trạng thái hoạt động của CPU. Thanh ghi cờ có 16

bit nhưng chỉ dùng hết 9 bit làm bit cờ.

Các bit cờ chia thành hai loại:

* Các cờ trạng thái: có 6 cờ trạng thái là C, P, A, Z, S và O. Các cờ trạng thái này được

thiết lập bằng 1 hoặc xóa bằng 0 sau hầu hết các lệnh toán học và logic.

− C (Carry): cờ nhớ, C = 1 khi cớ nhớ hoặc mượn.

− P (Parity): cờ chẵn lẻ, P = 1 khi tổng số bit 1 trong kết quả là chẵn, P = 0 khi tổng số bit

1 trong kết quả là lẻ.

− A (Auxiliary): cờ nhớ phụ, A = 1 khi có nhớ hoặc mượn từ một số BCD thấp sang một

số BCD cao.

C P AZSTIDO

0 1 2 3456789101112 13 14 15

Bài giảng kỹ thuật vi xử lý - GV. Ngô Công Thắng Chương 2 Bộ vi xử lý Intel 8088

- 14 -

− Z (Zero): cờ rỗng, Z = 1 khi kết quả của phép tính số học bằng 0, Z = 0 khi kết quả của

phép tính số học khác 0.

− S (Sign): cờ dấu, S = 1 kết quả âm.

− O (Overflow): cờ tràn, O = 1 khi kết quả vợt ra ngoài giới hạn biểu diễn dành cho nó.

* Các cờ điều khiển: có 3 cờ T, I, D. Các cờ này được thiết lập bằng 1 hoặc xóa bằng 0

thông qua các lệnh để điều khiển chế độ làm việc của bộ vi xử lý.

− T (Trap): cờ bẫy, T = 1 thì bộ vi xử lý làm việc ở chế độ chạy từng lệnh.

− I (Interrupt): cờ ngắt, I = 1 thì bộ vi xử lý cho phép các yêu cầu ngắt được tác động. Cờ

này được thiết lập bằng lệnh STI và xóa bằng lệnh CLI.

− D (Direction): cờ hướng, D = 1 thì bộ vi xử lý làm việc với chuỗi ký tự theo thứ tự từ

phải sang trái.

2. Cách mã hóa lệnh của bộ vi xử lý 8088

Các lệnh của bộ vi xử lý được ghi bằng các ký tự dưới dạng gợi nhớ (mnemonic) để người

sử dụng dễ nhận biết. Tuy nhiên đối với bản thân bộ vi xử lý thì các lệnh cho nó được mã hoá

dưới dạng các số 0 và 1 (còn gọi là mã máy), vì đây là dạng biểu diễn thông tin duy nhất mà

máy hiểu được. Bởi vậy các lệnh dưới dạng các ký tự gợi nhớ phải được dịch ra mã máy. Việc

dịch này được thực hiện bằng các chương trình dịch hợp ngữ như MASM, TASM.

Vì lệnh cho bộ vi xử lý được cho dưới dạng mã máy nên sau khi nhận lệnh bộ vi xử lý phải

thực hiện giải mã lệnh rồi sau đó mới thực hiện lệnh. Một lệnh vi xử lý có thể dài một vài byte

tuỳ theo bộ vi xử lý. Đối với bộ vi xử lý 8088 một lệnh có độ dài từ 1 - 6 byte. Ví dụ, lệnh

MOV dạng mã máy cần ít nhất là 2 byte, trong đó 6 bit của byte đầu dùng để chứa mã lệnh.

Ví dụ: Dạng mã máy của lệnh MOV

Nói chung một lệnh của bộ vi xử lý gồm 2 phần: mã lệnh và địa chỉ của toán hạng.

3. Các chế độ địa chỉ dữ liệu

Chế độ địa chỉ (Addressing mode) là cách để CPU tìm thấy toán hạng cho các lệnh của nó.

Để viết được chương trình cho CPU ta phải nắm vững các chế độ địa chỉ mà các lệnh của nó

sử dụng. Các chế độ địa chỉ được xác định ngay từ khi chế tạo ra bộ vi xử lý và không thể

thay đổi được. Bộ vi xử lý 8088 và họ 80x86 nói chung đều có 7 chế độ địa chỉ dữ liệu.

Để minh họa cho các chế độ địa chỉ ta sử dụng lệnh chuyển dữ liệu MOV, nó có dạng như

Lệnh MOV sao chép dữ liệu ở nguồn vào đích, dữ liệu nguồn không thay đổi còn dữ liệu

đích bị thay đổi.

a) Chế độ địa chỉ thanh ghi

Trong chế độ địa chỉ này các lệnh sử dụng các thanh ghi bên trong CPU làm các toán hạng

để chứa dữ liệu cần thao tác. Các thanh ghi sử dụng trong lệnh phải cùng kích cỡ, trừ một số

lệnh như lệnh SHL DX, CL.

Ví dụ:

Assembly Kích thước Hoạt động

MOV AL,BL 8 bit Sao chép BL vào AL

MOV CH,CL 8 bit Sao chép CL vào CH

MOV AX,CX 16 bit Sao chép CX vào AX

Mã lệnh Toán hạng Dấu phẩy phân tách Đích và Nguồn

MOV Đích, Nguồn

Mã lệnh Địa chỉ của các toán hạng

Bài giảng kỹ thuật vi xử lý - GV. Ngô Công ThắngChương 2 Bộ vi xử lý Intel

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi