IBM-PC(80x86)匯編語言與接口技術(shù)第2章80x86計算機組織課件

1、第2章 80 x86計算機組織結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標了解計算機系統(tǒng)的主要組成部分；熟悉8086各類寄存器的用途；熟悉標志寄存器各標志位的意義。 掌握存儲器地址分段的方法以及存儲單元物理地址的形成方法；第2章 80 x86計算機組織結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標2.1 80 x86 微處理器80X86微處理器系列是美國Intel公司從20世紀70年代開始研制的微處理器的總稱 8086是1978年Intel公司推出的16位微處理器。（1）8086有16位數(shù)據(jù)總線，處理器與外部傳送數(shù)據(jù)時，一次可傳送16位二進制數(shù)。 （2）8086有20位地址總線，尋址空間提高到1M字節(jié)。 （3）8086采用了流水線技術(shù)，可以實現(xiàn)處理器的內(nèi)部操

2、作與存儲器或I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作重疊進行，從而提高了處理器的性能。 2.1 80 x86 微處理器80X86微處理器系列是美國IIntel公司在1982年推出了80286微處理器，它仍然是16位結(jié)構(gòu)。80286的內(nèi)部及外部數(shù)據(jù)總線都是16位的，但它的地址線是24位的，可尋址16M字節(jié)的存儲空間。80286有兩種工作方式，即實模式和保護模式：實模式與8086工作方式相同，但速度比8086快。保護模式除了仍具有16M字節(jié)的存儲器物理地址空間外，她還能為每個任務(wù)提供1G字節(jié)的虛擬存儲器地址空間。保護方式把操作系統(tǒng)及各任務(wù)所分配到的地址空間隔離開，避免程序之間的相互干擾，保證系統(tǒng)在多任務(wù)環(huán)境下

3、正常工作。Intel公司在1982年推出了80286微處理器，它仍然是80386是1985年研制出的一個32位微處理器，內(nèi)部及外部數(shù)據(jù)總線均為32位，地址線也為32位，因此它可處理4G（232）字節(jié)的物理存儲空間。1989年Intel公司又研制出新一代的微處理器80486，80486芯片內(nèi)除了有一個與80386相同結(jié)構(gòu)的主處理器外，還集成了一個浮點處理部件FPU以及一個8K字節(jié)的高速緩沖存儲器（cache），使80486的計算速度和總體性能比80386有了明顯的提高。80386是1985年研制出的一個32位微處理器，內(nèi)部及外部1993年Intel公司又推出了Pentium微處理器，此后幾乎每兩

4、年就推出一個新型號。由此可見，微處理器芯片的發(fā)展速度是非?？斓?。在微處理器的發(fā)展過程中，芯片主頻越來越快，尋址空間越來越大，數(shù)據(jù)和地址總線也越來越寬，加之許多體系結(jié)構(gòu)方面的改進措施，如流水線結(jié)構(gòu)、存儲器層次結(jié)構(gòu)等，使微計算機的性能大大提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛。 1993年Intel公司又推出了Pentium微處理器，此2.2 基于微處理器的 計算機系統(tǒng)的構(gòu)成硬件：中央處理機 CPU總線控制 邏輯接 口接 口存儲器大容量存儲器I/O設(shè)備I/O子系統(tǒng)系統(tǒng)總線.軟件：系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件2.2 基于微處理器的 計算機系統(tǒng)的構(gòu)成硬件：中央處理機總線2.3 中央處理器CPU組成：算術(shù)邏輯部件ALU：算術(shù)

5、和邏輯運算 控制器：負責(zé)全機的控制作用 寄存器：暫存數(shù)據(jù)2.3 中央處理器IBMPC(80 x86)匯編語言與接口技術(shù)-第2章-80 x86計算機組織8086/8088寄存器組：數(shù)據(jù)寄存器：指針及變址寄存器：SP、BP、SI、DI段寄存器： CS、DS、SS、ES控制寄存器： IP（即PC）、FLAGS AX BX CX DX AH AL BH BL CH CL DH DL 高8位 低8位8086/8088寄存器組： 標志寄存器 ( FLAGS / PSW ） 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 條件碼標志： 控制標志：OF 溢出標志 DF 方向標志 S

6、F 符號標志 IF 中斷標志ZF 零標志 TF 陷阱標志CF 進位標志AF 輔助進位標志PF 奇偶標志OF DF IF TF SF ZF AF PF CF例：ADD AX, BX JO / JC ERROR ?標志寄存器 ( FLAGS / PSW ） 15 通用寄存器組（數(shù)據(jù)寄存器組）： AX,BX,CX,DX。用來暫時存放計算過程中所用到的操作數(shù)，結(jié)果或信息。它們都可以字（16位）或字節(jié)（8位）形式訪問，比如：AX,AH,AL,BX,CX,DX,DH,DL。這些都是通用寄存器又可用于各自的專用寄存器。通用寄存器組（數(shù)據(jù)寄存器組）： AX,BX,CX,DX。用來AX: 累加器，算術(shù)運算的主要

7、寄存器.所有的I/O指令都通過它與外設(shè)傳送信息。BX: 在計算存儲器地址時，經(jīng)常用作基址寄存器。CX: 在循環(huán)（Loop)和串處理指令中用作隱含的計數(shù)器。DX: 一般在做雙字長運算時把DX和AX組合在一起存放一個雙字長數(shù)，DX放高16位；對某些I/O操作，DX可用來存放I/O的端口地址。AX: 累加器，算術(shù)運算的主要寄存器.所有的I/O指令都通過指針和變址寄存器：SP、BP、SI、DI四個16位寄存器可以象數(shù)據(jù)寄存器一樣在運算過程中存放操作數(shù)，但它們只能以字（16位）為單位使用。在存儲器尋址時，提供偏移地址。因此，可稱為指針或變址寄存器。指針和變址寄存器： SP稱為堆棧指針寄存器，用來指出棧頂

8、的偏移地址。 BP稱為基址指針寄存器，在尋址時作為基地址寄存器使用，但它必須與堆棧段寄存器SS聯(lián)用來確定堆棧段中的存儲單元地址。SI為源變址寄存器，在串處理指令中，SI作為隱含的源變址寄存器與DS聯(lián)用，以確定數(shù)據(jù)段中的存儲單元地址，并有自動增量和自動減量的變址功能。DI為目的變址寄存器，在串處理指令中，DI和附加段寄存器ES聯(lián)用，以達到在附加段中尋址的目的，然后DI自動增量或減量。 SP稱為堆棧指針寄存器，用來指出棧頂?shù)钠频刂贰?BP,SP: 堆棧指針寄存器，SP+SS在RAM中建立堆棧，并通過棧頂來存取堆棧中的數(shù)據(jù)。BP+SS不通過棧頂存取堆棧中某單元的信息。BP,SP: 堆棧指針寄存器，

9、段寄存器：CS:代碼段寄存器 DS:數(shù)據(jù)段寄存器SS:堆棧段寄存器 ES:附加段寄存器16位寄存器,用來標識當(dāng)前代碼段,數(shù)據(jù)段,堆棧段和附加段。功能：主要是使8088CPU對IBM PC內(nèi)存的不同段進行讀寫。段寄存器：控制寄存器：IP和PSWIP指令指針寄存器（即PC，存放代碼段中的偏移地址），在程序執(zhí)行過程中，它始終指向下一條指令的首地址，它與CS寄存器聯(lián)用取得確定的下一條指令在存儲器中的物理地址，控制器可取得下一條執(zhí)行指令，控制器一旦取得這條指令。就馬上修改IP的內(nèi)容，使之指向下一條指令的首地址?？刂萍拇嫫鳎篒P和PSWPSW程序狀態(tài)字寄存器（標志寄存器）（16位）由條件標志和控制標志構(gòu)成

10、。OF DFIFTFSFZFAFPFCF 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0條件碼標識：條件碼標識（6個），用來記錄程序運行和狀態(tài)信息。這些信息往往作為條件轉(zhuǎn)移指令的控制條件。PSW程序狀態(tài)字寄存器（標志寄存器）（16位）由條件標志和控OF 溢出標志 OF=0: -128=B=127 -32768=W=+32767； 否則 OF=1SF 符號標志 與運算結(jié)果的最高位相同ZF 零標志 ZF=1：結(jié)果為0；否則ZF=0AF 輔助進位標志 中間位向高位進位或借位 時，AF=1；否則 AF=0 PF 奇偶標志 操作數(shù)中1的個數(shù)為偶 PF=1 CF 進位標志 CF

11、=1：最高有效位有進位OF 溢出標志 OF=0: -128=B=127注意：解有符號數(shù)的算術(shù)運算，必須根據(jù)OF是“1”還是“0”決定是否溢出。對于無符號的算術(shù)運算，必須根據(jù)CF是“1”還是“0”來決定是否溢出。進位和溢出是兩個不同性質(zhì)的標志不要混淆注意：確定CF和OF的值：字節(jié)（-1）+（-1）=-2的有符號數(shù)運算 11 11 11 11 + 11 11 11 11 CF=1 OF=0 無溢出 1 11 11 11 10確定CF和OF的值：(150)+(150)=300的無符號數(shù)運算（根據(jù)CF判斷） 1001 0110 + 1001 0110 CF = 1 有溢出 1 0010 1100 OF

12、 = 0(+100)+(+100)=200的有符號數(shù)運算（根據(jù)OF判斷） 0110 0100 + 0110 0100 CF = 0 0 1100 1000 OF = 1 有溢出(150)+(150)=300的無符號數(shù)運算（根據(jù)CF判斷）控制標志:DF 方向標志 DF=1 (DOWN方向減量) DF=0 (UP方向增量)IF 中斷標志 IF=1 (CPU響應(yīng)外部中斷請求) STI（D） IF=0 (CPU不響應(yīng)外部中斷請求) CLI （D）TF 追蹤標志 TF=1（CPU單步操作） TF=0 (連續(xù)操作)控制標志:80 x86的寄存器結(jié)構(gòu)80 x86的程序可見寄存器組通用寄存器專用寄存器段寄存器

13、 AH AX AL BH BX BL CH CX CL DH DX DL SP BP SI DI IP FLAGS CS DS SS ES8086 /8088 /80286 寄 存 器EAXEBXECXEDXESPEBPESIEDIEIP EFLAGS FSGS 31 16 15 8 7 080 x86的寄存器結(jié)構(gòu)80 x86的程序可見寄存器組 AH OFDFIFTFSFZF AF PF CF 8086/8088OFDFIFTFSFZF AF PF CF IOPLNT 80286 RF OFDFIFTFSFZF AF PF CF IOPLNTVM 80386 RF OFDFIFTFSFZF A

14、F PF CF IOPLNTVMAC 80486 RF OFDFIFTFSFZF AF PF CF IOPLNTVMACIDVIPVIF31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Pentium80 x86的標志寄存器 (P.23)IOPL： I/O特權(quán)級 VIP：虛擬中斷未決標志 NT： 嵌套任務(wù)標志 VIF：虛擬中斷標志 RF： 重新啟動標志 VM：虛擬8086模式位 AC： 對準檢查方式位 ID： 標識標志 OFDFIFTFSFZF AF PF CF 8086/

15、寄存器與存儲器的比較： 寄 存 器 存 儲 器 在CPU內(nèi)部 在CPU外部訪問速度快 訪問速度慢容量小，成本高 容量大，成本低用名字表示 用地址表示沒有地址 地址可用各種方式形成 寄存器與存儲器的比較：在CPU內(nèi)部 2. 4 存儲器8086存儲單元的地址和內(nèi)容： 存儲器以字節(jié)（8 bit）為編程單位 每個字節(jié)單元都有唯一的地址編碼 地址用無符號整數(shù)來表示（編程用十六進制表示） 一個字要占用相繼的兩個字節(jié) 低位字節(jié)存入低地址，高位字節(jié)存入高地址 字單元地址用它的低地址來表示 機器以偶地址訪問（讀 / 寫）存儲器2. 4 存儲器8086存儲單元的地址和內(nèi)容： 存儲器計算機存儲信息的基本單位是位、字

16、節(jié)和字。在8086的16位系統(tǒng)中，每位是一個二進制數(shù)，一位可存儲一個二進制數(shù)0或1，每8位組成一個字節(jié)，兩個字節(jié)組成一個字。4個字節(jié)組成一個雙字。8個字節(jié)組成一個4字。計算機存儲信息的基本單位是位、字節(jié)和字。IBMPC(80 x86)匯編語言與接口技術(shù)-第2章-80 x86計算機組織在存儲器里以字節(jié)為單位存儲信息，為了正確存放或取得信息，每一個字節(jié)單元給一個存儲器地址。地址從0開始編號，順序的每次加1無符號的二進制數(shù)，一般以十六進制方式書寫。在存儲器里以字節(jié)為單位存儲信息，為了正確存放或取得信息，每一16位二進制可標識多少單元的地址：216 個。則16位（一個字長）可表示的地址范圍有0-655

17、351024=1k=210為存儲器容量的基本單位，那么65535個字節(jié)單元的存儲器容量為64k （210+6=210*26=64*210）地址編號的范圍（十六進制表示）0000H-FFFFH16位二進制可標識多少單元的地址：216 個。則16位（一一個存儲單元中存放的信息為該存儲單元的內(nèi)容，字的存入如圖所示：低字節(jié)存入低地址（0010)w=1234H 0010H（0010)b=34H 0011H3412一個存儲單元中存放的信息為該存儲單元的內(nèi)容，字的存入如圖所示如果用x表示地址；那么（x)表示該單元的內(nèi)容。 (0010)=1234H 0010H (0010)=(1234)=2F1EH 1234

18、2F1E1234H如果用x表示地址；那么（x)表示該單元的內(nèi)容。 12342同一個地址既可看作字節(jié)單元的地址，又可作為字單元的地址。機器里訪問存儲器（要求存數(shù)或取數(shù)）都是以字為單位進行的。即：機器是以偶地址訪問存儲器的，這樣，對于奇地址的字單元，要取一個字需要訪問二次存儲器。同一個地址既可看作字節(jié)單元的地址，又可作為字單元的地址。存儲器分段由于8086/8088有20條地址線，且存儲器是以字節(jié)為單位，故其直接尋址能力可達1MB（220字節(jié)），而8088CPU內(nèi)部的EU只能進行16位運算，與地址有關(guān)的寄存器也都是16位，那么如何得到20位地址？地址分段的范圍 00000H-FFFFFH存儲器分段

19、存儲器的分段：20 根地址線： 地址范圍 00000H FFFFFH （1MB）機器字長16位：僅能表示地址范圍 0000H FFFFH （64KB)小段：每16個字節(jié)為一小段（因為規(guī)定段的首地址必須能夠被16整除），共有64K個小段 小段的首地址 00000 H 0000F H 00010 H 0001F H 00020 H 0002F H FFFF0 H FFFFF H 段起始地址：小段首地址段的大?。?64K 范圍內(nèi)的任意字節(jié)（最大為64k）存儲器的分段：20 根地址線： 地址范圍 00000H物理地址：是由8086的地址引線送出的20位地址碼，可寫成5位的十六進制數(shù)。邏輯地址：段地址+

20、偏移地址段首地址（段地址）：可用16位表示。段內(nèi)相對于段首地址的偏移值（偏移地址）：16位表示。物理地址：是由8086的地址引線送出的20位地址碼，可寫成5存儲器的邏輯地址與物理地址 10011111 00100110 01001000邏輯地址段地址 : 偏移地址 1000 : 0000H 1000 : 0001H1000 : 0002H1000 : 0003H1000 : 0004H1000 : 0005H 物理地址10000H10001H10002H10003H 10004H10005H 10000011 01011100 10100010字節(jié)內(nèi)容（10000H）9FH；（10001H）2

21、6H字內(nèi)容 （10000H）269FH；（10001H）4826H訪問兩次內(nèi)存存儲器的邏輯地址與物理地址 10011111 00100段地址放入段寄存器CS，DS，SS，ES20位物理地址的計算方法為：將段地址后添加4位零，再加上偏移地址值。 16*段地址+偏移地址=物理地址 16位段地址 0000 + 16位偏移地址 20位物理地址例：(DS) = 2100H, (BX) = 0500H (PA) = 21000H+0500H = 21500H 段地址放入段寄存器CS，DS，SS，ES例：(DS) = 2不不存儲器的邏輯分段： 存儲器64KB代碼01500H42000H1CD00H0150H4200H1CD0H段寄存器CSDSSSES64KB堆棧64KB數(shù)據(jù) 64KB附加數(shù)據(jù)B0000HB000H一般情況下，各段在存儲器中的分配是由操作系統(tǒng)負責(zé)的，但是，也允許程序員用操作命令來指定所需占用的內(nèi)存區(qū)。存儲器的邏輯分段： 存儲器64KB代碼01500H42000