匯編語言與接口技術(shù)(第二章)

1、匯編語言與接口技術(shù),主講教師 張玉琢,第二章 80 x86微處理器,教學(xué)目標(biāo)及要求： 80 x86cpu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；存儲器結(jié)構(gòu)、存儲地址，存儲分段及物理地址的生成。,教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 熟練掌握80 x86/80 x88cpu各寄存器的作用 存儲器分段及存儲單元物理地址的計算,教學(xué)時數(shù)：2,2.1 Pentium微處理器的功能結(jié)構(gòu), 總線接口單元 實現(xiàn)微處理器與系統(tǒng)總線的連接，包括64位數(shù)據(jù)線，32位地址線和眾多信號線，實現(xiàn)微處理器與外部的信息交換。 分段單元和分頁單元 分段單元將程序提供的邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址，分頁單元將線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址。 U流水線和V流水線 指令Cache與數(shù)據(jù)Cac

2、he 減少指令預(yù)取和數(shù)據(jù)存取操作之間發(fā)生的沖突,2.1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu),指令預(yù)取單元、指令譯碼單元和控制ROM 指令預(yù)取單元從指令Cashe中預(yù)取兩條指令；經(jīng)指令譯碼單元譯碼后（若是復(fù)雜指令，轉(zhuǎn)換為一條或多條微指令后)，分別送到U和V流水線執(zhí)行。 控制單元 控制U和V兩條流水線、浮點(diǎn)處理單元的正常運(yùn)行。 分支轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器 預(yù)測分支轉(zhuǎn)移指令是否發(fā)生轉(zhuǎn)移 浮點(diǎn)處理單元,2.1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu),1、超標(biāo)量流水線,2.1.2 Petium微處理器的先進(jìn)技術(shù),超標(biāo)量：配置多個執(zhí)行部件和指令譯碼電路，能同時執(zhí)行 多條指令。,Pentium由三個執(zhí)行單元組織而成，一個執(zhí)行浮點(diǎn)指令，另兩個執(zhí)行整型指令（U流水線

3、和V流水線），這意味著Pentium同時可以執(zhí)三條指令。,Pentium的整數(shù)運(yùn)算流水線含5個流水線級，浮點(diǎn)運(yùn)算流水線含8個流水線級。,2、分支轉(zhuǎn)移的動態(tài)預(yù)測 可加速程序的執(zhí)行。,3、獨(dú)立的指令Cashe和數(shù)據(jù)Cashe,2.1.2 Petium微處理器的先進(jìn)技術(shù),能迅速地將指令或數(shù)據(jù)的線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址,4、重新設(shè)計的浮點(diǎn)單元,1. 寄存器結(jié)構(gòu),指令指針I(yè)P 段寄存器CS,DS,SS,ES,FS,GS 通用寄存器EAX,EBX,ECX,EDX 變址寄存器ESI,EDI 指針寄存器EBP,ESP 標(biāo)志寄存器FLAGS 控制寄存器0(CR0),CR0的第0位叫保護(hù)允許位(PE)， PE用于對

4、實模式和保護(hù)模式進(jìn)行 切換，PE置0時選擇實模式運(yùn)行,2.2 pentium 的寄存器,通用寄存器共8個：AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI，均為16位。 AX,BX,CX,DX均可分成高8位和低8位，作為獨(dú)立的8位寄存器使用：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL AX累加器，BX基址寄存器 CX計數(shù)寄存器，DX數(shù)據(jù)寄存器 SP堆棧指示器，BP基址指示器 SI源變址寄存器，DI目的變址寄存器,1.通用寄存器參與算術(shù)與邏輯運(yùn)算,EIP 硬件電路，能自動跟蹤指令地址。 在開始執(zhí)行程序時,賦給EIP第一條指令的地址,然后每取一條指令,EIP的值就自動指向下一條將要執(zhí)行的指令的地

5、址。,2.指令指示器EIP(instruction point),EIP的低16位是IP，可單獨(dú)使用,當(dāng)微處理器工作在實地址方式下，EIP就是16位的IP,9個標(biāo)志位，其中6個狀態(tài)標(biāo)志，3個控制標(biāo)志,3.狀態(tài)標(biāo)志寄存器(status flags)（p28圖1-13）,進(jìn)位標(biāo)志位CF 加減運(yùn)算執(zhí)行后，最高位有進(jìn)位或借位，CF=1；無進(jìn)位或借位，CF=0 主要用于多字節(jié)加減運(yùn)算 輔助進(jìn)位標(biāo)志位AF 最低4位D3D0位有進(jìn)位或借位，AF=1；無進(jìn)位或借位，AF=0 用于BCD數(shù)的算術(shù)運(yùn)算(調(diào)整)指令,（1）狀態(tài)標(biāo)志,反映cpu執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算后的結(jié)果,溢出標(biāo)志位OF 運(yùn)算結(jié)果超出了機(jī)器數(shù)所能表示的

6、數(shù)的范圍OF=1；反之，OF=0 該標(biāo)志表示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生了溢出 符號標(biāo)志位SF 結(jié)果為負(fù)數(shù)，SF=1；結(jié)果為正數(shù)，SF=0 零標(biāo)志位ZF 結(jié)果為0，ZF=1；結(jié)果不為0，ZF=0 奇偶標(biāo)志位PF 結(jié)果低八位中1的個數(shù)為偶數(shù)，PF=1；為奇數(shù)，PF=0。用于檢查數(shù)據(jù)在傳送過程中是否發(fā)生錯誤,方向標(biāo)志位DF 控制數(shù)據(jù)串操作指令的步進(jìn)方向 DF=1,地址增址;DF=0,地址減址 中斷允許標(biāo)志位IF 控制CPU是否開中斷. IF=1, CPU開中斷 IF=0, CPU關(guān)中斷 追蹤標(biāo)志位TF（陷阱標(biāo)志位） TF=1，CPU單步執(zhí)行程序，常用于程序的調(diào)試 TF=0，CPU正常執(zhí)行程序,（2）控制標(biāo)志,

7、用于控制CPU的操作。,狀態(tài)標(biāo)志寄存器(status flags),匯編程序調(diào)試軟件DEBUG中提供了測試標(biāo)志位的方法，標(biāo)志位0或1是用兩個字母來表示的。,用來存放段地址 存儲器分段管理，段的起始地址的高16位稱該段的段地址,偏離段首址的字節(jié)數(shù)為偏移地址(16位). CS-代碼段寄存器-存放代碼段的段地址 SS-堆棧段寄存器-存放堆棧段的段地址 DS-數(shù)據(jù)段寄存器-存放數(shù)據(jù)段的段地址 ES-附加數(shù)據(jù)段寄存器-存放附加數(shù)據(jù)段的段地址,4.段寄存器段地址和偏移地址,存儲器段的劃分如圖所示： 8086/8088可尋址220=1M字節(jié)，分為216=64K個段，每一段最多可尋址216=64K個單元 存儲

8、器的分段并不是惟一的 每個段地址的低4位全為0,實地址下存儲器分段和物理地址的生成 實地址下存儲器分段,存儲單元地址的兩種表示形式: 物理地址-用唯一的20位二進(jìn)制數(shù)表示.CPU訪問時用物理地址 邏輯地址-段地址:偏移地址 程序中使用邏輯地址 物理地址的形成： 段地址左移4位(*10H)+16位偏移地址 例： 0001H：0010H對應(yīng)的 物理地址為00010H+0010H=00020H,實地址下物理地址的生成,主要用于存放程序和數(shù)據(jù),存儲單元 單元地址,存儲器(memory),【補(bǔ)充】 存儲器編址,8086/8088系統(tǒng)中的存儲器是以8位(一個字節(jié))為一個存儲單元編址的。每一個存儲單元用唯一的一個地址碼來表示。一個字即16位的數(shù)據(jù)占據(jù)連續(xù)的兩個單元。這兩個單元都有各自的地址，處于低地址的字節(jié)的地址為這個字的地址。在存儲器中，任何連續(xù)存放的兩個字節(jié)都可以稱為一個字。將偶數(shù)地址的字稱為規(guī)則字，奇數(shù)地址的字稱為非規(guī)則字。高地址的字節(jié)為高位字節(jié)，低地址的字節(jié)為低位字節(jié)。,【補(bǔ)充】 存儲器編址,如：00000H地址中存放一個字2301H，則00000H單元中存放01H，00001H單元中存放23H 字