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1、第2章 80X86计算机组织结构,2.1 80X86 计算机的基本结构 2.2 80X86 CPU 的寄存器 2.3 内存组织结构 2.4 80X86 CPU 的工作模式 2.5 存储器管理机制,2.1 80X86 计算机的基本结构,2.1.1 中央处理器 2.1.2 总线结构 2.1.3 存储器 2.1.4 外部设备,2.1 80X86 计算机的基本结构,微型计算机硬件系统结构主要是由三部分组成，它们是：中央处理器CPU(Central Processing Unit)、存储器(Memory)、输入输出(InputOutput)设备，并且用系统总线(System Bus)将它们连接在一起，如
2、图2-1所示。,图 2-1 计算机的基本结构,2.1.1中央处理器,中央处理器又称为微处理器(Microprocessor)，内部包括运算器、控制器和寄存器三部分组成。中央处理器CPU的主要功能是执行存放在内存储器中的指令，当 CPU执行一条指令时，首先从内存储器中取出指令，分析指令的操作码,如果指令中要求从内存中读取操作数,经过译码分析后就会产生相应的从内存中读取操作数的控制命令，控制微机执行指令所要求的操作。 运算器也称为算术逻辑部件，是用来执行指令所要求的算术运算、逻辑运算和数据传送等操作。 控制器是控制执行步骤；从内存中取出指令，分析指令的操作码, 完成操作数的存取，发出相应的控制命令
3、等。,2.1.2 总线结构,总线负责传送地址、数据和控制信息，因此包括： 数据总线DB（Data Bus） 地址总线AB（Address Bus） 控制总线CB（Control Bus） 三总线的主要任务是负责CPU与内存、外存、外部设备交换信息。,1. 数据总线DB 数据总线是用来传送数据的。CPU与内存、I/O设备之间通过数据总线传送数据，80x86系列的数据总线有8位、16位、32位和64位。 2.地址总线AB 地址总线是用来传送地址的。当CPU与内存、I/O设备之间交换信息时，首先要传送地址，内存中的每个字节都对应着一个唯一的地址，I/O设备也是如此。地址总线的位数与寻址空间有着直接的
4、关系。例如：8086/8088地址总线20根，则可访问的地址为： 220 =1，048，576 = 1M 则8086/8088最大可用的存储空间为1M字节。,.控制总线CB 控制总线是传送控制信息的。CPU与内存、外设备之间的数据传送操作为读写操作，读操作是指CPU从内存、外设接口读取数据，写操作是指CPU把数据写到内存、外设接口中去。读写信息就是控制信息，是通过控制总线传送的。 不同型号的CPU总线位数不同，相应的字长与寻址空间也不同。 如教材表2-1所示。,2.1.3 存储器,存储器是计算机的记忆部件,包括内存(主存)和外部存储器(辅助存储器), 存储器中存放的是指令和数据。存储器由若干存
5、储单元构成,存储单元的最小单位是字节。将所有的存储单元按顺序编号，即每一个字节有一个唯一的编号，这些编号称为存储单元的地址(也称为物理地址)。若CPU要存取某个存储单元的内容，则首先提供该存储单元的地址，然后按地址选中对应的存储单元，就可以对单元内容进行存取操作。 IBM PC机及其兼容机的存储器系统结构基本是相同的，存储器系统主要分为3个主要部分： 程序暂驻区(TPA)、系统内存区和扩展存储区(XMS)，其存储映像如图2-2所示。,图2-2 IBM PC机及其兼容机的存储器映像,2.1.4 外部设备,在微机系统中最常用的外部设备有： 键盘 显示器 打印机 外部存储器等 CPU与外部设备交换信
6、息是通过I/O接口电路来完成的。,2.2 80X86 CPU 的寄存器,2.2.1.通用寄存器 2.2.2 控制寄存器,2.2 80X86 CPU 的寄存器,图 2-3 80X86寄存器组,寄存器分为3类： 通用寄存器 控制寄存器 段寄存器,2.2.1.通用寄存器,80x86CPU的通用寄存器包括：4个32位数据寄存器，2个32位指针寄存器，2个32位变址寄存器。 8个8位通用寄存器： AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DH。 8个16位通用寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。 8个32位通用寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。,
7、表2-.2 通用寄存器的用途,1. 数据寄存器 （AX、BX、CX、DX） 4个16位数据寄存器AX、BX、CX、DX，每个又可以分为两个独立的8位寄存器AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。 4个32位通用寄存器：用于80386以上的机型：EAX、EBX、ECX、EDX。每个寄存器为32位，每个寄存器均可分为1个16位、2个8位寄存器使用。如EAX为32位寄存器，也可将EAX分为AX（16位寄存器）或AH（8位寄存器）或AL（8位寄存器）。,2. 指针寄存器（SP、ESP，BP、EBP、IP、EIP） SP、ESP:堆栈指针寄存器，存放当前堆栈段栈顶的偏移地址，ES与SS堆栈寄存器
8、配合存取堆栈中的数据。在实模式方式(SP)，保护模式(ESP)。 BP、EBP为基址指针寄存器，在间接寻址时，用来存放基地址，是相对于堆栈段的基地址。 IP、EIP为指令指针寄存器，是存放当前正在执行的指令的下一条指令的偏移地址，该寄存器所指的地址为代码段的偏移地址。,3. 变址寄存器 SI、ESI为源变址寄存器，间接寻址时，在指令中用于地址寄存器和变址寄存器，在串操作时用于源串的地址。 DI EDI为目的变址寄存器，间接寻址时，在指令中用于地址寄存器和变址寄存器，在串操作时用于目的串的地址,2.2.2 控制寄存器,FLAGS为标志寄存器，用于表示程序运行时的状态和一些特殊控制。 8086/8
9、08880286的标志寄存器为16位，80386以上的标志寄存器为32位。,图2-5 80286 Pentium的标志寄存器,图2-4 8086/8088 标志寄存器,表2-3 8086/8088标志寄存器状态功能表,3段寄存器(CS、DS、SS、ES、FS、GS） 在PC机中存储器是采用分段管理的方法来组织数据，代码和数据是分开存放的，代码放在代码段中，数据放在数据段中，所谓的段（segment）就是在内存中所定义的一片存储空间，因此某个存储单元的物理地址需要用段基地址和偏移地址表示。段的基地址就存放在段寄存器中，一个程序可以由多个段组成. 808680286，有4个段寄存器，即代码段CS、
10、数据段DS、堆栈段SS、附加段ES。在程序执行过程中可以访问4个当前段。 80386及以上的机器，有6个段寄存器，增加了FS、GS为附加的数据段寄存器。在程序执行过程中可以访问6个当前段。,2.3 内存组织结构,2.3.1 内存的地址与字节、字的存放 2.3.2 堆栈,2.3.1内存的地址与字节、字的存放,1内存的地址 在存储器中内存单元的基本单位为字节，每个字节都有一个唯一的地址。,图2-6 内存单元的地址与内容 字的地址：字是由两个字节组成，如图2-6所示,则字1234H的地址为00002H,低字节在前（地址为00002H） 高字节在后（地址为00003H）,2存储单元的内容 一个存储单元
11、存放的信息为存储单元的内容 字节单元内容：地址00002H的内容为34H,表示为（0002H）=34H。 字单元内容：多用偶地址来表示字单元的地址，字的低字节在偶地址上为偶地址，地址00002H的字单元内容为1234H,表示为（00002H）=1234H。如图2.6所示。 某单元内容的内容：某单元的内容为要寻找的单元地址，该地址所指的内容为要寻找的内容。,图2-7某单元内容的内容,（0004H）=1234H （1234H）=FFEEH 则记（0004H）=FFEEH；两个括号表示内容的内容，即地址0004H单元的内容的内容为FFEEH。,2.3.2 堆栈,堆栈(stack)是内存中的一块特定区
12、域，是一个常用的数据结构，在堆栈中的内容是按照“先进后出”的原则进行操作的。通常用来暂存数据、子程序(过程)调用与返回，调用中断处理程序与从中断处理程序返回等。 假如：最初SS=2000H，SP100H ，当没有向堆栈中压入任何数据时，栈顶和栈底是指向同一栈空间的，如图 2-7所示。当向堆栈中压入了个字1234H时，首先移动堆栈指针寄存器SP，SP-2SP ，此时SP=0FEH后再将1234H压入SP所指单元中，如图 2-8所示。,2.4 80X86 CPU 的工作模式,2.4.1 实模式 2.4.2 保护模式,2.4.1 实模式,1内存地址的分段 8086/8088地址总线20根可访问的地址
13、为： 220 =1，048，576 = 1M 2分段方法 用16位段地址与16位段内地址的迭加形成20位物理地址，放在16位段寄存器内的段地址定义在任意64K字节存储段的起始地址上，段内地址（偏移地址）定义在64K字节存储段内的任意单元。 地址的组合：物理地址=段地址*16D（或10H）+偏移地址，即物理地址等于2进制的16位段地址乘以16（左移4位）加2进制16位偏移地址。为了书写方便一般采用16进制表示地址和数据，则物理地址等于16进制的4位段地址乘以10H（左移1位）加16进制4位偏移地址。 如图2-9所示。,图2-9 物理地址的组合,图2-10实模式下的存储器的段结构,3物理地址、段地
14、址、段内地址和逻辑地址 （1）物理地址：与内存单元一一对应的20位2进制（或5位16进制）表示的地址为物理地址。 1MB=00000H FFFFFH 每个物理地址代表一个唯一的内存单元。 （2）段地址：将1MB的内存空间分成长为64K字节的程序区和数据区为段，每个段用1个16位2进制地址表示。在实模式下的寄存器为16位寄存器，段地址是存放在段寄存器中，代码段是存放源程序的2进制程序代码，该段的段地址放在CS中，数据段是存放操作数据的，其段地址放在DS中，堆栈段是堆栈用的存储区，其段地址放在SS中，附加段的段地址放在ES中。 （3）段内地址：（偏移地址或偏移值）：16位2进制段内地址为偏移地址。
15、不同段内的偏移地址是存放在不同的寄存器中，段寄存器与装偏移地址的寄存器是按照一定的要求组合的。组合方式如表 2-4 所示。对于808680286允许访问4个存储段，80386以上允许访问6个存储段，其段寄存器与偏移地址的寄存器的组合方法如表 2-5 所示。 （4）逻辑地址：用段地址和偏移地址来表示内存单元的地址为逻辑地址，两地址之间用“：”隔开。常写成： 段地址：偏移地址。 例如： 物理地址为00001H 逻辑地址为0000H：0001H 当物理地址为00001H时，其逻辑地址为0000H：0001H，段地址为0000H段内地址为0001H。,4逻辑地址与物理地址的换算关系 逻辑地址是段地址和
16、偏移地址的组合表示，物理地址是段地址和偏移地址的迭加表示。 物理地址=段地址*16D（或10H）+偏移地址 逻辑地址=段地址：偏移地址,图2-12,【例2-7】设逻辑地址为1111H：2222H 则物理地址为：1111H10H+2222H=13332H 表示：当逻辑地址为1111H：2222H时物理地址为13332H 假设段地址1111H为代码段地址，则1111H存放在代码段寄存器CS中，偏移地址2222H就放在指针寄存器IP中。如图2-12所示。,【例2-8】167B6H为物理地址其逻辑地址为多种组合： 1000H：67B6H 1001H：67A6H 1002H：6796H 1366H：3166H 1367H：3156H 167BH：0006H 段地址加1，偏移地址就减10H（16）个字节，则每种组合的物理地址均为167B6H。,5、内存分配方法 例如，某一程序的长度为1020个字节，操作数占510个字节，堆栈段大约用250个字节， 在定义时将代码段长度定为1024D=400H ，数据段长度 512D=200H，堆
