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1、4.2.1 80x86 CPU的寄存器 180x86 CPU的寄存器分类 80x86 CPU的内部寄存器可分为以下3大类： 基本结构寄存器组 ：通用寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器、段寄存器。 系统级寄存器组 ：系统地址寄存器、控制寄存器、测试寄存器、调试寄存器。 浮点寄存器组 ：数据寄存器、标记字寄存器、指令和数据指针寄存器、控制字寄存器。,4.2 80x86 CPU的寄存器和主存储器,2基本结构寄存器组 基本结构寄存器组如右图所示： 通用寄存器； 指令指针寄存器； 标志寄存器； 段寄存器 。,（1）通用寄存器 图中除阴影区以外的寄存器是8086/8088和80286所具有的寄存器，它们都
2、是16位寄存器。其中4个16位的寄存器AX、BX、CX、DX可称为数据寄存器。这4个寄存器都是通用寄存器，但它们又可以用于各自的专用目的。 AX（Accumulator）作为累加器用。在乘除等指令中指定用来存放操作数。另外，所有的I/O 指令都使用这一寄存器与外部设备传送信息。 BX（Base）可以作为通用寄存器使用。此外，在计算存储器地址时，它经常用作基址寄存器。 CX（Count）可以作为通用寄存器使用。此外，它还常用来保存计数值，如在移位指令、循环（LOOP）和串处理指令中用作隐含的计数器。 DX可以作为通用寄存器使用。一般在做双字长运算时把DX和AX组合在一起存放一个双字长数，DX用来
3、存放高位字。此外，对某些I/O 操作，DX可用来存放I/O 的端口地址。,SP、BP、DI、SI 这4个16位寄存器可以像数据寄存器一样在运算过程中存放操作数，但它们只能以字（16位）为单位使用。此外，它们更经常的用途是在存储器寻址时，提供偏移地址。因此，可称它们为指针或变址寄存器。 （2）指令指针寄存器和标志寄存器 IP（Instruction Pointer）为指令指针寄存器，它用来存放代码段中的偏移地址。IP作为指令的地址指针，其作用类似于其他计算机中的程序计数器PC，当现行指令执行完毕时，由IP提供下一条指令地址。 FLAGS为标志寄存器，又称PSW（Program Status Wo
4、rd），即程序状态寄存器。这是一个存放条件码标志、控制标志和系统标志的寄存器。 80386及其后继机型的指令指针寄存器EIP和标志寄存器EFLAGS是32位的，其作用和相应的16位寄存器相同。,下图说明了80x86 CPU中标志寄存器的内容：, 条件码标志包括以下6位： OF（Over Flow Flag） 溢出标志。将参加算术运算的数看作带符号数，如运算结果超出补码表示数的范围N，即溢出时，则OF置1；否则OF置0。对于字节运算有128N+127；对于字运算有32768N+32767。 SF（Sign Flag） 符号标志。把指令执行结果看作带符号数，如结果为负，则SF置1；结果为正，则SF
5、置0。 ZF（Zero Flag） 零标志。如指令执行结果各位全为0时，则ZF置1；否则ZF置0。 CF（Carry Flag） 进位标志。在进行算术运算时，如最高位（对字操作是第15位，对字节操作是第7位）产生进位或借位时，则CF置1；否则置0。在移位类指令中，CF用来存放移出的代码（0或1）。 AF（Auxiliary Carry Flag） 辅助进位标志。在进行算术运算时，如低字节中低4位（第3位）产生进位或借位时，则AF置1；否则AF置0。AF可用于十进制运算的校正。 PF（Parity Flag） 奇偶标志。用来为机器中传送信息时可能产生的代码出错情况提供检验条件。当运算结果中1的个
6、数为偶数时置1，否则置0。, 控制标志位1位 DF（Direction Flag）方向标志，用来在串处理指令中控制处理信息的方向。当DF位为1时，每次操作后使变址寄存器SI和DI减小，这样就使串处理从高地址向低地址方向处理。当DF位为0时，则使SI和DI增大，使串处理从低地址向高地址方向处理。 系统标志位有10位： TF（Trap Flag） 陷阱标志，用于调试时的单步方式操作。 IF（Interrupt Flag） 中断标志 。 IOPL（I/O Privilege Level） I/O特权级标志 。 NT（Nested Task） 嵌套任务标志，用来表示当前的任务是否嵌套在另一任务内。,R
7、F（Resume Flag） 恢复标志位，它与调试寄存器的断点一起使用，以保证不重复处理断点。 VM（Virtual-8086 Mode） 虚拟8086模式位 。 AC（Alignment Check mode） 对准检查方式位 。 VIF（Virtual Interrupt Flag） 虚拟中断标志。 VIP（Virtual Interrupt Pending flag） 虚拟中断未决标志。 ID（IDentification flag） 标识标志，程序有设置和清除ID标识的能力，以指示处理机对CPU ID指令的支持。,在调试程序DEBUG中提供了测试标志位的手段，它用符号表示某些标志位的值
8、：,AX102A BX0000 CX0100 DX0000 SP0040 BP0000 SI0000 DI0000 DS1528 ES1428 SS1723 CS1822 IP0003 NV UP DI PL NZ NA PO NC 1822:0003 8ED8 MOV DS,AX,（3）段寄存器 段寄存器用于存储器寻址，用来直接或间接地存放段地址。段寄存器的长度为16位，在80286以前的处理器中，只有代码段CS（Code Segment）、数据段DS（Data Segment）、堆栈段SS（Stack Segment）和附加段ES（Extra Segment）4个寄存器。从80386起，增
9、加了FS和GS两个段寄存器，它们也属于附加的数据段。有关段寄存器的使用将在下一节中说明。,4.2.2 80x86的主存储器 1存储单元的地址和内容 每8位二进制数组成一个字节，位编号如图（a）所示。8086、80286的字长为16位，由两个字节组成，位编号如图（b）所示。80386Pentium机的字长为32位，由两个字即4个字节组成，在80x86系列中称其为双字，位编号如图（c）所示。此外，还有一种由8个字节即字长为64位组成的4字，位编号如图（d）所示。,在存储器里以字节为单位存储信息。为了正确地存放或取得信息，每一个字节单元给予一个唯一的编号即存储器地址，称为物理地址。地址从0开始编号，
10、顺序地每次加1，因此存储器的物理地址空间呈线性增长。在机器里，地址也是用二进制数来表示的。当然它是无符号整数，书写格式为十六进制数。,8086/8088的地址总线20位： 可访问的字节单元地址范围为00000HFFFFFH； 80286的地址总线24位： 可访问的地址范围为000000HFFFFFFH； 80386/80486和Pentium地址总线32位： 地址范围为00000000HFFFFFFFFH； Pentium Pro和P地址总线36位： 地址范围为000000000HFFFFFFFFFH。,一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容，右图表示了存储器里存放信息的情况。 0004
11、H号字节单元中存放的信息为78H，表示为： （0004H）=78H,两个字节单元就构成了一个字单元，字单元的地址采用它的低地址来表示。右图中0004H字单元的内容为5678H，表示为 （0004H）= 5678H,双字单元的地址由其最低字节的地址指定，因此0004H双字单元的内容为： （0004H）=12345678H。,2实模式存储器寻址 80x86中除8086/8088只能在实模式下工作外，其他的CPU均可在实模式或保护模式下工作。 （1）存储器的分段 实模式下允许的最大寻址空间为1 MB。8086/8088的地址总线宽度为20位，因而其最大寻址空间正好是1MB。在1MB的存储器里，每个存
12、储单元都有一个唯一的20位地址，称为物理地址。而对于其他微处理器在实模式下只能访问前1 MB的存储器地址。,实模式就是为8086/8088而设计的工作方式，它要解决在16位字长的机器里怎么提供20位地址的问题，而解决的办法是：将1 MB主存空间划分为若干段，每个段的最大长度为64 KB单元，这样段内地址可以用16位表示。如果能再提供段的20位起始地址，那么通过这两个地址就可以访问段内任何一个存储单元。因此，在CPU中设置的段寄存器只有16位，只能存放20位段起始地址的高16位，称它为段基值（Segment Base Value），而机器将段起始地址的低4位设置为0。故将段基值左移4位后（即末尾
13、加4位二进制数0），就得到一个20位的段起始地址，称它为段基地址或段基址（Segment Base Address）。显然，段基址为xxxx0H，其低4位二进制数为0，即能被16整除的主存物理地址才可作为段基址。,段内地址即偏移地址，它是一个主存单元与所在段的段基址之间的字节距离，通常由CPU按指令的寻址方式计算得到或由指令指针IP提供，又称为有效地址。当CPU访问某个主存单元时，必须指明由哪个段寄存器提供段基值，同时给出偏移地址。然后将16位段基值左移4位后与16位偏移地址相加，形成20位主存单元的物理地址，这一过程可以表示如下：,实模式存储器寻址过程如下图所示：,（2）段寄存器 在8086
14、80286中，有4个专门存放段基值的寄存器，称为段寄存器。它们分别是代码段CS、数据段DS、堆栈段SS和附加段ES寄存器。 每个段寄存器可以确定一个段的起始地址，而这些段则各有各的用途。代码段存放当前正在运行的程序。数据段存放当前运行程序所用的数据。堆栈段定义了堆栈的所在区域。附加段是附加的数据段，它是一个辅助的数据区，也是串处理指令的目的操作数存放区。 在80386及其后继的80x86中，除上述4个段寄存器外，又增加了2个段寄存器FS和GS，它们也是附加的数据段寄存器，所以808680286的程序允许4个存储段，而后继的80x86程序可允许6个存储段。,一般情况下，各段在存储器中的分配是由操
15、作系统负责的。每个段可以独立地占用小于或等于64 KB的存储区，如右图所示。,【例】 如果代码段中的程序占有8 KB（2000H）存储区，数据段占有2 KB（800H）存储区，堆栈段只占有256 B的存储区，此时段区的分配如右图所示。 从图中可以看出，代码段的区域可以是02000H03FFFH，但由于程序区只需要8 KB，所以程序区结束后的第一个小段的首地址就作为数据段的起始地址。也就是说，在这里，代码段和数据段可以重叠在一起。当然每个存储单元的内容是不允许发生冲突的。这里所谓的重叠只是指每个段区的大小允许根据实际需要来分配，而不一定要占有64 KB的最大段空间。,在80x86中，段寄存器和与
16、其对应存放偏移地址的寄存器之间有一种默认的组合关系，如下表所示:,8086/8088、80286：,段寄存器 偏移地址,3保护模式存储器寻址 原因：实模式的寻址空间太小，仅为1MB； 支持多任务处理：多个应用程序能在同一台计算机上同时运行，而且它们之间必须相互隔离，一个应用程序中的缺陷或故障不会破坏系统，也不会影响其他应用程序的运行。 （1）逻辑地址 在保护模式存储器寻址中 ，程序员在程序中指定逻辑地址， CPU采用一种比较复杂的方法来求得相应的物理地址。在保护模式下，逻辑地址由段选择器和偏移地址两部分组成，段选择器存放在段寄存器中，但它不能直接确定段基址，而由CPU通过一定的方法取得段基址，再和偏移地址相加，从而求得所选存储单元的线性地址，线性地址再通过分页部件转换成物理地址。,下图为保护模式存储器寻址示意图。可以看出，它和实模式寻址的另一个区别是：偏移地址为32位，最大段长可从64 KB扩大到4 GB。,（2）描述符 段选择器是通过描述符表取得描述符，从而得到段基址的。描述符
