Architettura del microprocessore Intel 8086 per Informatica

Architettura 8086

D8086 L3093607 |INTEL@1978 Architettura 8086 Parte 1x86 - Famiglia di Architetture CISC

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File System

Name Date modified Type Size Quick access CPM 6/21/2019 6:33 PM File folder OneDrive Drivers 5/15/2019 3:51 PM File folder kms_vl_all.xp510.com 12/7/2018 3:08 PM File folder This PC PerfLogs 4/12/2018 7:38 AM File folder 3D Objects Program Files 12/9/2019 11:56 AM File folder Desktop Program Files (x86) 12/14/2019 11:07 ... File folder Documents QMDownload 6/10/2019 1:25 PM File folder Downloads Users 5/15/2019 3:54 PM File folder Music Windows 12/14/2019 11:07 File folder Pictures islog 12/14/2019 11:08 File 840 KB log.txt 12/14/2019 11:08 Text Document 1 KB Videos Local Disk (C:) Local Disk (D:) Local Disk (E:)x86

Famiglia di Architetture x86

• x86 è una famiglia di architetture CISC inizialmente sviluppate da Intel basate sul microprocessore Intel 8086.
• L'8086 è stato introdotto nel 1978 come estensione completamente a 16 bit del microprocessore 8080 a 8 bit di Intel
• Il termine "x86" è nato perché i nomi di diversi successori del processore Intel 8086 terminano con "86", inclusi i processori 80186, 80286, 80386 e 80486.
• A partire da giugno 2022, la maggior parte dei computer desktop e laptop venduti si basa sulla famiglia di architetture x86, mentre le categorie mobili come smartphone o tablet sono dominate dall'architettura ARM.
• Nella fascia alta, x86 continua a dominare i segmenti di workstation e cloud computing ad alta intensità di calcolo.Obiettivo

Architettura 8086

• Architettura 8086
• Ciclo Fetch-Decode-Execute 8086
• Programmazione Assembly 8086

Diagramma a Blocchi

Adder Upper regs Decode Lower regs ALU Microcode

Funzione memcpy

; _ memcpy(dst, src, len) ; Copy a block of memory from one location to another. : ; Entry stack parameters [BP+6] = len, Number of bytes to copy [BP+4] = src, Address of source data block [BP+2] = dst, Address of target data block ; Return registers AX = Zero 0000:1000 org 1000h ; Start at 0000:1000h 0000:1000 memcpy proc 0000:1000 55 push bp ; Set up the call frame 0000:1001 89 E5 mov bp, sp 0000:1003 06 push es ; Save ES 0000:1004 8B 4E 06 mov cx, [bp+6] ; Set CX = len 0000:1007 E3 11 jcxz done ; If len = 0, return 0000:1009 8B 76 04 mov si, [bp+4] ; Set SI = src 0000:100C 8B 7E 02 mov di, [bp+2] ; Set DI = dst 0000:100F 1E push ds ; Set ES = DS 0000:1010 07 pop es 0000:1011 8A 04 loop mov al, [si] ; Load AL from [src] 0000:1013 88 05 mov [di], al ; Store AL to [dst ] 0000:1015 46 inc si ; Increment src 0000:1016 47 inc di ; Increment dst 0000: 1017 49 dec Cx ; Decrement len 0000:1018 75 F7 jnz loop ; Repeat the loop 0000:101A 07 done pop es ; Restore ES 0000:101B 5D pop bp ; Restore previous call frame 0000: 101C 29 CO sub ax, ax ; Set AX = 0 0000: 101E C3 ret ; Return 0000: 101F end proc

Control CPU Intel 8086

• Set di istruzioni: x86-16
• 29.000 Transistor
• Clock 5-10 Mhz
• 40 pin D8086 L3093607 |INTEL@1978

Architettura 8086 - Visione sommaria

• La Bus Interface Unit (BIU) ha 3 compiti:
  • Fetch
  • Calcolo indirizzo fisico
  • Gestione coda di pre-fetch da 6byte
• La Execute Unit (EU) ha 2 compiti:
  • Decode
  • Execute

Architettura 8086 - Visione in profondità

To memory and Input/ Output BIU 6 Σ 5 4 PA = Seg X 10H 3 + offset 2 CS SS DS ES IP Control Unit EU AH AL -AX General BH BL -BX Purpose CH CL -CX DH DL -DX SP BP Operands SI DI Flags Block Diagram of 8086 Microprocessor Electronics Desk ALU Registers 6-Byte pre-fetch queue

Rappresentazione Esadecimale

https://antonioquermani.jimdofree.com/matematica/sistemi-di-numerazione/sistema-esadeci male/ DECIMAL HEX BINARY 0 0 0000 1 1 0001 2 2 0010 3 3 0011 4 4 0100 5 5 0101 6 6 0110 7 7 0111 8 8 1000 9 9 1001 10 A 1010 11 B 1011 12 C 1100 13 D 1101 14 E 1110 15 F 1111

Registri General-Purpose e Puntatore

" emulator: es1_n4.exe_ file debug view virtual devices virtual drive help LOAD reload 11 step back single step run st registers H L AX BX CX 31 1F 07203: 8E 142 A 07204: DA 218 07205: B8 184 @ CS 0720 IP 07208: 8E 142 A SS 0716 07209: D8 216 Ï SF 0100 0720A: B9 185 # BF 0720B: FE 254 0720C: 20 032 SPA SI 0720D: BB 187 1 DI 0720E: 01 001 0 DS 5755 07210: 89 137 ë ES 07211: ØF 015 ¢ T screen source reset aux vars debug

• Registri General-Purpose
  • Sono posizionati dentro la EU.
  • Sono 4 (AX, BX, CX, DX).
  • Hanno dimensione 16bit.
  • Il programmatore può scrivere/leggere un dato sul registro general-purpose (no istruzione).
  • Posso utilizzarli come un unico registro da 16bit. oppure come due sotto-registri da 8bit.
• Registri Puntatore
  • Sono 4 (SP, BP, SI, DI).
  • Hanno dimensione 16bit. 5720:0000 07200: BA 186 07201: 20 032 SPA 07202: 07 007 BEEP DX 07206: 00 000 NULL 07207: 07 007 BEEP 0720F: 00 000 NULL

Memoria

Random Access Memory

0720:0000 upda 0720:0000: BA 0720:0001: 20 0720:0002: 07 0720:0003: 8E 0720:0004: DA Nella cella 0720:0001 c'è il dato 20h (in decimale 32, in binario 00100000)

• La CPU 8086 è dotata di
  • Celle di memoria a 8bit (2 cifre esadecimali)
  • Bus Dati a 16bit
  • Bus Indirizzi a 20bit
    • Posso referenziare massimo 220 celle di memoria
    • Dimensione memoria totale: 22º celle di memoria * 8bit = 1Mbyte

Memoria - Dati e Istruzioni

• La CPU 8086 riprende il modello di Von Neumann quindi nella memoria avrò:
  • dati + istruzioni registers 0720:000A 0720:000A H L AX 07 07200: BA 186 MOV DX, 00720h 07201: 20 032 SPA MOV DS, DX 07202: 07 007 BEEP MOV AX, 00700h CX 01 1F MOV DS, AX DX 07 25 07205: B8 184 MOV BX, 00001h CS 0720 07206: 00 000 NULL MOV [BX], CX IP 000A 07207: 07 007 BEEP MOV BX, 00001h SS 0710 07209: D8 216 MOV AL, [BX] MOV AH, 00h INT 016h SP 0720A : B9 185 T 0720B: FE 254 MOV AH, 04Ch BP 0720C: 20 032 SPA INT 021h SI 0720D: BB 187 NOP DI 0720E: 01 001 NOP DS 0700 07210: 89 137 ë NOP ES 0700 07211: OF 015 ¢ . . BX 07203: 8E 142 Ä 07204: DA 218 MOV CX, 020FEh 07208: 8E 142 Ä L'istruzione MOV CX, 020FEh è contenuta nella memoria nelle celle 0720Ah, 0720Bh, 0720Ch 0720F: 00 000 NULL NOP

Celle di memoria - Dato

• Se il dato è di 8bit (1byte) => 1 Cella di memoria
• Se il dato è di 16bit (2byte) => 2 Cella di memoria Random Access Memory 0720:0000 upda 0720:0000: BA 0720:0001: 20 0720:0002: 07 0720:0003: 8E 0720:0004: DA Il dato DA8Eh viene disposto in due celle:
• il primo byte nella cella 0720:0004
• il secondo byte nella cella 0720:0003

Gestione della memoria: Little-Endian

• Intel, Digital (poi HP) usano il formato little-endian
• Motorola, IBM usano il formato big-endian 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 . model small . data INIZIO DATA SEGMENT empty DB 10h dup (00h ) FINE DATA SEGMENT . code INIZIO CODE SEGMENT main proc MOV AX, @data MOV DS, AX MOV [0007h], ØAABBh 07105: 07106: 07107: 07108: 07109: 7 0710A: 00 000 000 BB AA 187 170 000 0 000

Celle di memoria - Istruzioni

• Le istruzioni hanno dimensione variabile da 1 a massimo 6 byte. registers H L AX 07 07200: BA 186 A MOV DX, 00720h 07201: 20 032 SPA BX 07202: 07 007 BEEP 07203: 8E 142 A MOV DS, AX 07 20 07205: B8 184 @ MOV BX, 00001h 0726 07206: 00 000 NULL 07207: 07 007 BEEP 000A 07208: 8E 142 Ä 0710 07209: D8 216 Ï SP 0166 0720A : B9 BP 0720C: 20 032 SPA SI 0720D: BB 18/ 1 0720E: 01 001 ( DI 0720F : 00 000 NULL NOP 07210: 89 137 ë NOP 07211: ØF 015 ¢ L'istruzione MOV CX, 020FEh occupa 3 byte, quindi 3 celle di memoria:
• la cella 0720Ah
• la cella 0720Bh
• la cella 0720Ch DS 0700 ES 0706 0720:000A 0720:000A MOV DS, DX MOV AX, 00700h 8 8868 CX DX CS IP 1F 07204: DA 218 r MOV CX, 020FEh MOV [BX], CX MOV BX, 00001h MOV AL, [BX] MOV AH, 00h INT 016h 185 1 0720B: FE 254 MOV AH, 04Ch INT 021h NOP NOP

Memoria - Segmentazione

(CS) (Code Segment) (DS) (Data Segment) (SS) (Stack Segment) (ES) (Extra Segment) Figure: Memory Segmentation (Code, Data, Stack and Extra Segments)

• La memoria è divisa in segmenti
• Dimensione massima di un segmento: 64KByte
• La memoria utilizzata da un programma è divisa in segmenti che contengono ciascuno un tipo di informazione:
  • o dati
  • o istruzioni
• L'8086 prevede 4 tipi di segmenti:
  • Code Segment
  • Data Segment
  • Stack Segment
  • Extra Segment

Memoria - Segmenti e Registri

• Per ognuno di questi segmenti esiste:
  • Un registro che contiene l'indirizzo base del segmento (l'indirizzo dell'inizio del segmento).
  • Un registro che contiene l'offset relativo a quel particolare segmento. registers H AX 07 BX CX 01 1F DX 07 20 CS 0720 IP 000A SS 0710 SP BP SI DI DS 0700 ES 0700
• Code Segment:
  • CS: è il registro che contiene l'indirizzo base del Code Segment.
  • IP: è il registro che contiene l'offset relativo al Code Segment.
• Warning: Non confondere il registro CS, con il segmento Code Segment
  • Nel registro CS c'è solo l'indirizzo base del Code Segment, mentre il vero Code Segment sta nella memoria e contiene le istruzioni del programma.
• Data Segment:
  • DS: è il registro che contiene l'indirizzo base del Data Segment.
• Warning: Non confondere il registro DS, con il Data Segment
  • Nel registro DS c'è solo l'indirizzo base del Data Segment, mentre il vero Data Segment sta nella memoria e contiene i dati del programma.

Memoria - Indirizzo Virtuale

• In 8086 un indirizzo di memoria è costruito:
  • Indirizzo Virtuale = Indirizzo Base : Offset
  • Dove
    • Indirizzo base: è l'indirizzo che indica l'inizio del segmento
    • Offset: è la distanza dall'inizio del segmento (dall'indirizzo base) registers 0720:000A 0720:000A H L AX 07 07200: BA 186 | 1 MOV DX, 00720h 07201: 20 032 SPA MOV DS, DX MOV AX, 00700h CX 01 1F 07203: 8E 142 / MOV DS, AX DX 07 20 MOV CX, 020FER CS 0720 07206: 00 000 NULL IP 000A 07208: 8E 142 A SS 0710 SF 0100 0720A: B9 185 0720B : FE 254 : BP 0720C : 20 032 SPA SI 0720D: BB 187 7 NOP DI 5555 0720E: 01 001 NOP DS 0706 07210: 89 137 ë NOP 0720=Indirizzo Base 000A=Offset (dista 10 celle dall'inizio del segmento) Indirizzo Virtuale= 0720:000A MOV [BX] CX MOV BX, 00001h MOV AL, [BX] MOV AH, 00h INT 016h MOV AH, 04Ch INT 021h 0720F: 00 000 NULL NOP ES 700 07211: 0F 015 ¢ BX 07202: 07 007 BEEP 07204: DA 218 r 07205: B8 184 @ MOV BX, 00001h 07207: 07 007 BEEP 07209: D8 216 Ï

  Trasformazione da Indirizzo Virtuale a Indirizzo Fisico

  • Formula: Indirizzo Fisico = Indirizzo base segmento x 10h + Offset registers 0720:000A 0720:000A AX 07 615 07200: BA 186 | MOV DX, 00720h 07201: 20 032 SPA MOV DS, DX MOV AX, 00700h CX 01 1F MOV DS, AX DX 07 26 CS 0720 07206: 00 000 NULL MOV [BX] CX IP 000A SS 0710 07209: D8 216 Ï SP 0100 0720A : B9 185 1 0720B: FE 254 0720C: 20 032 SPA SI 0720D: BB 187 1 0720E: 01 001 NOP DS 0700 07210: 89 137 ë ES 0700 07211: 0F 015 ¢ MOV AH, 04Ch INT 021h NOP DI 0720F: 00 000 NULL NOP NOP ... 0720=Indirizzo Base 000A=Offset Indirizzo Virtuale= 0720:000A Indirizzo Fisico= 0720 x 10h + 000Ah= 0720Ah MOV BX, 00001h MOV AL, [BX] MOV AH, 00h INT 016h BP DA 218 07205: B8 184 MOV CX, 020FEh 07203: 07204: MOV BX, 00001h 07207: 07 007 BEEP 07208: 8E 142 Ä