《汇编语言第2章 计算机组织结构课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汇编语言第2章 计算机组织结构课件（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第2章,80 x86计算机组织结构,教学重点,由于汇编语言是靠近机器的程序设计语言，所以第2章重点是学习汇编语言程序设计之前所必须了解的计算机硬件相关知识。重点掌握以下内容： PC机软硬件系统 80 x86计算机的基本结构 重点是熟悉CPU的寄存器组 难点是内存与I/O的组织形式,计算机的组织结构,2.1 计算机系统概述,硬件（Hardware） 中央处理单元CPU 控制器、运算器、寄存器 存储器 主存储器：RAM和ROM 辅助存储器：磁盘、光盘、U盘 外部设备 输入设备和输出设备 软件（Software） 系统软件 应用软件,微型计算机的系统组成,汇编语言程序员看到的硬件,中央处理单元
2、CPU（Intel 80 x86） 对汇编语言程序员，最关心其中的寄存器 存储器（主存储器） 呈现给汇编语言程序员的，是存储器地址 外部设备（接口电路） 汇编语言程序员看到的是端口（I/O地址）,寄存器（Register）,寄存器是CPU内部的高速存储单元 它们为处理器提供各种操作所需要的数据或地址等信息 汇编语言程序采用它们各自的符号名 16位CPU中有 AXBXCXDX SIDIBPSP 32位 CPU中有 EAXEBXECXEDX ESIEDIEBPESP,存储器地址（Address）,存储器是由大量存储单元组成，需要用编号区别每个单元：编号地址 存储器地址是存储器中存储单元的编号 每个
3、存储单元存放一个字节量的数据 一个字节B（Byte）8个二进制位b（bit） 采用十六进制数来表达地址 存储器地址表示为：00000H FFFFFH 其中大写H（或小写h）表示是十六进制数,端口（Port）,I/O接口电路由接口寄存器组成，需要用编号区别各个寄存器：编号地址 I/O地址是接口电路中寄存器的编号 端口是I/O地址的通俗说法 系统通过这些端口与外设进行通信 采用十六进制数来表达端口 Intel 8086支持64K个8位端口 I/O地址可以表示为：0000H FFFFH,计算机的程序设计语言,机器语言（Machine Language） B8 64 00 05 00 01 汇编语言（
4、Assembly Language） mov ax,100 ;ax取得一个数据100（MOV是传送指令） add ax,256 ;实现100+256送ax（ADD是加法指令） 高级语言（High-level Language） Y=100256,8086的内部结构,80X86的寄存器组,数据寄存器,指针寄存器,变址寄存器,控制寄存器,段寄存器,通用寄存器,DATA SEGMENT X DB 3 Y DB 5 Z DB ？ DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE，DS：DATA START： MOV AX，DATA MOV DS，AX MOV AL，X ADD
5、 AL，Y MOV Z，AL MOV AH，4CH INT 21H CODE ENDS END START,段地址,段内偏移地址,一个完整程序例子,IP,80X86的通用寄存器,80X86的32位通用寄存器是： EAXEBX ECX EDX ESIEDI EBP ESP 80X86的16位通用寄存器是： AXBX CX DX SIDI BP SP 80X86的8位通用寄存器是： AHBHCHDH ALBLCLDL 对其中某8位的操作，并不影响另外对应8位的数据,数据寄存器,数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也可以存放地址 每个寄存器又有它们各自的专用目的 EAX累加器，使用频度最高，用于算
6、术、逻辑运算以及与外设传送信息等； EBX基址寄存器，常用做存放存储器地址； ECX计数器，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器； EDX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。,变址及指针寄存器,变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址 ESI是源变址寄存器 EDI是目的变址寄存器 指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 ESP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址，不能再用于其他目的，具有专用目的 EBP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中的基地址 ESI和EDI在串操作指令有特殊用法 ESP和EBP寄存器与SS段寄存器联合使用确定堆栈段中的存储单元地址,堆栈（Stack）,
7、堆栈是主存中一个特殊的区域 它采用先进后出FILO（First In Last Out）或后进先出LIFO（Last In First Out）的原则进行存取操作，而不是随机存取操作方式 堆栈通常由处理器自动维持 在80X86中，由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器ESP共同指示,指令指针EIP,指令指针寄存器EIP，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 : EIP寄存器来控制指令序列的执行流程 EIP寄存器是一个专用寄存器 程序连续自动执行的关键,标志寄存器,标志（EFlag）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
8、标志形成了一个16位的标志寄存器FLAGS（程序状态字PSW寄存器）,程序设计需要利用标志的状态,标志的分类,状态标志用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它 CF ZF SF PF OF AF 控制标志可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方式 DF IF TF,进位标志CF（Carry Flag）,当运算结果的最高有效位有进位（加法）或借位（减法）时，进位标志置1，即CF = 1；否则CF = 0。,MOV AL，3AH ADD AL，7CH ；3AH + 7CHB6H，没有进位：CF = 0 MOV AL，0AAH ADD AL，7CH ；AAH +
9、7CH（1）26H，有进位：CF = 1,零标志ZF（Zero Flag）,若运算结果为0，则ZF = 1； 否则ZF = 0,MOV AL，3AH ADD AL，7CH ；3AH + 7CHB6H，结果不是零：ZF = 0 MOV AX，9B6FH XOR AX，AX ；ZF=？作用？,注意：ZF为1表示运算结果是0,符号标志SF（Sign Flag）,运算结果最高位为1，则SF = 1；否则SF = 0,3AH + 7CHB6H，最高位D71：SF = 1 84H + 7CH（1）00H，最高位D70：SF = 0 MOV AL，0B6H AND AL，AL ；SF=？,有符号数据用最高有
10、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,奇偶标志PF（Parity Flag）,当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF = 1；否则PF = 0,3AH + 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,溢出标志OF（Overflow Flag）,若算术运算的结果有溢出，则OF1； 否则 OF0,3AH + 7CHB6H，产生溢出：OF = 1，CF=0 AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：OF = 0，CF=1,判断溢出：双符号位法 3AH + 7CH AAH +
11、7CH 000111010 110101010 001111100 001111100 010110110 000100110 符号不同OF=1 符号相同OF=0,什么是溢出,处理器内部以补码表示有符号数 8位表达的整数范围是：128127 16位表达的范围是：3276832767 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；,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，超出范围后加上进位或借位运算结果仍然正确 溢
12、出标志表示有符号数运算结果是否超出范围，超出范围后运算结果不正确,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：8612438 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
13、有符号数，则要注意是否溢出,辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）,3AH + 7CHB6H，D3有进位：AF = 1,运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF = 1；否则AF = 0。,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,方向标志DF（Direction Flag）,用于串操作指令，控制地址的变化方向： 设置DF0，存储器地址自动增加； 设置DF1，存储器地址自动减少。,CLD指令复位方向标志：DF0 STD指令置位方向标志：DF1,中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）,用于控制外部可屏蔽中断是否
14、可以被处理器响应： 设置IF1，则允许（开）中断 设置IF0，则禁止（关）中断,CLI指令复位中断标志：IF0 STI指令置位中断标志：IF1,陷阱标志TF（Trap Flag）,用于控制处理器进入单步操作方式： 设置TF0，处理器正常工作； 设置TF1，处理器单步执行指令。,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,段寄存器,CS-代码段寄存器 DS-数据段寄存器 ES-附加数据段寄存器 SS-堆栈段寄存器,2.5 内存组织结构,计算机
15、中信息的单位 二进制位Bit：存储一位二进制数：0或1 字节Byte：8个二进制位，D7D0 字Word：16位，2个字节，D15D0 双字DWord：32位，4个字节，D31D0 最低有效位LSB：数据的最低位，D0位 最高有效位MSB：数据的最高位，对应字节、字、双字分别指D7、D15、D31位,数据的存储格式,高地址,0002H=34H 0002H=1234H 0002H=78561234H,存储单元及其存储内容,存储器需要利用地址区别 每个存储单元都有一个编号；被称为存储器地址(以字节为单位编址) 每个存储单元存放一个字节的内容(8位二进制数),0002H单元存放有一个数据34H 表达
16、为0002H34H,地址,内容,多字节数据存放方式,多字节数据在存储器中占连续的多个存储单元： 存放：低字节存入低地址，高字节存入高地址 表达：用低地址表示多字节数据占据的地址空间,2号“字”单元的内容为： 0002H = 1234H 2号“双字”单元的内容为： 0002H = 78561234H,80 x86处理器采用“低对低、高对高”,存储器的分段管理,8086 CPU有20条地址线 最大可寻址空间为2201MB 物理地址范围从00000HFFFFFH 8086CPU将1MB空间分成许多逻辑段（Segment） 每个段最大限制为64KB 段地址的低4位为0000B 这样，一个存储单元除具有一个唯一的物理地址外，还具有多个逻辑地址,物理地址和逻辑地址,每个物理存储单元有一个唯一的20位编号，即物理地址： 00000HFFFFFH 分段后用户编程时，采用逻辑地址： 段基地址 : 段内偏移地址,分隔符,物理
