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1、第二章 80 x86计算机组织, 2.180 x86微处理器 2.2基于微处理器的计算机系统构成 2.3中央处理机 2.4存储器 2.5外部设备, 2.180 x86微处理器, 2.2基于微处理器的计算机系统构成,系统资源：CPU、存储器、I/O端口,8086编程结构,编程结构,BIU（总线接口部件） 负责与存储器及I/O设备交换信息指令 数据 EU（执行部件） 负责指令的执行,工作过程,两部分并行工作，提高了工作效率 每当指令队列中有两个空字节，BIU自动把内存中的指令送入指令队列中 EU从指令队列中取出指令代码去执行（此时，BIU可继续取指）。如在指令执行过程中需要访问存储器或I/O设备，
2、则EU会请求BIU进入总线周期，去完成访问存储器或I/O端口的操作 BIU处于空闲状态，则立即响应EU的总线请求 BIU正在取指，完成当前取指操作后响应EU的请求 当指令队列已满，且EU没有总线请求时， BIU进入空闲状态 在执行转移、调用和返回指令时，BIU指令队列的原有内容会被自动清除，而装入转移目标处的指令。,二、8086/8088的寄存器组,是基本资源，亦是操作对象。对内部寄存器的使用尤为重要：可实现的操作多 速度快 1.通用寄存器2.段寄存器3.控制寄存器,1.通用寄存器,8个16位寄存器位于EU中 数据寄存器（共4个16位） 指针及变址寄存器（共4个16位）,1.通用寄存器数据寄存
3、器,AX(Accumulator)累加器：算术运算的主要R ，所有的I/O指令都用此R BX(Base)基址寄存器：除通用外，计算存储器地址做基址用 CX(Count)计数器：通用，作循环计数器 DX(Data)数据寄存器：常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址 特点： 可作16位R使用，也可将每个拆成2个8位寄存器使用，对其中某8位的操作，并不影响另外对应8位的数据 具有良好的通用性：在程序中即可存放操作数，也可存放操作结果,1.通用寄存器指针及变址寄存器,变址寄存器 SI(Source Index)源变址寄存器 DI(Destination Index)目的变址寄存器 指针寄存
4、器 SP(Stack Point)堆栈指针寄存器栈顶的偏移地址 BP(Base Point)基址指针寄存器默认SS段 特点： 可用于存放操作数，但只能作为16位R使用,2.段寄存器,4个16 bits Segment Registers 在8086/8088系统中，存储器是按段进行组织的，段寄存器就是用来存放段基值的（段起始地址的高16位） 运行程序时所必要的指令、数据等存放于内存的不同段内，根据其用途的不同，又不同的段寄存器指示，并称其为当前段,2.段寄存器,CS：代码段寄存器对应的段存放指令代码 DS：数据段寄存器对应的段存放数据或变量 SS：堆栈段寄存器对应的段存放栈操作的数据 ES：附
5、加段寄存器对应的段一般存放数据或变量 整个内存可划分为多个段，但当前段最多只能有4个，如果需要改变当前段，则可通过程序修改段寄存器的内容,3.控制寄存器,3.控制寄存器IP,IP(Instruction Pointer)指令指针寄存器IP (16bits),指示代码段中指令的偏移地址 它与代码段寄存器CS联用，确定下一条指令的物理地址 计算机通过CS : IP寄存器来控制指令序列的执行流程 IP寄存器是一个专用寄存器 不能对IP指针直接进行访问,16 bits 偏移量,3.控制寄存器FLAGS,标志（Flag）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式 8086处理器的各种标志形成了一个16位的标
6、志寄存器FLAGS（程序状态字PSW寄存器）,标志位的分类,状态标志（6）：表示前面的操作执行后，ALU所处的状态，将影响后面的操作 控制标志（3）：用专门的指令进行设置，用于控制处理器执行指令的方式,标志位的功能进位标志CF（Carry Flag）,记录运算时从最高有效位产生的进/借位值,3AH + 7CHB6H，没有进位：CF = 0 AAH + 7CH（1）26H，有进位：CF = 1,标志位的功能零标志ZF（Zero Flag）,3AH + 7CHB6H，结果不是零：ZF = 0 84H + 7CH（1）00H，结果是零：ZF = 1,注意：ZF为1表示的结果是0,标志位的功能符号标志
7、SF（Sign Flag）,表明有符号数运算结果的正负,有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以，最高有效位就是符号标志的状态,3AH + 7CHB6H，最高位D71：SF = 1 84H + 7CH（1）00H，最高位D70：SF = 0,标志位的功能奇偶标志PF（Parity Flag）,表明运算结果最低字节中“1”的个数的奇偶,3AH + 7CHB6H10110110B 结果中有5个1，是奇数：PF = 0,PF标志仅反映最低8位中“1”的个数是偶或奇，即使是进行16位字操作,标志位的功能溢出标志OF（Overflow Flag）,表明补码的运算结果是否有溢出,3AH + 7CHB6H
8、，产生溢出：OF = 1 AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：OF = 0,关于溢出,处理器内部以补码表示有符号数 8位表达的整数范围是： 128 127 16位表达的范围是： 32768 32767 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出 有溢出，说明有符号数的运算结果不正确,3AH7CHB6H，就是58124182， 已经超出128127范围，产生溢出，故OF1； 另一方面，补码B6H表达真值是-74， 显然运算结果也不正确,溢出和进位,溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志 进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围，运算结果仍然正确； 溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范
9、围，如溢出，运算结果已经不正确。,溢出和进位的对比,例1：3AH + 7CHB6H 无符号数运算：58124182 范围内，无进位 有符号数运算： 58124182 范围外，有溢出,例2：AAH + 7CH（1）26H 无符号数运算：170124294 范围外，有进位 有符号数运算：8612428 范围内，无溢出,如何运用溢出和进位,处理器对两个操作数进行运算时，按照无符号数求得结果，并相应设置进位标志CF；同时，根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志OF。 应该利用哪个标志，则由程序员来决定。也就是说，如果将参加运算的操作数认为是无符号数，就应该关心进位；认为是有符号数，则要注意是否溢出。,
10、标志位的功能辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）,记录运算时D3位（低半字节）有无进位或借位,3AH + 7CHB6H，D3有进位：AF = 1,这个标志主要由处理器内部使用，用于十进制算术运算调整指令中，用户一般不必关心,标志位的功能方向标志DF（Direction Flag）,用于串操作指令中，控制地址的变化方向,CLD指令复位方向标志：DF0 STD指令置位方向标志：DF1,标志位的功能中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）,用于开中断或屏蔽中断,CLI指令复位中断标志：IF0 STI指令置位中断标志：IF1,标志位的功能陷阱标志TF（Tr
11、ap Flag）,用于控制处理器进入单步操作方式,单步执行指令处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为1的内部中断 这种内部中断称为单步中断 所以TF也称为单步标志 利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试 这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试, 2.4存储器,一、存储器的组成 二、存储器的段结构 三、逻辑地址与物理地址 四、堆栈,一、存储器的组成,存储器的编址 数据的存储 8086/8088对内存的访问,1.存储器的编址,8086 CPU 有20条地址线 最大可寻址空间为 2201MB 物理地址范围 00000H0FFFFFH 存储单元连续编号，被称为存储器地址,2.数据的存储,字节(B
12、yte) 每个字节占据1个存储单元（09234H）=78H 字(Word) 任何两个相邻的字节构成1个Word 存放形式：高地址单元对应高位字节，低地址单元对应低位字节 字的地址：用地址较小的字节单元的地址作为该字单元的地址 （09235H）=3456H（09236H）=1234H 双字(DWord) 两个相邻的字单元构成1个双字(09234H)=12345678H,字单元的地址可为奇数也可为偶数，但由于机器中对字单元的访问是以偶地址进行的，故若设字地址为奇地址，则需进行两次存储器访问,3.对内存的访问,8086字节 字 80386双字 由指令明确规定或由指令中所使用的变量名（存储单元的符号地
13、址）的类型决定，变量名的类型是事先定义的。,二、存储器的段结构,8086 CPU 有20条地址线，存储器地址是20位的 8086 的内部寄存器（包括IP）都是16位的 无法用寄存器直接对1MB的内存空间直接进行寻址 引入分段的概念实模式存储器寻址,1MB的存储空间可由用户根据需要划分成若干个逻辑段（Segment） 每个段的容量 64KB，连续的存储单元。（段内是16位的寻址，0000H0FFFFH） 每段地址最小的字节单元的地址为该段的段基址（首地址），要求其最低4位为0（如：00000H, 00010H, 000F0H，等） 段与段之间的关系：邻接、间隔、部分重叠、完全重叠。（一个物理存储
14、单元可以映象到一个或多个逻辑段中 某一时刻，系统只允许访问4个段中的内容（由4个段寄存器指示，其中存放段首址的高16位段基值） 如果程序/数据较大（64KB）可修改段寄存器的内容来访问其他段,段 1,段 2,段 3,段 4,段 5,邻接,部分重叠,完全重叠,间隔,三、逻辑地址与物理地址,1. 物理地址 即20位的地址编码，每个存储单元有唯一的物理地址 信息的传送是通过它来寻址存储单元并进行传送 2. 逻辑地址 程序设计中使用的是逻辑地址 由于段可重叠，同一个存储单元可以有多个逻辑地址 段基值：段起始单元地址的高16位，其值存放于段寄存器中 偏移量：某存储单元与它所在起始单元之间的距离，以字节数
15、计 偏移量为0：该单元就是段的起始单元 偏移量的最大值：0FFFFH（00FFFFH共64K个） 逻辑地址的表示方式 段基值：偏移量,三、逻辑地址与物理地址,3. 逻辑地址与物理地址的逻辑关系 当CPU访问存储器时，BIU将逻辑地址转换为物理地址 物理地址=段基值 16+偏移量,所选存储单元,所选段,3. 逻辑地址与物理地址的逻辑关系,逻辑地址 1460H:0100H、1380H:0F00H,物理地址14700H,段的分配,例：如代码段程序占用8KB(2000H)存储区，数据段占用2KB(800H)存储区，堆栈段占用256B存储区。内存应如何分配。 每段均小于64KB，且总占用量小于1MB 可
16、有多种分配方案,01500H,42000H,1CD00H,B0000H,每段占用64KB，且段间间隔，所占用空间远多于实际需要。,02000H,04000H,04800H,段间邻接 此例中每段的长度都是16的整数倍，可邻接；若不满足此要求，则下一段将从最近的第一个小段开始，中间有少于16 Bytes 的间隔,4. 逻辑地址的来源,程序运行中所需要的指令、数据根据用途不同存放在内存的不同段中，对内存进行访问时根据操作类型的不同，通过不同的途径给出逻辑地址，以获得物理地址。,SI,DI等,取指CSIP 堆栈SSSP 数据DS CS ES SS,四、堆栈（STACK）,堆栈：是按后进先出原则组织的一片存储区域 用途：暂存数据、断点信息或传送信息,堆栈的构造（一般意义） 8086堆栈的组织 堆栈的操作,1.堆栈的构造（一般意义）,一端固定，具有最大地址的单元栈底（数据由此向上堆积）,一端浮动，指向最后被压入堆栈的数据所在存储单元栈顶（栈顶的位置虽堆栈中存放数据多少而变化）,堆栈指针：用来指示当前栈顶的位置
