汇编语言程序设计课件 第2章 80x86计算机组织

第2章80 x86计算机组织 2 1Intel公司与80 x86微处理器2 2基于微处理器的计算机系统构成2 3中央处理器2 4存储器2 5外部设备 2 1Intel公司与80 x86微处理器 1968年罗伯特 诺伊斯 RobertNoyce 戈登 摩尔 GordonMoore 安迪 格鲁夫 AndyGrove 在硅谷共同创立了英特尔公司 作为 芯世界 的发现者和开拓者之一 英特尔引领了PC和互联网时代每一次激动人心的创新 从4位到64位 位 用以表示一个时钟周期内 微处理器所能够处理的二进制代码数 1971年 缔造全球微处理器市场的英特尔4004是一款4位处理器 计算性能已相当于首台电子巨型机ENIAC 其后 在英特尔与业内同仁的共同努力下 8位 16位 32位处理器相继登场 现今 随着英特尔的奔腾4 奔腾D 酷睿 2双核 至强 安腾双核等台式机及服务器64位微处理器不断面世 人类已迈入计算带宽更大 计算性能更高的全新时代 1982年 286微处理器 286也称为80286 是英特尔第一款具有完全兼容性的处理器 即可以运行所有针对其前代处理器编写的软件 这一软件兼容性也成为了英特尔处理器家族一个恒久不变的特点 该产品发布后的6年内 全世界基于286处理器的个人计算机便达到了大约1 500万台 晶体管数量 134 000速度 6MHz 8MHz 10MHz 12 5MHz 1971年 4004微处理器 4004是英特尔推出的第一款微处理器 这一突破性的发明最先应用于Busicom计算器 为无生命体和个人计算机的智能嵌入铺平了道路 晶体管数量 2 300速度 108KHz 1972年 8008微处理器 8008的性能是4004的两倍 1974年 无线电电子学 RadioElectronics 发表的一篇文章指出一款名为Mark 8的设备采用了8008 Mark 8是第一批家用计算机之一 而以今天的标准来看该产品很难进行构建 维护和操作 晶体管数量 3 500速度 200KHz 1974年 8080微处理器 8080有幸成为了第一款个人计算机Altair的大脑 据说Altair这个名称是源 星际旅行 电视节目中一个星际飞行计划 StarshipEnterprise 的目的地名称 计算机爱好者花费395美元即可购得Altair套件 数月内 Altair的销售量达到数万台 造成了电脑销售历史上第一次缺货现象 晶体管数量 6 000速度 2MHz 1978年 8086 8088微处理器 英特尔成功将8088销售给IBM全新的个人计算机部门 使得8088成为了IBM全新热销产品 IBMPC的大脑 8088的大获成功使英特尔顺利跻身财富500强之列 财富 杂志将该公司评为 七十大商业奇迹之一 BusinessTriumphsoftheSeventies 晶体管数量 29 000速度 5MHz 8MHz 10MHz 1985年 英特尔 386 微处理器 英特尔 386 微处理器采用275 000个晶体管 约是最初的4004处理器的100多倍 它是一个32位的 多处理 芯片 即可以同时运行多个程序 晶体管数量 275 000速度 16MHz 20MHz 25MHz 33MHz 1989年 英特尔 486 DXCPU微处理器 下一代处理器英特尔 486 处理器真正意味着您从命令形式的进入到了 选中并点击 point and click 的计算时代 史密森学会美国历史国家博物馆的技术历史学家DavidK Allison回忆道 当时我拥有了彩色计算机 并且以很快的速度进行桌面排版工作 英特尔 486 处理器首次采用内建的数学协处理器 将负载的数学运算功能从中央处理器中分离出来 从而显著加快了计算速度 晶体管数量 120万速度 25MHz 33MHz 50MHz 1993年 英特尔 奔腾 处理器 英特尔 奔腾 处理器支持计算机更轻松的集成 现实世界 数据 如语音 声音 手写体和图片等 奔腾 二字频繁出现在漫画和电视谈话节目中 使其在推出之后很快成为一个家喻户晓的词语 晶体管数量 310万速度 60MHz 66MHz 1997年 英特尔奔腾II处理器 汇集750万个晶体管的英特尔 奔腾 II处理器采用了英特尔 MMX 技术 该技术专门设计用于高效处理视频 音频和图形数据 它采用创新的单边接触 S E C 卡盒推出 同时还集成了高速的高速缓存内存芯片 采用该芯片 电脑用户可以捕捉 编辑并通过互联网与朋友和家人分享数字图片 为家庭电影编辑和添加文字 音乐或场景转换 采用视频电话 通过标准电话线和互联网发送视频 晶体管数量 750万速度 200MHz 233MHz 266MHz 300MHz 1999年 英特尔 奔腾 III处理器 英特尔 奔腾 III处理器采用了70条新指令 互联网SIMD流指令扩展 显著增强了高级图像 3D 音频流 视频和语音识别应用的性能 该处理器专门设计用于增强互联网体验 支持用户浏览光顾现实的在线博物馆和商店 下载优质视频等 处理器采用0 25微米技术制造 晶体管数量 950万速度 650MHz至1 2GHz 2000年 英特尔 奔腾 4处理器 采用基于英特尔 奔腾 4处理器的电脑 用户可以制作专业品质的电影 通过互联网提供类似电视的视频 通过实时视频和语音进行交流 实时渲染3D图片 快速编码MP3播放器音乐 同时运行多项多媒体应用并接入互联网 处理器首次采用4 200万个晶体管和0 18微米的电路线 英特尔的首款微处理器4004的运行速率为108千赫 108 000赫 而当今的英特尔 奔腾 4处理器的最初速率为1 5千兆赫 15亿赫兹 如果汽车的速度在同期也能有类似提升的话 那么现在您从旧金山到纽约驱车仅需13秒 晶体管数量 4 200万速度 1 30 1 40 1 50 1 70 1 80G2001年8月 英特尔 奔腾 4处理器 达到2GHz里程碑2002年11月 含超线程 HT 技术的英特尔 奔腾 4处理器 2006年7月 酷睿2处理器 2006年7月 英特尔公司今天面向家用和商用个人电脑与笔记本电脑 发布了十款全新英特尔 酷睿 2双核处理器和英特尔 酷睿 至尊处理器 英特尔 酷睿 2双核处理器家族包括五款专门针对企业 家庭 工作站和玩家 如高端游戏玩家 而定制的台式机处理器 以及五款专门针对移动生活而定制的处理器 首批电脑于今天上市 八月份还将有更多的台式机和笔记本电脑推出 这些英特尔 酷睿 2双核处理器设计用于提供出色的能效表现 并更快速地运行多种复杂应用 支持用户改进各种任务的处理 例如 更流畅地观看和播放高清晰度视频 在电子商务交易过程中更好地保护电脑及其资产 以及提供更耐久的电池使用时间和更加纤巧时尚的笔记本电脑外形 戈登 摩尔 在IT行业有一个神话 这个神话就是一条定律把一个企业带到成功的顶峰 这个定律就是 摩尔定律 信息产业几乎严格按照这个定律以指数方式领导着整个经济发展的步伐 这个定律的发现者不是别人 正是世界头号CPU生产商Intel公司的创始人之一的戈登 摩尔 GordonMoore 摩尔1929年出生在美国加州的旧金山 曾获得加州大学伯克利分校的化学学士学位 并且在加州理工大学 CIT 获得物理和化学两个博士学位 50年代中期他和集成电路的发明者罗伯特 诺伊斯 RobertNoyce 一起 在威廉 肖克利半导体公司工作 后来 诺伊斯和摩尔等8人集体辞职创办了半导体工业史上有名的仙童半导体公司 FairchildSemiconductor 仙童成为现在的Intel和AMD之父 1968年 摩尔和诺伊斯一起退出仙童公司 创办了Intel Intel致力于开发当时计算机工业尚未开发的数据存储领域 公司生产的第一个重要产品Intel1103存储芯片于70年代初上市 1972年 Intel销售额就达2340万美元 从1982年起的过去10年间 微电子技术共有22项重大突破 其中由Intel公司开发的就有16项之多 戈登 摩尔从1968年Intel诞生之日起就是这家传奇性公司的高级领导之一 1974年在诺伊斯卸任之后 时任副总裁的摩尔正式登上了总裁和首席执行官的宝座 开始扮演驾驶Intel巨轮的 船长 角色 在摩尔主导Intel的十几年时间里 1974 1987年 以PC为代表的个人计算机工业萌芽并获得了飞速的发展 摩尔以其敏锐的眼光 准确地预测到了PC的成功 他果断地做出决定 Intel进行战略转移 专攻微型计算机的 心脏 部件 CPU 随着PC在全球范围获得的巨大成功 提供PC核心部件的Intel从一个存储器制造商长成为一个更加辉煌的Intel 戈登 摩尔正是这场变革和进步的最大推动者和胜利者 在高科技的IT领域 奋斗过十年的人物就可以被人称为老兵了 那么闪耀了40多年光芒的摩尔又该被称为什么呢 戈登 摩尔不但是一个老兵 他更是一位信息产业的偶像 今天 虽然担任Intel荣誉董事主席的摩尔已经淡出了日常的管理事务 但是他还是一周数日出现在Intel总部的大楼里 摩尔定律 摩尔定律源自1965年我为 电子学 撰写的文章 我预见到 我们将制造出更复杂的电路从而降低电器的成本 根据我的推算 10年之后 一块集成电路板里包含的电子元件会从当时的60个增加到6万多个 那是个胆大的推断 1975年 我又对它做了修正 把每一年翻一番的目标改为每两年翻一番 戈登 摩尔 GordonMoore 1965年 作为英特尔公司的创始人之一 戈登 摩尔应邀撰写了一篇名为 让集成电路填满更多元件 Crammingmorecomponentsontointegratedcircuits 的文章 文中 摩尔对未来半导体元件工业的发展趋势作出了预测 他指出 单块硅芯片上所集成的晶体管数目大约每年 注 1975年 摩尔将周期修正为 每两年 增加一倍 这一预言后来成为广为人知的 摩尔定律 被誉为 定义个人电脑和互联网科技发展轨迹的金律 摩尔定律在过去数十年里展现出了惊人的准确性 不止是微处理器 还包括内存 硬盘 图形加速卡 PC的主要功能元件几乎都是遵循着摩尔定律所 设计 的路线而不断 进化 和演变 2 2基于微处理器的计算机系统构成 2 2 1硬件计算机硬件 中央处理器 存储器和输入输出子系统三个主要组成部分 用系统总线将他们联系在一起 存储器 计算机的记忆部件中央处理器 包括运算器和控制器运算器 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 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 以保证正确完成程序所要求的功能 I O子系统 包括I O设备和大容量存储器两类外部设备I O设备 负责与计算机外部世界通信的输入 输出设备大容量存储器 可存储大量信息的外部存储器 系统总线 把CPU 存储器和I O设备连接起来 用来传送各部分之间的信息 由总线控制逻辑负责指挥 数据线 传送信息地址线 指出信息来源或目的的地址控制线 规定总线的动作 硬件组成图 2 2 2软件 系统软件操作系统 驱动程序 文件管理程序 文本编辑程序 翻译程序 汇编程序 解释程序和编译程序 连接程序 装入程序 调试程序 系统程序库等用户软件 用户自行编制的各种程序 2 3中央处理机 组成寄存器组 2 3 1中央处理机CPU的组成 早期的CPU只包含运算器 控制器两大部分 为了使存储器和运算器速度相匹配 增加了高速缓存 算术逻辑部件 用来进行算术和逻辑运算控制逻辑负责对全机的控制工作寄存器 每个寄存器是一个运算器中的存储单元 用来存放计算过程中所需要或所获得的各种信息 2 3 280 x86寄存器组 分为程序可见的寄存器和程序不可见的寄存器两大类 程序可见的寄存器 在汇编语言程序设计中用到的寄存器 程序不可见的寄存器 应用程序一般不使用而由系统使用的寄存器 1 通用寄存器 AX accumulator 累加器 算术运算的主要寄存器 乘 除运算指定寄存器 I O指令指定使用寄存器 BX Base 基址变址寄存器 计算存储器地址时的基地址 CX Count 计数寄存器 移位 循环和串处理指令中保存计数值 DX Data 数据寄储器 双字长数的高位 I O指令的端口地址 SP StackPoint 堆栈指针寄存器 指示段顶的偏移地址 BP BasePoint 基址指针寄存器 DI Destinationindex 目的变址寄存器 SI Sourceindex 源地址变址寄存器 可以部分使用 AX AH和AL等80286后续的通用寄存器 EAX等 寄存器 EAXEBXECXEDXESPEBPESIEDIEIPEFLAGS FSGS 311615870 AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPSIDIIPFLAGSCSDSSSES 8086 8088 80286寄存器 2 专用寄存器 IP instructionpointer 指令指针寄存器SP StackPoint 堆栈指针寄存器 指示段顶的偏移地址 FLAG标志寄存器 程序状态寄存器 PSW 条件标志 溢出标志OF 符号标志SF 零标志ZF 进位标志CF 辅助进位标志AF 奇偶标志PF 控制标志 方向标志DF系统标志 陷阱标志TF中断标志IF 标志寄存器 程序状态字 标志寄存器 8086 8088 IOPL NT 80286 VM 80386 AC 80486 ID VIP VIF 313029282726252423222120191817161514131211109876543210 Pentium 80 x86的标志寄存器 P 23 IOPL I O特权级VIP 虚拟中断未决标志NT 嵌套任务标志VIF 虚拟中断标志RF 重新启动标志VM 虚拟8086模式位AC 对准检查方式位ID 标识标志 段寄存器 CS代码段寄存器DS数据段寄存器SS堆栈段寄存器ES附加段寄存器 2 4存储器 内部存储器 内存储器用来存放当前执行的程序和所需要的数据 2 4 1存储单元的地址和内容 数据类型 字节 字 双字和4字等物理地址 每一个字节单元给以一个唯一的数字编号 地址从0开始线性增加 一般书写成16进制数16位二进制数可以编号范围 0000 FFFF20位二进制数可以编号范围 00000 FFFFF一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容 多字节数高位存放在高地址 低位存放在低地址如果多字节按照对应的整数倍一次就可以访问存储器 否则要多次访问存取数据时的取数据可以重复取出 存储器的逻辑地址与物理地址 10011111 00100110 01001000 逻辑地址 段地址 偏移地址 1000 0000H 1000 0001H 1000 0002H 1000 0003H 1000 0004H 1000 0005H 物理地址 10000H 10001H 10002H 10003H 10004H 10005H 10000011 01011100 10100010 字节内容 10000H 9FH 10001H 26H字内容 10000H 269FH 10001H 4826H 访问两次内存 2 4 2实模式存储器寻址 8086 8088只能工作在实模式下1 存储器地址的分段8086 8088的地址总线宽度为20 可以访问1M的存储器地址 但是计算机中关于地址指针寄存器只有16位 采用存储器分段的方式将16位地址对应到20位地址 程序员在编制程序时将存储器分段 每个段64K 使用16位地址0000 FFFF表示 小段 每16个字节为一个小段 每个小段的编号为段地址 段必须从小段的边界开始 物理地址 在1M存储空间中 每个存储单元都有一个唯一的20位地址 20位物理地址由16位段地址和16位偏移地址组成20位物理地址 段地址x16d 偏移地址例 DS 2100H BX 0500H PA 21000H 0500H 21500H同样的物理地址可以有不同的段地址和偏移地址表示 指定段地址和偏移地址只能表示唯一的物理地址 2 段寄存器 每个段寄存器确定一个段的起始地址 各有不同的用途代码段 存放当前正在运行的程序数据段 存放当前程序所使用的数据堆栈段