(第2講)第2章-微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)_補(bǔ)充8086內(nèi)存管理

1、第第2 2章章 微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)補(bǔ)充補(bǔ)充. 8088/8086存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理2.2.1 整數(shù)寄存器整數(shù)寄存器3. 段寄存器段寄存器本章內(nèi)容本章內(nèi)容2.1 微處理器功能結(jié)構(gòu)微處理器功能結(jié)構(gòu)2.1.1 微處理器基本結(jié)構(gòu)微處理器基本結(jié)構(gòu)2.1.2 8086的功能結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu)2.1.3 IA-32的功能結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu)2.2 IA-32微處理器寄存器微處理器寄存器2.2.1 整數(shù)寄存器整數(shù)寄存器2.2.2 浮點(diǎn)及多媒體寄存器浮點(diǎn)及多媒體寄存器2.3 微處理器存儲(chǔ)器組織微處理器存儲(chǔ)器組織2.3.1 IA-32工作方式工作方式2.3.2 實(shí)方式的邏輯段實(shí)方式的邏輯段2.3.3 保護(hù)方

2、式的段頁(yè)管理保護(hù)方式的段頁(yè)管理信息存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)p基本單位是二進(jìn)制位（基本單位是二進(jìn)制位（bit），表達(dá)），表達(dá)0或或1n1個(gè)個(gè)字節(jié)字節(jié)（Byte）p8 bitn1個(gè)個(gè)字字（Word）p16 bit=2 Byten1個(gè)個(gè)雙字雙字（Double Word）p32 bit= 4 Byten1個(gè)個(gè)4字字（Quad Word）p64bit= 8 Byte最低最低有效位有效位LSB：（Least Significant Bit ）最高最高有效位有效位MSB：（Most significant bit ）p現(xiàn)代計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器現(xiàn)代計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器n按按字節(jié)字節(jié)尋址尋址（Byte Addressable）p每個(gè)存儲(chǔ)單

3、元每個(gè)存儲(chǔ)單元一個(gè)字節(jié)，一個(gè)地址一個(gè)字節(jié)，一個(gè)地址存儲(chǔ)器管理Memory Management （ MM )補(bǔ)充補(bǔ)充1. 8088/8086存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理(補(bǔ)補(bǔ)1)p8088/8086的的主存主存尋址范圍尋址范圍(補(bǔ)補(bǔ)1)n地址線地址線p20位位n可尋址可尋址物理存儲(chǔ)物理存儲(chǔ)空間空間p220B物理物理地址范圍地址范圍00000HFFFFFH如何管理更有如何管理更有效？效？分段管理分段管理(補(bǔ)補(bǔ)1)p方法方法n物理物理空間劃分為段空間劃分為段p段段邏輯邏輯段段p作用作用n避免避免p信息混淆信息混淆n遵循遵循p模塊化程序設(shè)計(jì)思想模塊化程序設(shè)計(jì)思想物理地址空間物理地址空間如何劃分成如何劃分成邏

4、輯段邏輯段？如何形成如何形成邏輯地址邏輯地址？邏輯地址與物理地址的關(guān)系？邏輯地址與物理地址的關(guān)系？?jī)?nèi)存（主存）信息分類(lèi)內(nèi)存（主存）信息分類(lèi)(補(bǔ)補(bǔ)1)p代碼代碼n指令操作碼，即指令操作碼，即CPUCPU執(zhí)行的操作執(zhí)行的操作p數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)n數(shù)值和字符等，即程序加工對(duì)象數(shù)值和字符等，即程序加工對(duì)象p堆棧堆棧n臨時(shí)保存的返回地址或中間結(jié)果臨時(shí)保存的返回地址或中間結(jié)果8088/8086的的邏輯邏輯段及其功能段及其功能(補(bǔ)補(bǔ)1)p代碼段（代碼段（Code Segment）n存放指令代碼存放指令代碼p程序的指令代碼程序的指令代碼必須必須安排在代碼段安排在代碼段p數(shù)據(jù)段（數(shù)據(jù)段（Data Segment）n存放數(shù)

5、據(jù)存放數(shù)據(jù)p數(shù)據(jù)默認(rèn)存放在數(shù)據(jù)段，也可放在其他段數(shù)據(jù)默認(rèn)存放在數(shù)據(jù)段，也可放在其他段p堆棧段（堆棧段（Stack Segment）n堆棧區(qū)域堆棧區(qū)域p程序使用的堆棧程序使用的堆棧一定一定在堆棧段在堆棧段邏輯地址邏輯地址類(lèi)比：長(zhǎng)途電話號(hào)碼類(lèi)比：長(zhǎng)途電話號(hào)碼(補(bǔ)補(bǔ)1)區(qū)號(hào)區(qū)號(hào)05320532本地號(hào)本地號(hào) 8605752686057526撥出號(hào)碼撥出號(hào)碼05320532100000000100000000 8605752686057526 0532 86057526 0532 86057526段基地址段基地址段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址物理地址物理地址8088/8086的邏輯地址的邏輯地址(補(bǔ)補(bǔ)1)p編

6、程時(shí)使用編程時(shí)使用p構(gòu)成構(gòu)成n段地址段地址n段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址p表示方法表示方法n段地址：段內(nèi)偏移地址段地址：段內(nèi)偏移地址開(kāi)始開(kāi)始運(yùn)行運(yùn)行輸入輸入“debug”邏邏輯輯地地址址表表示示實(shí)實(shí)例例( (補(bǔ)補(bǔ)1)1)指令代碼指令代碼匯編語(yǔ)言指令匯編語(yǔ)言指令物理地址與邏輯地址的區(qū)別物理地址與邏輯地址的區(qū)別p物理地址物理地址n地址總線上地址總線上輸出輸出的地址，用于外部的地址，用于外部硬件硬件連接連接p邏輯地址邏輯地址n在微處理器在微處理器內(nèi)部?jī)?nèi)部、程序員、程序員編程編程時(shí)采用的地址時(shí)采用的地址由由 邏輯地址邏輯地址 計(jì)算計(jì)算 物理地址物理地址p關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞n物理地址：物理地址：PA，Physic

7、al Addressp20位位n邏輯地址：邏輯地址：Logical Addressp段地址（段基址）：段地址（段基址）：SA，Segment Address 16位位p有效地址（段內(nèi)偏移地址）：有效地址（段內(nèi)偏移地址）：EA，Effective Address 16位位p物理地址計(jì)算方法物理地址計(jì)算方法 物理地址段基址物理地址段基址10H+偏移地址偏移地址 PA SA EA10H：相當(dāng)于：相當(dāng)于 16 進(jìn)制數(shù)最低位后添進(jìn)制數(shù)最低位后添 1 個(gè)個(gè)“0” 2 4段基址段基址0 0 0 00 0 0 03 2 1 03 2 1 015 015 0偏移地址偏移地址基址加法器基址加法器物理地址物理地址0

8、 015150 01919物理地址的形成物理地址的形成邏輯地址邏輯地址.段基址段基址邏邏輯輯地地址址段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址5 5F62HF62H邏輯地址與物理地址邏輯地址與物理地址25F60H25F61H25F62H25F63H2000H5F62H20000H物理地址物理地址地址范圍地址范圍p物理地址（物理地址（20位，位，地址線上地址線上送出的存儲(chǔ)器送出的存儲(chǔ)器絕對(duì)地址絕對(duì)地址）n1MB（220B）存儲(chǔ)區(qū)中的某一單元的地址）存儲(chǔ)區(qū)中的某一單元的地址p0（220-1），即：），即：00000HFFFFFHp邏輯地址（邏輯地址（編程時(shí)編程時(shí)使用）使用）n段基地址段基地址(16位位)：段的起始地

9、址：段的起始地址p0（216-1），即：），即：0000HFFFFHn偏移地址偏移地址(16位位)：某段內(nèi)指定存儲(chǔ)單元到段基址的距離：某段內(nèi)指定存儲(chǔ)單元到段基址的距離p0（216-1），即：），即：0000HFFFFH1個(gè)邏輯段的最大容量個(gè)邏輯段的最大容量為（為（ ）64kB216Bp題題1：n每個(gè)存儲(chǔ)單元的每個(gè)存儲(chǔ)單元的物理物理地址是地址是唯一唯一的嗎？的嗎？p答：是答：是p題題2：n每個(gè)存儲(chǔ)單元的每個(gè)存儲(chǔ)單元的邏輯邏輯地址是地址是唯一唯一的嗎？的嗎？p答：不是答：不是p邏輯地址不唯一舉例：邏輯地址不唯一舉例：n物理地址：物理地址： 25F62Hn邏輯地址（邏輯地址（1）2000H : 5F

10、62Hn邏輯地址（邏輯地址（2）2011H : 5E52H2.2.1 整數(shù)寄存器整數(shù)寄存器 3. 段寄存器段寄存器p16位位p作用作用n存放段基址（指示邏輯段在主存的起始位置）存放段基址（指示邏輯段在主存的起始位置）n與其他寄存器等的內(nèi)容一起構(gòu)成與其他寄存器等的內(nèi)容一起構(gòu)成邏輯邏輯地址地址p段寄存器段寄存器8088/8086IA-32段寄存器段寄存器p16位位80 x86微處理器微處理器n代碼段寄存器代碼段寄存器CS：當(dāng)前：當(dāng)前代碼段代碼段的起始位置的起始位置n堆棧段寄存器堆棧段寄存器SS：當(dāng)前：當(dāng)前堆棧段堆棧段的起始位置的起始位置n數(shù)據(jù)段寄存器數(shù)據(jù)段寄存器DS：當(dāng)前：當(dāng)前數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段的起始位

11、置的起始位置n附加段寄存器附加段寄存器ES：當(dāng)前：當(dāng)前附加段附加段的起始位置的起始位置pIA-32微處理器微處理器增加增加n段寄存器段寄存器FS和和GS，屬于，屬于數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段性質(zhì)的段寄存器性質(zhì)的段寄存器p8088/8086無(wú)無(wú)這兩個(gè)寄存器這兩個(gè)寄存器代碼段代碼段數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段堆棧段堆棧段CSCSIPIPDSDSSI,DI或BXSI,DI或BXSSSSSP或BPSP或BP段寄存器和其他寄存器構(gòu)成邏輯地址段寄存器和其他寄存器構(gòu)成邏輯地址8088/8086 段基址、偏移地址和物理地址的關(guān)系段基址、偏移地址和物理地址的關(guān)系操作類(lèi)型操作類(lèi)型段基址段基址(默認(rèn)默認(rèn))段基址段基址(替換替換)偏移地址偏移地址

12、物理地址物理地址取指令取指令CS無(wú)無(wú)IP(CS) 16d+(IP)堆棧操作堆棧操作SS無(wú)無(wú)SP(SS) 16d+(SP)BP間址間址SSCS,DS,ES有效地址有效地址EA(SS) 16d+EA存取變量存取變量DSCS,ES,SS有效地址有效地址EA(DS ) 16d+EA源字符串源字符串DSCS,ES,SSSI(DS) 16d+(SI)目標(biāo)字符串目標(biāo)字符串ES無(wú)無(wú)DI(ES) 16d+(DI)段段缺省缺省和段和段替換替換規(guī)則規(guī)則p段缺省段缺省n段寄存器名不出現(xiàn)在指令機(jī)器碼和匯編格式中，段寄存器名不出現(xiàn)在指令機(jī)器碼和匯編格式中，操作性質(zhì)隱含指定。操作性質(zhì)隱含指定。p搭配規(guī)則搭配規(guī)則n段寄存器和

13、指針、變址寄存器有較固定的配用段寄存器和指針、變址寄存器有較固定的配用關(guān)系。關(guān)系。p替換規(guī)則替換規(guī)則n在指令之前加上在指令之前加上“CS”CS”，“DS”“DS”，“SS”“SS”等段等段前綴，以指定的段寄存器替代隱含的段寄存器。前綴，以指定的段寄存器替代隱含的段寄存器。IA-32邏輯段的邏輯地址邏輯段的邏輯地址p代碼段代碼段nCS EIPp下一條下一條要執(zhí)行要執(zhí)行邏輯段的邏輯地址邏輯段的邏輯地址p堆棧段堆棧段nSS ESP操作堆棧中的數(shù)據(jù)操作堆棧中的數(shù)據(jù)p堆棧中的數(shù)據(jù)地址堆棧中的數(shù)據(jù)地址 SS堆棧段的段地址堆棧段的段地址 ESP棧頂?shù)钠频刂窏ｍ數(shù)钠频刂穚數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段n默認(rèn)通過(guò)默認(rèn)通過(guò)DS

14、 EA，也可通過(guò)，也可通過(guò)ES/FS/GS或或SS/CS EA讀取數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)nDS/ES/FS/GS或或SS/CS數(shù)據(jù)所在邏輯段的段地址數(shù)據(jù)所在邏輯段的段地址存儲(chǔ)器分段的一般規(guī)律存儲(chǔ)器分段的一般規(guī)律p獨(dú)立分開(kāi)獨(dú)立分開(kāi)p連續(xù)連續(xù)p重疊（部分重疊或完全重疊）重疊（部分重疊或完全重疊）n例如例如p數(shù)據(jù)段和附加段完全重疊數(shù)據(jù)段和附加段完全重疊p堆棧段和附加段部分重疊堆棧段和附加段部分重疊對(duì)一個(gè)具體的存儲(chǔ)單元，可以屬于對(duì)一個(gè)具體的存儲(chǔ)單元，可以屬于一個(gè)一個(gè)邏輯段，邏輯段，也可以同時(shí)屬于也可以同時(shí)屬于幾個(gè)幾個(gè)邏輯段。邏輯段。例例1：存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器(獨(dú)立分開(kāi)獨(dú)立分開(kāi))0150H0150H4200H4200

15、H1CD0H1CD0HB000HB000H段寄存器段寄存器CSCSDSDSSSSSESES64KB64KB代碼代碼64KB64KB堆棧堆棧64KB64KB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)64KB64KB附加數(shù)據(jù)附加數(shù)據(jù)01500H01500H1CD00H1CD00H42000H42000HB0000HB0000H114FFH114FFH2CCFFH2CCFFH51FFFH51FFFHBFFFFHBFFFFH段首地址段首地址 段尾地址段尾地址例例2：存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器(重疊重疊)0200H0200H0400H0400H0480H0480H0490H0490H段寄存器段寄存器CSCSDSDSSSSSESES8KB8KB代碼代

16、碼2KB2KB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)256B256B堆棧堆棧02000H02000H04000H04000H04800H04800H存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器11FFFH11FFFH13FFFH13FFFH147FFH147FFH段首地址段首地址 段尾地址段尾地址存儲(chǔ)器分段存儲(chǔ)器分段舉例舉例p例例1 1：若：若CS=FFFFHCS=FFFFH，IP=0000HIP=0000H，求指令所在存儲(chǔ)單，求指令所在存儲(chǔ)單元的物理地址。元的物理地址。PA= (CS) PA= (CS) 10H + IP = FFFF0H10H + IP = FFFF0Hp例例2 2：已知：已知CS=1055HCS=1055H，DS=250AHDS=2

17、50AH，ES=2EF0HES=2EF0H，SS=8FF0HSS=8FF0H，DSDS段有一操作數(shù)，其偏移地址段有一操作數(shù)，其偏移地址=0204=0204H H。1)1)畫(huà)出各段在內(nèi)存中的分布畫(huà)出各段在內(nèi)存中的分布2)2)指出各段首地址指出各段首地址3)3)該操作數(shù)的物理地址該操作數(shù)的物理地址= =？解：解： 各段分布及段首址見(jiàn)右圖所示。各段分布及段首址見(jiàn)右圖所示。操作數(shù)的物理地址為：操作數(shù)的物理地址為：250250AHAH10H+0204H = 252A4H10H+0204H = 252A4H10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS CSDSES(2054F)(2054F)(3509F)(3509F)(3EEFF)(3EEFF)(9FEFF)(9FEFF)存儲(chǔ)器分段的好處存儲(chǔ)器分段的好處p大