《微机原理与控制技术》辅导资料一.doc

大连理工大学网络教育学院微机原理与控制技术辅导资料五主 题： 第二章 8086/8088微处理器的体系结构（第2节）学习时间： 2014年10月27日11月2日内 容： 我们这周主要学习8086/8088存储器分段技术。希望通过下面的内容能使同学们加深微机原理与控制技术相关知识的理解。第二节 8086/8088存储器分段技术一、8086/8088存储器分段技术18086微处理器的存储器组成 8086 CPU有20条地址线，可直接寻址1MB的存储空间，每一个存储单元可以存放一个字节（8位）二进制信息。为了便于对存储器进行存取操作，每一个存储单元都有一个惟一的地址与之对应，其地址范围用十进制表示为01048575，用十六进制表示为00000HFFFFFH。将存储器按照地址顺序排列如图2.5所示。在进行数据存取操作时，数据可以是字节、字、双字，甚至是多字，它们分别占用一个存储单元、两个存储单元、四个存储单元和多个存储单元。 图1.1 8086存储器按照地址顺序排列示意图 2存储器的分段和物理地址的形成 （1）存储器的分段 8086 CPU将1MB的存储器划分为若干个区段以后，每个段包含216个字节（即64KB），并且每个段的首地址是一个可以被16整除的数（即段的起始地址的最低四位为0）。在任意时刻，程序能够很方便地访问四个分段的内容。这四个分段又被称为四个现行可寻址段，即代码段、数据段、堆栈段和附加段。将这四个现行段的起始地址的最高16位地址值（用十六进制表示为四位）分别存放在CS, DS, SS和ES四个段寄存器中，称为现行段的段基址。利用指令我们可以任意设定段寄存器的内容，段基址一旦确定，对应64KB的存储区段则完全确定下来，程序可以从四个段寄存器给出的逻辑段中存取指令代码和数据。存储空间的分段方式可以有多种多样，段与段之间可以部分重叠、完全重叠或完全分离。存储器分段示例如图2.6所示。图1.2 8086存储器分段示例 若已知当前有效的代码段、数据段、附加段和堆栈段的段基址分别为1000H, 3501H, 7F3BH, EAB0H，那么它们在存储器中的分布情况如图2.7所示。图1.3 8086存储器分布情况 由图可见，1MB的存储器除已经被定义的四个段外，还剩下一些空白（未用）区域，如果要用到这些区域，则必须首先改变相应段寄存器的内容，重新设置四个段寄存器，一旦加以定义，就可以通过段寄存器来访问不同的段。 （2）存储器中的逻辑地址和物理地址 存储器采用分段结构以后，对存储器的访问可以使用两种地址，即逻辑地址和物理地址。 逻辑地址由段基址（存放在段寄存器中）和偏移地址（由寻址方式提供）两部分构成，它们都是无符号的16位二进制数。逻辑地址是用户进行程序设计时采用的地址。1MB内存空间中每个存储单元的物理地址是惟一的，由20位二进制数构成。物理地址是CPU访问内存时使用的地址。当用户通过编制程序将16位逻辑地址送入CPU的总线接口部件BIU时，地址加法器通过地址运算变换为20位的物理地址。产生20位物理地址的公式为： 物理地址段基址16偏移地址其中，段基址16的操作常常通过将16位段寄存器的内容（二进制形式）左移四位末位补四个0来实现。8086 存储器物理地址的形成过程如图2.8所示。 【例1.1】 若数据段寄存器DS2100H，试确定该存储区段物理地址的范围。 首先需要确定该数据区段中第一个存储单元和最后一个存储单元的16位偏移地址。因为一个逻辑段的最大容量为64KB，所以第一个存储单元的偏移地址为0，最后一个存储单元的偏移地址为FFFFH。该数据区段由低至高相应存储单元的偏移地址为0000HFFFFH。 存储区的首地址DS16偏移地址2100H160000H21000H存储区的末地址DS16偏移地址2100H16FFFFH30FFFH从而可知：该数据段的地址范围是21000H30FFFH，如图2.9所示。有时也采用“段基址:偏移地址”这种形式来表示存储单元的地址。图1.4 8086存储器物理地址形成示意图图1.5 数据段地址范围示意图 【例1.2】 当CS5A00H，偏移地址2245H时，求物理地址； 当CS4C82H，偏移地址FA25H时，求物理地址。 根据物理地址的计算公式，可得： 题的物理地址CS16偏移地址5A00H162245H5C245H题的物理地址CS16偏移地址4C82H16FA25H5C245H从例1.2可以看出：在题和中给定的段基址和偏移地址各不相同，而计算所得的物理地址却是一样的，均为5C245H。这说明，对于存储器的任意存储单元来说，物理地址是惟一的，而逻辑地址却有无数组。不同的段基址和相应的偏移地址可以形成同一个物理地址。（3）按信息特征分段存储与分段寻址 8086在存储器中存储的信息包括程序指令、数据及计算机运行的状态等。为了便于寻址和操作，这些信息在存储器中分段存储，因而将存储器划分为程序区、数据区和堆栈区，并通过段寄存器CS, DS, ES和SS进行寻址。 对程序区的访问 专门用于存放程序指令代码的存储区域称为程序区。访问程序区时，段基址由代码段寄存器CS指定，IP的内容表示段内的偏移地址。当前所取指令的物理地址为： 物理地址CS16IP若要访问不同的程序区时，只需修改代码段寄存器CS的内容即可。 对数据区的访问 用来存放数据信息的区域称为数据区。这些数据信息包括CPU要处理的原始数据、运算的中间结果和最后结果。访问数据区时，DS的内容用来表示数据段的段基址，而偏移地址由指令的寻址方式所求得的有效地址EA（effective address）来确定。其物理地址为： 物理地址DS16EA 对堆栈区的访问 堆栈是特殊的存储区域，用来存放由PUSH指令压入的需要进行保护的数据和状态信息。访问堆栈区时，用堆栈段寄存器SS指示堆栈段的段基址，SP的内容表示栈顶的偏移地址。BP的内容表示栈底的偏移地址。堆栈操作时存储单元的物理地址为： 物理地址SS16SP 字符串操作 在存储器中，字符串操作指的是对两个数据块进行传送或比较，这就需要指定传送的源数据区和目标数据区。通常用DS作为源数据区的段寄存器保存段基址，源变址寄存器SI的内容表示偏移地址，用ES作为目标数据区的段寄存器保存段基址，目标变址寄存器DI表示偏移地址。地址的计算公式为：源数据区物理地址DS16SI目标数据区物理地址ES16DI38086的输入/输出结构 在8086微机系统中，配置了一定数量的输入/输出设备，而这些设备必须通过输入/输出，即I/O接口芯片与CPU相连接。每个I/O接口芯片都有一个或几个I/O端口，像存储器一样，每个I/O端口都有一个惟一的端口地址，以供CPU访问。由于8086用地址总线的低16位A15A0来寻址端口地址，所以8086 CPU可以访问的I/O端口地址共有64KB，其地址为0000HFFFFH。这些端口均为8位端口（即通过该端口一次输入/输出一个字节信息）。对端口的寻址有直接寻址方式和间接寻址方式两种。直接寻址适用于地址在00HFFH范围内的端口寻址。间接寻址适用于地址在0100HFFFFH范围内的端口寻址（所有端口均可采用间接寻址方式）。 二、堆栈1.定义：堆栈是存储器中的一个特定的存储区，它的一端(栈底)是固定的，另一端(栈顶)是浮动的，信息的存入和取出都只能在浮动的一端进行，并且遵循后进先出(Last In First Out)的原则。*堆栈是一种后进先出型数据结构。*堆栈是插入和删除操作都只能在一端进行的线性表。 2.用途： （1）堆栈主要用来暂时保存程序运行时的一些地址或数据信息。（2）当CPU执行调用(Call)指令时，用堆栈保存程序的返回地址(亦称断点地址)；（3）在中断响应及中断处理时，通过堆栈“保存现场”和“恢复现场”；（4）有时也利用堆栈为子程序传递参数。3. 结构：（1）堆栈是在存储器中实现的，并由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器SP来定位。（2）SS寄存器中存放的是堆栈段的段基值，它确定了堆栈段的起始位置。（3）SP寄存器中存放的是堆栈操作单元的偏移量，SP总是指向栈顶。（4）值得注意的是，这种结构的堆栈是所谓“向下生长的”，即栈底在堆栈的高地址端，当堆栈为空时SP就指向栈底。 （5）堆栈段的段基址(由SS寄存器确定)并不是栈底。图2.1 堆栈的结构与操作本周要求掌握的内容如下：1.熟识8086/8088存储器分段技术；2.掌握堆栈的相关知识。习题：（一）选择题1下列关于寄存器名称表述错误的是（ ）。ADS数据段寄存器 B. CS代码段寄存器 C. SS通用段寄存器 D. ES附加段寄存器2. 下列不是堆栈用途的是（ ）。A暂时保存程序运行时的一些地址或数据信息 B. 在中断响应及中断处理时，通过堆栈“保存现场”和“恢复现场” C. 当CPU执行调用(Call)指令时，用堆栈保存程序的返回地址(亦称断点地址) D. 利