寻址方式和指令系统书

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1、优秀精品课件文档资料第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 第2章 IBM PC计算机组织 2.180X86微处理器2.2计算机系统概述2.3存储器2.4中央处理器2.5外部设备开开始始第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.180x86微处理器计算机主要由运算器，控制器，存储器，和输入输出设备构成。把运算器和控制器集成在一个芯片上，构成中央处理器（CPU）。 由80386微处理器芯片构成的微机称386微机由80486微处理器芯片构成的微机称486微机晶体管数：指芯片中所包含的晶体管数，它说明器件的集成度返回本章首页返回本章首页第第2 2章章 I

2、BM PCIBM PC计算机组织计算机组织 主频：芯片所使用的主时钟频率。数据总线：负责计算机中数据在各组成部分之间的传送。地址总线：指专用于传送地址的总线宽度。根据这个数值可确定处理器可访问的存储器的最大范围。一般存储器以字节为存储信息的基本单位，用符号B来表示 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.2计算机系统概述2.2.1 硬件硬件 2.2.2 系统软件和用户软件系统软件和用户软件 2.2.3 存储器存储器 2.2.4 实模式存储器寻址实模式存储器寻址 返回本章首页返回本章首页第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 计算机系统包括两部分：

3、硬件，软件计算机系统包括两部分：硬件，软件硬件：电路，插件板，机柜等硬件：电路，插件板，机柜等软件：为了运行，管理和维护计算机而编软件：为了运行，管理和维护计算机而编制的各种程序的总和制的各种程序的总和.第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.2.1 硬件中央处理器总线控制逻辑存储器接口接口大容量存储器I/O设备I/O子系统第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 计算机结构包括中央处理器CPU，存储器，输入/输出子系统三个主要组成部分，用系统总线把它们连接在一起。1存储器是计算机的记忆部件。存放程序，程序中所用的数据，信息及中间结果。2中央处理机

4、包括运算器和控制器两部分。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 运算器执行所有的算术和逻辑运算指令 控制器负责全机的控制工作，它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数，执行，存数等控制命令以保证完成程序所要求的功能。3I/O子系统 包括I/O设备及大容量存储器两类外部设备。 I/O设备是指负责与计算机的外部世界通信的输入/输出设备，如显示终端，键盘，打印机等多种类型的外部设备。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 大容量存储器：外存储器磁盘，磁带，光盘机器内部的存储器则称为内存储器，简称内存。内外存的关系：内存小 外存大 速

5、度快 速度慢 一般程序是存放在外存，运算时把它从外存传送到内存的某个区域，再由中央处理器控制执行。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 4系统总线：数据线，地址线和控制线。系统总线：数据线，地址线和控制线。系统总线把系统总线把CPU，存储器和存储器和I/O设备连接起设备连接起来，用来传送各部分之间的信息。它由总线来，用来传送各部分之间的信息。它由总线控制逻辑指挥工作。控制逻辑指挥工作。(1)数据线传送数据信息数据线传送数据信息(2)地址线指出信息的来源和目的地。地址线指出信息的来源和目的地。(3)控制线则规定总线的动作，如方向等控制线则规定总线的动作，如方向等第第2 2

6、章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 5.IBM PC机简介：机简介： 1981年年美美国国IBM公公司司推推出出了了个个人人计计算算机机IBMPC。机机中中的的CPU由由一一个个微微处处理理器芯片器芯片8088组成，其主要性能是：组成，其主要性能是：系统时钟系统时钟 4.77MHz基本指令基本指令99条条机内字长机内字长16位，数据线位，数据线8根根寻址能力寻址能力1M字节，地址线字节，地址线20根根平均运算速度为平均运算速度为0.65MPs第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 PC机机有有1M字字节节随随即即存存取取的的存存储储器器及及40KB字字节节

7、只只读读存存储储器器。ROM里里存存放放有有BASIC解解释释程程序序及及基基本本输输入入/输输出出系系统统软软件件BIOS，它它们们是是只只允允许许读读出而不允许用户写入或修改的。出而不允许用户写入或修改的。IBM PC机机提提供供了了三三种种基基本本外外设设接接口口。它们是键盘，扬声器和盒式磁带。它们是键盘，扬声器和盒式磁带。外部设备：显示器，磁盘，软盘，外部设备：显示器，磁盘，软盘，打印机等。打印机等。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.2.2 2.2.2 系统软件和用户软件系统软件和用户软件 1系系统统软软件件：是是由由计计算算机机的的生生产产厂厂家家提

8、提供供给给用用户户的的一一组组程程序序，这这些些程程序序是是用用户户使使用用机机器器时时为为准准备备和和执执行行用用户户程程序所必须的。序所必须的。用户软件：用户自行编制的各种程序。用户软件：用户自行编制的各种程序。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 系统软件的核心为操作系统（系统软件的核心为操作系统（OS）操操作作系系统统是是系系统统程程序序的的集集合合，它它的的主主要要作作用用是是对对系系统统的的硬硬件件，软软件件资资源源进进行行合合理理的的管管理理，为为用用户户创创造造方方便便，有有效效和和可可靠的计算机工作环境。靠的计算机工作环境。操操作作系系统统的的主主要

9、要部部分分是是常常驻驻监监督督程程序序，只只要要一一开开机机它它就就存存在在于于内内存存中中，它它可可以以从从内内存存中中接接收收命命令令，并并使使操操作作系系统统执执行行相应操作相应操作第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2 2I/OI/O驱动程序驱动程序用来对用来对I/OI/O设备进行控制或管理。设备进行控制或管理。当当系系统统程程序序或或用用户户程程序序需需要要使使用用I/OI/O设设备备时时，就就调调用用I/OI/O驱驱动动程程序序来来对对设设备备发发出出命命令令，完完成成CPUCPU和和I/OI/O设备之间的信息传送。设备之间的信息传送。 3 3文件管理程序

10、文件管理程序用用来来处处理理存存储储在在外外存存储储器器中中的的大大量量信信息息，它它可可以以和和外外存存储储器器的的设设备备驱驱动动程程序序相相连连接接，对对存存储储在在其其中中的的信信息息以以文文件件形形式式进进行存取，复制及其它管理操作行存取，复制及其它管理操作。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 4 4文本编辑程序文本编辑程序文文本本是是指指由由字字母母，数数字字，符符号号等等组组成成的的信信息息，它它可可以以是是一一个个用用汇汇编编语语言言或或高高级级语语言言编编写写的的程程序序，也也可可以以是是一一组组数数据据或或一一份报告。份报告。文文本本编编辑辑程程

11、序序用用来来建建立立，输输入入或或修修改改文文本本，并使它存入存储器或大容量存储器中。并使它存入存储器或大容量存储器中。如如：文文本本编编辑辑器器EDITEDIT可可用用来来建建立立文文件件，修修改改文文件件。有有删删除除，插插入入，编编辑辑和和显显示示等等功能。功能。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 5翻译程序翻译程序汇汇编编语语言言是是一一种种符符号号语语言言，它它几几乎乎和和机机器器语语言言一一对应，但在书写时却使用字符串组成的助记符。一一对应，但在书写时却使用字符串组成的助记符。例例如如：加加法法在在汇汇编编语语言言中中是是用用助助记记符符ADD表表示示的

12、的，而机器语言则可用而机器语言则可用6位二进制代码（位二进制代码（000010）来表示。）来表示。汇汇编编程程序序：把把用用户户编编制制的的汇汇编编语语言言源源程程序序翻翻译译成成机器语言程序的一种系统程序。机器语言程序的一种系统程序。IBM PC机中的汇编程序有机中的汇编程序有ASM和和MASM两种。两种。ASM称称为为小小汇汇编编程程序序，它它占占有有较较小小的的存存储储区区，但但功功能弱。能弱。MASM称为宏汇编语言，它占有较大存储区，但功称为宏汇编语言，它占有较大存储区，但功能强。能强。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 高级语言的翻译程序有高级语言的翻译程

13、序有两种两种方式：方式：一一种种是是先先把把高高级级语语言言程程序序翻翻译译成成机机器器语语言言程程序序，然然后后再再在在机机器器上上执执行行，这这种种翻翻译译程程序序称称为为编编译译程程序序FORTRAN。另另一一种种是是直直接接把把高高级级语语言言程程序序在在机机器器运运行行，一一边边解解释释一一边边执执行行，这这种种翻翻译译程序称为程序称为解释程序解释程序BASIC。系系统统程程序序中中的的翻翻译译程程序序包包括括汇汇编编程程序序，BASIC解释程序及各种高级语言的编译程序。解释程序及各种高级语言的编译程序。6连接程序连接程序用来把要执行的程序与库文件或其他已经翻用来把要执行的程序与库文

14、件或其他已经翻译的子程序连接在一起，形成机器能执行的程序。译的子程序连接在一起，形成机器能执行的程序。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.2.32.2.3 存储器存储器计计算算机机存存储储信信息息的的基基本本单单位位是是一一个个二二进进制制位位，一一位位可可存存储储一一个个二二进进制制数数：0 0或或1 1，每每8 8位位组组成成一个字节。一个字节。80868086，8028680286的的字字长长为为1616位位，由由2 2个个字字节节组组成成；8038680386到到PentiumPentium机机的的字字长长为为3232位位，由由4 4个个字字节节组组成成

15、。还还有有一一种种由由8 8个个字字节节组组成成的的即即字字长长为为6464位，为位，为4 4个字。个字。8038680386及其后继机型可处理及其后继机型可处理4 4字即字即8 8个字节。个字节。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 每每个个字字节节单单元元有有一一个个二二进进制制数数表表示示地地址址，1616位位二二进进制制数数可可表表示示的的2 21616个个字字节节单单元元的的地地址址，即即65536=6465536=64K K地地址址，用用十十六六进进制制编号为编号为:00000000FFFFHFFFFH一一个个存存储储单单元元中中存存放放的的信信息息为为该该

16、存存储储单单元元的的内内容容，如如果果4 4号号字字节节单单元元中中存存放放的的信息为信息为7878H H，则表示为则表示为（00040004）7878H H 0004H 0004H 78H第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 一一个个字字存存入入存存储储器器要要占占有有相相继继的的两两个个字字节节，存存放放时时低低位位字字节节存存入入低低地地址址，高高位位字字节节存存入入高高地地址址，这这样样二二个个字字节节单单元元就就构构成成了了一一个个字字单单元元，字字单单元元地地址址采采用用它它的的低低地地址址来来表表示示。4 4号号字字单单元元内内容容为为56785678H

17、H表表示示为为（00040004）56785678H H 0004 0004H H 0005H 0005H 内存中内存中 0004H 0005H0004H 0005H78567856第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 双双字字单单元元由由其其最最低低字字节节的的地地址址指指定定，4 4号双字单元内容（号双字单元内容（00040004）1234567812345678H H同同一一个个地地址址既既可可以以看看作作字字节节单单元元的的地地址址，又可看作字单元，双字，又可看作字单元，双字，4 4字单元。字单元。字字单单元元地地址址可可以以是是偶偶数数，也也可可以以是是奇奇数

18、数。在在80868086中中，访访问问存存储储器器是是字字为为单单位位进进行行的的，字单元地址是以偶地址开始。字单元地址是以偶地址开始。字节内容（字节内容（0004）=78H0004H字内容（字内容（0004）=5678H0005H双字内容（双字内容（0004）=12345678H0006H0007H78H56H34H12H第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 在内存中： 0004H 0005H 0006H 0007H 0008H 78563412第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.2.4 2.2.4 实模式存储器寻址实模式存储器寻址 80

19、80x86x86微微处处理理器器可可以以在在实实模模式式下下和和保保护护模模式式下下工作。工作。1 1存储器地址的分段存储器地址的分段 实模式下内存允许的最大寻址空间为实模式下内存允许的最大寻址空间为1 1MBMB80888088的地址总线宽度为的地址总线宽度为2020位，位，2 220201048576104857610241024K K1M1M其最大寻址空间为其最大寻址空间为1 1M M而而其其他他微微处处理理器器则则在在实实模模式式下下只只能能访访问问前前1 1M M的存储地址。的存储地址。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 实实 模模 式式 就就 是是 为为

20、80888088而而 设设 计计 的的 工工 作作 方方 式式 ， 它它要要解解决决在在1616位位字字长长的的机机器器里里提提供供2020位位地地址址的的问问题题，故故而而采采用用存存储储器器地地址址分分段段方方式式对对存存储器分段。储器分段。2 2装入程序装入程序 用用来来把把程程序序从从外外存存储储器器传传送送到到内内存存储储器器，以便机器执行。以便机器执行。例例如如：计计算算机机开开机机后后就就需需要要立立即即启启动动装装入入程程序序把把常常驻驻监监督督程程序序装装入入存存储储器器，使使机机器器运运转起来转起来。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 3.3.调

21、试程序调试程序是是系系统统提提供供给给用用户户的的能能监监督督和和控控制制用用户户程程序序的的一一种种工工具具，它它可可以以装装入入，修修改，显示或逐条执行一个程序。改，显示或逐条执行一个程序。4.4.系统程序库和用户程序库系统程序库和用户程序库程程序序库库:各各种种标标准准程程序序，子子程程序序及及一一些些文件的集合称为程序库。文件的集合称为程序库。它可以被系统程序或用户程序调用。它可以被系统程序或用户程序调用。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.3存储器存储器2.3.1 存储单元的地址和内容存储单元的地址和内容 2.3.2 存储器地址分段存储器地址分段 2.

22、3.3 保护模式存储器寻址保护模式存储器寻址 返回本章首页返回本章首页第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.3.1 存储单元的地址和内容存储单元的地址和内容 计计算算机机存存储储信信息息的的基基本本单单位位是是一一个个二二进进制位，一位可存储一个二进制数：制位，一位可存储一个二进制数：0或或1.每每8位组成一个字节，位编号如下所示：位组成一个字节，位编号如下所示： 7 6 5 4 3 2 1 0IBM PC机机的的字字长长为为16位位，由由2个个字字节节组组成成，位位编编号号如如下下所示：所示： 1514 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

23、0第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 在存储器里以在存储器里以字节字节为单位存储信息。为单位存储信息。为为了了正正确确地地存存放放或或取取得得信信息息，每每一一个个字字节节单单元元给给以以一一个个存存储储器器地地址址，地地址址从从0 0开开始始编编号号，顺顺序序的的每每次次加加1 1，在在机机器器里里，地地址址也也是是用用二二进进制制数数来来表表示示的的。当当然然它它是是无无符符号号整整数数，书书写写格格式式为十六进制数。为十六进制数。一一个个存存储储单单元元中中存存放放的的信信息息称称为为该该存储单元的内容存储单元的内容 。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计

24、算机组织计算机组织 如图表示了存储器里存放的信息的情况如图表示了存储器里存放的信息的情况。 34 12 1EH 2FH0000H000100020003000400051234H1235H第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 在内存中：0000 0001 0002 0003 0004 0005 1234 1235 1236 123734121E2F第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 1. 1. 4 4号号“字节字节”单元单元存放的信息为存放的信息为3434H H，即即4 4号单元中的内容为号单元中的内容为3434H H，表表示示为为（00040

25、004）3434H H 2. 2. 但但机机器器字字长长是是1616位位，大大部部分分数数据据都都是是以以字为单位表示的。字为单位表示的。一一个个字字存存入入存存储储器器要要占占有有相相继继的的两两个个字字节节，存存放放时时，低低位位字字节节存存放放低低地地址址，高高位位字字节节存存放放高高地地址址，也也就就是是说说以以相相反反的的次次序序存入的。存入的。 这样两个字节单元构成了一个字单元，这样两个字节单元构成了一个字单元，字单元采用它的低地址进行存取。字单元采用它的低地址进行存取。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 4号号 “字字 ”单单 元元 的的 内内 容容

26、为为 1234H， 表表 示示 为为 ： （0004）1234H 同同一一地地址址可可看看成成字字节节单单元元/字字单单元元地地址址，应应据使用情况来定。据使用情况来定。 3字地址可以是偶数或奇数。字地址可以是偶数或奇数。机器是从偶地址访问存储器的机器是从偶地址访问存储器的，对奇地址，对奇地址单元，要取一个字需访问单元，要取一个字需访问2次存储器次存储器。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 4.如用如用0004表示字地址，（表示字地址，（0004）表示）表示0004单元的内容，如果单元的内容，如果0004单元中存放单元中存放着着1234H，即：即：(0004H)=12

27、34H,而而1234H又是一个地址，又是一个地址，(1234H)2F1EH则：则：(0004H) ) =(1234H)2F1EH第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.3.2 存储器地址分段存储器地址分段 1前前面面已已提提到到16位位字字长长的的机机器器可可以以访访问问的的最最大大存存储储空空间间为为64K字字节节，而而PC机机的的最最大大存存储储容容量为量为1M字节。字节。要访问要访问1M字节空间的存储器必须有字节空间的存储器必须有20位地址。位地址。用用16进进制制表表示示1M的的地地址址范范围围00000FFFFF，在在16位位字字长长的的机机器器里里，用用存

28、存储储器器地地址址分分段段的的方方法来提供法来提供20位地址。位地址。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2 2程程序序员员在在编编制制程程序序时时要要把把存存储储器器划划分分成成段段，每每个个段段的的大大小小可可达达6464K K，这样段内地址可用这样段内地址可用1616位表示。位表示。PCPC机机段段的的起起始始地地址址是是从从任任一一小小段段的的首地址开始。首地址开始。规规定定：从从0 0地地址址开开始始，每每1616个个字字节节为一为一小段小段。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 下下面面列列出出了了存存储储器器最最低低地地址址区区

29、的的三三个个小小段段地址区间。每行为一小段：地址区间。每行为一小段：0000000000，0000100001，00002 00002 , 0000, 0000E, 0000FE, 0000F00010, 00011, 00012, 00010, 00011, 00012, , 0001E, 0001F, 0001E, 0001F00020, 00021, 00022, 00020, 00021, 00022, , 0002E, 0002F, 0002E, 0002F其中，第一列就是每个小段的首地址。其中，第一列就是每个小段的首地址。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组

30、织 特特 征征 ： 在在 1616进进 制制 表表 示示 的的 地地 址址 中中 ， 最最 低低 为为 0 0（ 即即 20 20 位地址的低位地址的低4 4位为位为0 0）。）。在在1 1M M字字节节的的地地址址空空间间里里，共共有有6464K K个个小小段段首首地地址址。表示如下：表示如下： 00000 00000H H 00010H 00010H 41230H 41230H 41240H 41240H FFFE0H FFFE0H FFFF0H FFFF0H第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 3 3在在1 1M M字字节节的的存存储储器器里里，每每一一个个存存储

31、储单单元元都都有有唯唯一一的的2020位位地地址址，称称为为该该存存储储单单元元的的物物理理地址地址。CPUCPU访访问问存存储储器器时时，必必须须确确定定所所要要访访问问的的存存储储单元的物理地址才能存取该单元中的内容。单元的物理地址才能存取该单元中的内容。2020位位物物理理地地址址由由1616位位段段地地址址和和1616位位偏偏移移地地址址组成。组成。段段地地址址是是指指每每一一段段的的起起始始地地址址，由由于于它它必必须须是是小小段段的的首首地地址址，所所以以其其低低4 4位位是是0 0，这这样样就就规定段地址只取段起始地址的高规定段地址只取段起始地址的高1616位值位值。偏偏移移地地

32、址址则则是是指指在在段段内内相相对对于于段段起起始始地地址址的的偏移值。偏移值。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 0000+即即：把把段段地地址址在在移移4 4位位再再加加上上偏偏移移地地址址就就形形成物理地址。成物理地址。写写成成：1616d d段段地地址址偏偏移移地地址址物物理理地地址址显显然然每每个个存存储储单单元元地地址址由由不不同同的的段段地地址址和不同的偏移地址组成和不同的偏移地址组成 1616位位段地址段地址 1616位位偏移地址偏移地址 2020位位物理地址物理地址第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 4 4在在PCPC机机中

33、中，有有四四个个专专门门存存放放段段地地址址的寄存器，称为段寄存器。的寄存器，称为段寄存器。 CS CS：代码段代码段 DS DS：数据段数据段 SS SS：堆栈段堆栈段 ES ES：附加段附加段每每个个段段寄寄存存器器可可以以确确定定一一个个段段的的起始地址。起始地址。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 各段的用途：各段的用途：CSCS：代码段存放当前正在运行的程序。代码段存放当前正在运行的程序。DSDS：数据段存放当前运行程序所用的数据数据段存放当前运行程序所用的数据如如果果程程序序中中使使用用了了串串处处理理命命令令，则则其其源源操作数也存放在数据段中。操作数也

34、存放在数据段中。SSSS：堆栈段定义了堆栈所在的区域堆栈段定义了堆栈所在的区域堆堆栈栈是是一一种种数数据据结结构构，它它开开辟辟了了一一个个比比较较特特殊殊的的存存储储区区域域，并并以以后后进进先先出出的的方方式式来访问这一区域。来访问这一区域。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 ESES：附加段是一个附加的数据段附加段是一个附加的数据段辅辅助助的的数数据据区区，也也是是串串处处理理指指令令的的目目的操作数的存放区。的操作数的存放区。编编程程时时，应应按按规规定定把把程程序序的的各各部部分分放放在在规规定的区域之内。定的区域之内。一一般般情情况况下下，各各段段在在存

35、存储储器器中中的的分分配配是是由由操操作作系系统统负负责责的的，每每个个段段可可以以独独立立的的占占用用6464K K存储区，各段也允许重叠。存储区，各段也允许重叠。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 01500H CS DS 1CD00H SS ES 4200H 段寄存器 B000H 0150H4200H1CD0HB000H存储器存储器 6464K K代码代码 6464K K堆栈堆栈6464K K数据数据 6464K K附加附加数据数据第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 0200H0400H0480H存储器 08K代码 2K数据 256K

36、堆栈段寄存器02000H04800H04000HCSDSSSES第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.3.3 保护模式存储器寻址 虚拟存储器可支持编写的程序具有比虚拟存储器可支持编写的程序具有比主存储器能提供的更大的空间，实际主存储器能提供的更大的空间，实际上，程序将存放在外存储器中，程序上，程序将存放在外存储器中，程序运行时，由操作系统进行管理，把正运行时，由操作系统进行管理，把正在执行的那部分程序调入主存储器而在执行的那部分程序调入主存储器而保护寻址模式则对虚拟存储特性又很保护寻址模式则对虚拟存储特性又很好的支持。好的支持。 1逻辑地址逻辑地址 CS IP 段地

37、址偏移地址第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 在在实实模模式式存存储储器器寻寻址址时时，程程序序员员只只要要在在程程序序中中给给出出存存放放在在段段寄寄存存器器中中的的段段地地址址并并在在指指令令中中给给出出偏偏移移地地址址，机机器器就就会会自自己己用用段段地地址址左左移移4 4位位再再加加上上偏偏移移地地址址的的方方法法求求得得存存储储单单元元的的物物理理地地址址。从从而而取取出出所所要要存存储单元的内容。储单元的内容。程程序序员员在在编编程程时时只只给给出出逻逻辑辑地地址址，机机器器自自动动取取得得物物理理地地址址，在在保保护护模模式式下下，仍仍是是由由程程序序员

38、员给给出出逻逻辑辑地址，机器求得物理地址。地址，机器求得物理地址。逻辑地址逻辑地址 CS EIP CS EIP 和和实实模模式式区区别别：偏偏移移地地址址为为3232位位长长，最最大大段段长长可可从从6464KBKB扩大到扩大到4 4GBGB 选择器选择器偏移地址偏移地址第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2 2描述符描述符描描述述符符用用来来描描述述段段的的大大小小，段段在在存存储储器器中中的的位位置置及及其控制和状态其控制和状态 描述符描述符在在保保护护模模式式下下，逻逻辑辑地地址址由由选选择择器器和和偏偏移移地地址址两两部部分分组组成成，选选择择器器存存放放在在

39、段段中中但但它它不不能能直直接接表表示示段段基基地址，而由操作系统通过一定方法取得段地址。地址，而由操作系统通过一定方法取得段地址。系系统统按按选选择择器器的的内内容容，根根据据指指定定的的途途径径可可以以找找到到所所选选段段对对应应操操作作符符，从从而而根根据据其其给给出出的的基基地地址址和和界界限限值值确确定定所所要要得得存存储储器器所所在在的的段段，再再加加上上逻逻辑辑地地址址中中指定的偏移地址，就可以找到存储器指定的偏移地址，就可以找到存储器。基地址界限 访问权 附加字段第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.4中央处理器2.4.1 中央处理器CPU的组成 2

40、.4.2 8086/8088的寄存器组返回本章首页返回本章首页第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.4.1 中央处理器中央处理器CPU的组成的组成 CPUCPU的任务的任务是执行存放在存储器里的指令序列。是执行存放在存储器里的指令序列。它它由由运运算算器器和和控控制制器器两两部部分分组组成成。在在机机器器中中它它就就是一个微处理器芯片是一个微处理器芯片80888088算术逻辑部件算术逻辑部件ALUALU用来进行算术和逻辑运算用来进行算术和逻辑运算控制逻辑控制逻辑: :负责对全机的控制工作，包括负责对全机的控制工作，包括: :(1)(1)从存储器取出指令从存储器取出指

41、令 (2)(2)对指令进行译码分析对指令进行译码分析(3)(3)从存储器取得操作数从存储器取得操作数(4)(4)发出执行指令的所有命令发出执行指令的所有命令(5)(5)把结果存入存储器中把结果存入存储器中(6)(6)对总线及对总线及I/OI/O传送的控制等传送的控制等。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 数据寄存器AXBXCX 指针及变址存储器DX AH ALBH BLCH CLDH DL控制逻辑ALUPSWSPBPSIDIIP段寄存器CSDSSSES第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 工作寄存器工作寄存器每每一一个个寄寄存存器器相相当当于

42、于运运算算器器中中的的一个存储单元。一个存储单元。 它它用用来来存存放放计计算算过过程程中中所所需需要要的的或所得到的各种信息。或所得到的各种信息。 包包括括操操作作数数地地址址，操操作作数数及及运运算算的中间结果等。的中间结果等。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.4.2 8086/8088的寄存器组数据寄存器数据寄存器包包括括AXAX，BXBX，CXCX，DXDX四四个个通通用用寄寄存存器器，用用来来暂暂时时存存放放计计算算过过程程中中所所用用到到的的操操作作数，结果或其他信息。数，结果或其他信息。它它们们可可以以以以字字的的形形式式访访问问，或或者者也也可

43、可以以以字节的形式访问。以字节的形式访问。例例如如：对对AXAX可可分分别别访访问问高高字字节节AHAH或或低低字字节节ALALAXAX：累加器，是算术运算的主要寄存器；累加器，是算术运算的主要寄存器； 所所有有的的I/OI/O指指令令都都使使用用这这一一寄寄存存器器与与 外设传送信息。外设传送信息。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 BXBX：通通用用R R；在在计计算算存存储储器器地地址址时时用用作作基基址址寄寄存器。存器。CXCX：通通用用R R；在在循循环环LOOPLOOP和和串串处处理理指指令令中中用用作作隐含的计算组。隐含的计算组。DXDX：通通用用R

44、R；在在作作双双字字长长运运算算时时把把DXDX和和AXAX组组合合在在一一起起存存放放一一个个双双字字长长数数，DXDX存存高高位位字字；对对I/OI/O操作，操作，DXDX存存I/OI/O的端口地址。的端口地址。指针及变址寄存器指针及变址寄存器包括包括SP,BP,SI,DISP,BP,SI,DI四个四个1616位寄存器。位寄存器。存放操作数以字（存放操作数以字（1616位）为单位使用。位）为单位使用。在段内寻址时提供偏移地址。在段内寻址时提供偏移地址。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 SPSP：堆栈指针堆栈指针R RBPBP：基址指针基址指针R R SP,BP

45、SP,BP可可与与SSSS寄寄存存器器联联用用来来确确定定堆堆栈栈段段中中的的某某一一存存储储单单元元。SPSP用用来来指指示示栈栈顶顶的的偏偏移移地地址址，BPBP作作为为堆堆栈栈区区中中的的一一个个基基地地址址以以便便访访问问堆堆栈栈中的其他信息。中的其他信息。SISI：源变址源变址R RDIDI：目的变址寄存器目的变址寄存器 一般与一般与DSDS联用，用来确定数据段中某一存联用，用来确定数据段中某一存储单元地址，这两个变址寄存器有自动增量储单元地址，这两个变址寄存器有自动增量/ /减量的功能。减量的功能。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 在在串串处处理理指指

46、令令中中，SISI和和DIDI作作为为隐隐含含的的源源变变址址和和目目的的变变址址寄寄存存器器，此此时时SISI和和DSDS联联用用，DIDI和和ESES联联用用，分分别别达达到到在在数数据据段段和和附附加加段段中寻址的目的。中寻址的目的。段寄存器：包括段寄存器：包括CS,DS,SS,ESCS,DS,SS,ES控控制制寄寄存存器器：专专用用寄寄存存器器（IP,SPIP,SP和和FLAGSFLAGS三个寄存器）三个寄存器）IP,PCWIP,PCW两个两个1616位寄存器。位寄存器。IP:IP:指指针针寄寄存存器器，它它用用来来存存放放代代码码段段中中的的偏偏移地址。移地址。在在程程序序运运行行的

47、的过过程程中中，它它始始终终指指向向下下一一条条指指令令的的首首地地址址，它它与与CSCS寄寄存存器器联联用用确确定定下一条指令的物理地址。下一条指令的物理地址。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 地地址址 存存储储器器 控控制制器器取取下下一一条条要要执执行行的的指指令令，而而控控制制器器一一旦旦取取得得这这条条指指令令就就马马上上修修改改IPIP的的内内容容，使使IPIP指指向向下下一一条条指指令的首地址。令的首地址。作用：控制指令序列的执行流程。作用：控制指令序列的执行流程。【PCWPCW】 FLAGS FLAGS为标志寄存器为标志寄存器程程序序状状态态寄寄存存

48、器器，1616位位，由由条条件件码码和和控控制制码码标标志构成。志构成。条件码标志：记录程序中运行结果的状态信息。条件码标志：记录程序中运行结果的状态信息。这些状态信息往往作为后继条件转移，指令这些状态信息往往作为后继条件转移，指令的转移控制条件叫条件码，包括的转移控制条件叫条件码，包括6 6位。位。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 OFOF：溢出标志溢出标志 OFOF1 1，不溢出不溢出 OF=0OF=0在在运运算算过过程程中中，操操作作数数超超出出了了机机器器能能表表示的范围。示的范围。SFSF：符号标志符号标志 SFSF1 1，结果为结果为0 0，否则，否则

49、SFSF0 0ZFZF：零标志零标志 ZFZF1 1，结果结果0 0，否则，否则ZFZF0 0CFCF：进位标志进位标志 CFCF1 1，最高有效位有进位，最高有效位有进位，否则否则CF=0CF=0记录运算时从最高有效位产生的进位值。记录运算时从最高有效位产生的进位值。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 AFAF：辅辅助助进进位位标标志志，记记录录运运算算时时第第三三位位（半半个字节）产生的进位值个字节）产生的进位值例如：执行加法指令时第三位有进位时置例如：执行加法指令时第三位有进位时置1 1PFPF：奇奇偶偶标标志志 当当结结果果操操作作数数中中的的个个数数为为偶偶

50、数时置数时置PF=1PF=1，奇数奇数PF=0PF=0用用来来为为机机器器中中传传送送中中传传送送信信息息时时，可可能能出出现现的代码出错情况提供检验条件。的代码出错情况提供检验条件。第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 控制标志：（3个）（1 1）DFDF：方方向向标标志志，在串处理指令中控制处理信息的方向用。 DFDF1 1，变址变址R R的的SI/DISI/DI减量，从高地址向低地址方向；减量，从高地址向低地址方向； DF=0DF=0，SI/DISI/DI增增量量，串串处处理理从从低低地地址址向向高高地地址址方向（2 2）IFIF：中断标志中断标志 IF IF1

51、1，允许中断；允许中断； IF IF0 0，关闭中断关闭中断 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 （3 3）TFTF：陷阱标志陷阱标志，用于单步方式操作。，用于单步方式操作。TF=1TF=1，每条指令执行完后产生陷阱，由系统控每条指令执行完后产生陷阱，由系统控制计算制计算TFTF0 0，CPUCPU正常工作不产生陷阱正常工作不产生陷阱 PSWPSW的的控控制制信信息息是是由由系系统统或或用用户户程程序序根根据据需需要要用用指指令令设设置置，状状态态信信息息由由中中央央处处理理机机根根据据计算结果自动设置。计算结果自动设置。 用符号来表示标志位的值，如：用符号来表示标志

52、位的值，如： OF=1 OF=1OVOV；OF=0OF=0NVNV 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 2.5外部设备外部设备输输入入/输输出出设设备备，大大容容量量外外存存（磁磁盘盘），外外设设与与主主机机（CPU）的的通通信信是是通通过过外外设设接接口口进进行行的的，每个接口包括一组寄存器每个接口包括一组寄存器三种用途的三种用途的R 1.数据寄存器：数据寄存器：用用来来存存放放要要在在外外设设和和主主机机间间传传送送的的数数据据，这这种寄存器实际上起缓冲器的作用。种寄存器实际上起缓冲器的作用。 2.状态寄存器：状态寄存器：用用来来保保存存外外设设或或接接口口的的状

53、状态态信信息息以以便便CPU在在必要时测试外设状态。必要时测试外设状态。返回本章首页返回本章首页第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 3.命令寄存器：命令寄存器： CPU给给外外设设或或接接口口的的控控制制命命令令通通过过此此寄寄存存器送给外部设备。器送给外部设备。各各种种外外设设都都有有以以上上三三种种类类型型的的寄寄存存器器，只只是是每每个个接接口口所所配配备备的的寄寄存存器器数数目目是是根根据据设设备备的的需要确定的。需要确定的。例例如如：键键盘盘只只有有一一个个8位位数数据据寄寄存存器器，并并把把状态和命令寄存器合二为一个控制寄存器。状态和命令寄存器合二为一个控

54、制寄存器。为了方便，外设中每个寄存器给予一个端口为了方便，外设中每个寄存器给予一个端口地址，这样就组成了一个独立于内存储器的地址，这样就组成了一个独立于内存储器的I/O地址空间。地址空间。PC机的机的I/O地址空间可达地址空间可达64K。地址范围地址范围0000FFFFH 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 为为了了用用户户使使用用外外设设，PCPC提提供供了了两两种种类类型型的的例例行行程程序序供供用用户户调调用用，一一种种是是BIOSBIOS，另另一一种种是是DOSDOS，它它们们都都是是系系统统编编制制的的子子程程序序，通通过过中中断断方方式式转转入入所所需需的

55、的子程序去执行，执行完后返回源程序继续执行。子程序去执行，执行完后返回源程序继续执行。区别：区别：(1) (1) BIOSBIOS存存放放在在机机器器的的只只读读存存储储器器ROMROM中中，所所以以可可以以把把它它看看成成是是机机器器的的硬硬件件的的一一部部分分，它它的的层层次次比比DOSDOS更更低低，更更接接近近硬硬件件，它它的的语语句句要要完完成成每每一一个个设设备备的的直直接命令或信息传送。接命令或信息传送。(2) (2) DOSDOS功功能能调调用用: :是是DOSDOS操操作作系系统统的的一一个个组组成成部部分分，它它在在开开机机时时由由磁磁盘盘装装入入存存储储器器，在在它它的的例例行行程程序序中中可可以以一一次次或或多多次次调调用用BIOSBIOS以以完完成成比比BIOSBIOS更更高高级级的的功功能调用能调用。 第第2 2章章 IBM PCIBM PC计算机组织计算机组织 本章到此结束！本章到此结束！返回本章首页返回本章首页结结束束