汇编语言 第2章 80 x86计算机组织.ppt

第二章80 x86计算机组织,2.180X86微处理器2.2基于微处理器的计算机系统构成2.3中央处理机2.4存储器2.5外部设备,2.180 x86微处理器,计算机的五个组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。80 x86微处理器是美国Intel公司生产的微处理器系列。微处理器即中央处理机（centralprocessingunitCPU)，包括运算器和控制器。微计算机系统：微处理器+存储器+输入输出设备+系统软件386微机：80386微处理器+存储器+输入输出设备+系统软件586微机：80586微处理器+存储器+输入输出设备+系统软件,80 x86微处理器概况,基本概念1,1晶体管数芯片中所包含的晶体管数2主频芯片所用的主时钟频率,3运算速度：MIPS（MillionsofInstructionsPerSecond)；以执行时间最短的指令来估算速度；取决于主频、体系结构4字长：表示计算机内部参与运算的数的位数，它决定着计算机内部寄存器、ALU和数据总线的位数，直接影响着机器的硬件规模和造价,5总线计算机中的一组公共信号线6数据总线负责计算机中数据在各组成部分之间的传送数据总线宽度：芯片内部数据传送的宽度外部数据总线宽度：芯片内和芯片外交换数据的宽度7地址总线负责指出信息的来源和目的地址总线宽度：专用于传送地址的总线宽度寻址空间：处理器可以访问的存储器的最大范围存储器容量的单位：基本单位210=1024,1024K=1M,1024M=1G8控制总线负责控制总线的动作,基本概念2,9存储器组织的层次结构为了在速度、容量、成本三者之间达到最佳平衡状态，采用了层次结构的存储器组织，具体：1、高速缓冲存储器速度快、容量小、成本高2、主存储器速度、容量、成本居中3、外存储器速度慢、容量大、成本低,CPUCache主存储器外存储器,基本概念3,10工作方式实模式8086的工作方式保护模式80286+，可提供虚拟存储的管理和多任务的管理机制虚86模式80386+一台机器可同时模拟多个8086处理器的工作,基本概念4,微处理器微型计算机的核心部件。包括算术逻辑部件ALU、控制部件和寄存器组三个基本部分。微机以微处理器为核心，加上由大规模集成电路制成的存储器（ROM和RAM）、输入/输出（I/O）接口和系统总线组成的。微机系统微型计算机为核心，再配以相应的外围设备、电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算机系统。,11微机系统的三个层次：,基本概念5,2.2基于微处理器的计算机系统构成,硬件包括电路、插件板、机柜等物理设备；软件指为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序的总和。,计算机系统包括硬件和软件两大部分。,2.2.1硬件,硬件：三个主要组成部分，用系统总线连接。,中央处理机CPU,总线控制逻辑,接口,接口,存储器,大容量存储器,I/O设备,I/O子系统,系统总线,2.2.2软件,系统软件：计算机厂家提供给用户的一组程序用户软件：用户为了某种需要自行编制的各种程序,翻译程序：汇编程序：把汇编语言源程序翻译成机器语言程序，如：MASM、TASM编译程序：先把高级语言翻译成机器语言，然后执行如：PASCAL、FORTRAN解释程序：直接把高级语言在机器上执行，一边解释一边执行如：BASIC调试程序：是系统提供给用户的能监督和控制用户程序的一种工具，可以装入、修改、显示或逐条执行一个程序。如DEBUG,2.3中央处理机,2.3.1中央处理机cpu的组成,1、中央处理机一般功能,l进行算术逻辑运算l可接收和发送数据l可暂存少量数据l提供控制信号l对指令解码,l算术逻辑部件ALUl控制逻辑l寄存器组,2、CPU一般组成,2.3.280 x86的寄存器组,1、程序可见的寄存器汇编语言程序中用到2、程序不可见的寄存器系统所用,通用寄存器,专用寄存器,段寄存器,80 x86程序可见的寄存器,8086的编程结构,1、通用寄存器,数据寄存器AX(accumulator)BX(base)CX(count)DX(data),指针或变址寄存器SP(stackpointer)BP(basepointer)SI(sourceindex)DI(destinationindex),通用寄存器的特殊用途和隐含性质,2、专用寄存器,IP(instructionpointer)指令指针寄存器（存放代码段中的偏移地址,始终指向下一条指令的首地址）FLAGS(PSWprogramstatusword)程序状态字寄存器条件码标志控制标志系统标志位,OF溢出标志SF符号标志ZF零标志CF进位标志AF辅助进位标志PF奇偶标志,TF陷阱标志IF中断标志IOPLI/O特权级,DF方向标志,8086/8088标志寄存器（程序状态字寄存器PSW）,1514131211109876543210,条件码标志：控制标志：系统标志位:,OF溢出标志DF方向标志IF中断标志SF符号标志TF陷阱标志ZF零标志CF进位标志AF辅助进位标志PF奇偶标志,OFDFIFTFSFZFAFPFCF,程序状态字（PSW）,例：MOVAX,1MOVBX,2ADDAX,BX指令执行后，(AX)=3,OF=0,CF=0,ZF=0,SF=0例：MOVAX,FFFFHMOVBX,1ADDAX,BX指令执行后，(AX)=0,OF=0,CF=1,ZF=1,SF=0,标志为1,标志为0,3、段寄存器,CS（codesegment）代码段DS（datasegment）数据段SS（stacksegment）堆栈段ES（extrasegment）附加段FS附加的数据段GS附加的数据段,代码段,数据段,堆栈段,附加段,寄存器与存储器的比较：寄存器存储器在CPU内部在CPU外部访问速度快访问速度慢容量小，成本高容量大，成本低用名字表示用地址表示没有地址地址可用各种方式形成,2.4存储器,存储器是用来存放程序、数据、中间结果和最终结果的记忆装置。,计算机存储信息的基本单位是一个二进制位（bit），1或0存储器以字节（8bit）为单位存储信息汇编语言的数据类型：字节、字、双字、四字每个字节单元有一个唯一的物理地址，从0编号，顺序加1地址也用二进制数表示（无符号整数，写成十六进制）16位二进制数可表示216=65536=64K个地址0000HFFFFH字长16位，一个字要占用相继的两个字节低位字节存入低地址，高位字节存入高地址机器以偶地址访问（读/写）存储器字、4字单元地址用它的最低字节地址来表示,2.4.1存储单元的地址和内容,76543210,100111110000H(0000H)=9FH,001001100001H(0001H)=26H,000111100002H,110101110003H,存储器,1514131211109876543210,字,高位字节低位字节,10011111,00100110,(0000H)=269FH,奇数地址,存储单元的地址和内容的关系（地址）=内容（地址）=内容,2.4.2实模式存储器寻址,实模式即8086/8088的工作方式，工作在20位地址，单任务工作方式下，独占系统所有资源。,8086/8088的数据总线宽度是16位，地址总线宽度是20位，因220=210*210=1024K=1M(地址范围00000HFFFFFH)所以实模式下允许的最大寻址空间为1MB，但由于其数据总线宽度是16位，所以实模式要解决在16位字长的情况下实现20位的寻址。如何解决？,1、存储器地址的分段,每个段的最大长度可达64KB（216KB），段内地址是连续的、线性增长的，允许单个逻辑段在整个1MB存储空间内浮动。,小段(Paragraph)：从0地址开始，每16个字节为一小段，共有64K个小段00000H,00001H,0000EH,0000FH00010H,00011H,0001EH,0001FH00020H,00021H,0002EH,0002FHFFFF0H,FFFF1H,FFFFEH,FFFFFH,小段首地址的特征：在十六进制表示的地址中，最低位为0（即20位地址的低四位为0）,逻辑地址是程序中使用的地址，它由段基址和段内偏移值所组成，段基址与段内偏移值都为16位的二进制数。物理地址也叫实际地址或绝对地址，是CPU访问存储器时实际使用的地址，为20位地址。段地址：段起始地址的高16位偏移地址：段内相对于段起始地址的偏移值（16位）(有效地址EA),物理地址段基址16段内偏移地址。,16位段地址,16位偏移地址,0000,+,20位物理地址,例：(DS)=3000H,EA=1234H,物理地址=16d(DS)+EA=31234H,?物理地址相同，其端地址和偏移地址是否唯一？,2、段寄存器(CS、DS、SS、ES、FS、GS)存放段地址,确定一个段的的起始地址.用途各不相同：代码段(CS)：存放当前正在运行的程序数据段(DS)：存放当前运行程序所用的数据，或串处理指令中的源操作数堆栈段(SS)：定义堆栈（后进先出）的所在区域附加段(ES)：附加的数据区，或串处理指令中的目的操作数各段在存储器中的分配：由操作系统负责负责，但需要时也可指定,段的重叠指每个段区的大小允许根据实际需要来分配，而不一定要占有64KB的最大段空间,8KB代码,2KB数据,256B堆栈,CS,DS,SS,ES,存储器,0200H,0400H,0480H,例:,8086/8088，80286的段寄存器和相应存放偏移地址的寄存器之间的默认组合,段偏移CSIPSSSP或BPDSBX、DI、SI或一个16位数ESDI（用于串指令）,80386+的段寄存器和相应存放偏移地址的寄存器之间的默认组合,段偏移CSEIPSSESP或EBPDSEAX、EBX、ECX、EDX、EDI、ESI一个8位数或一个32位数ESEDI（用于串指令）FS无默认GS无默认,2.4.3保护模式存储器寻址,保护模式：工作在80286+，工作在系统所提供地址，多任务方式下，根据任务的特权级请求使用系统资源多任务处理功能：多个应用程序能同时在一台计算机上运行，而且彼此必须相互隔离，使一个应用程序的故障或缺陷不会破坏系统，也不会影响其它应用程序的运行。虚拟存储器：支持程序员编写的程序具有比主存储,引出保护模式的原因：,直接原因：寻址（1MB以上的地址如何访问?）,重要原因：功能（支持多任务处理）,1、逻辑地址,实模式逻辑地址=段地址：偏移地址,保护模式逻辑地址=选择器：偏移地址,二者区别：1.选择器（存放在段寄存器中，但不能直接表示成段基地址）2.偏移地址为32位，最大段长可达4GB,用来描述段的大小、段在存储器中的位置及其控制和状态信息基地址（base）：指定段的起始地址界限（limit）：存放着该段的长度访问权（access）：说明该段在系统中的功能，并给出一些控制信息附加字段：386+，表示该段的一些属性,2.描述符,保护模式下存储器寻址过程,选择器,指定的途径,描述符,基地址和界限值,段基地址,偏移地址,物理地址,逻辑地址,2.5外部设备,外部设备：实现人机交互和机间通讯为目的的一些机电设备，如键盘、鼠标、显示器、硬盘等等,外部设备与主机（CPU和存储器）的通信是通过外设接口（Interface）进行的，每个接口包括一组寄存器。数据寄存器：存放外设和主机间传送的数据状态寄存器：保存外设或接口的状态信息命令寄存器：保存CPU发给外设或接口的控制命令,端口（port）地址：又称端口号，是外设中的每个寄存器的编号I/O地址空间：独立于内存储器，80 x86机可达64KB，也即端口地址的范围是：0000FFFFH,主机与