第2章 实模式下存储器组织与寻址方式(徐建民).ppt

1、本章内容: 实模式下存储器的组织方式； 实模式下存储器的寻址方式。,第二章 微处理器的结构及存储器组织,本章要求,教学重点及难点:,寄存器组织，存储器地址,1.了解微处理器的结构，掌握80X86处理器寄存器结构； 2. 理解存储器地址和内容的概念； 3.熟悉实模式下存储器地址的组成方式；,计划学时: 4学时,2.1 微处理器的结构,计算机通常由几部分组成：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。其中把控制器和运算器两部分集成在一个芯片上，称为微处理器，即中央处理器CPU（Central Processing Unit) 。,8086CPU结构示意图,8个16位寄存器分别为AX、BX、CX、

2、DX、SP、BP、SI和DI，标志寄存器为FLAGS。,Pentium CPU,Pentium IV CPU,2.1.2 80 x86和Pentium微处理机的寄存器结构,8086CPU寄存器结构,通用寄存器,控制寄存器,段寄存器,数据寄存器,指针寄存器,变址寄存器,IP指令指针寄存器,FLAGS标志寄存器,数据寄存器用来保存操作数或运算结果等,累加器。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等。,基址寄存器,常于存放存储器地址,计数器, 作为循环或串操作等指令中的隐含计数器。,数据寄存器,用来存放双字数据的高16位，或存放外设端口地址,SP用于存放当前堆栈段中栈顶的偏移地址；BP用于存放堆栈段中

3、某一存储单元的偏移地址。,在字符串操作中，SI和DI都具有自动增量或减量的功能。,保存下一次将要取出指令的偏移地址，IP的内容由微处理器硬件自动设置，有一些指令可改变IP的值，如转移指令、子程序调用指令等。,8086CPU的个16位的段寄存器: CS，DS，SS，ES。80386以后增添了FS和GS。段寄存器用来确定该段在内存中的起始地址。,80386及后继机型的通用寄存器,16、32、64位机型的通用寄存器,以累加器为例,AH,AL,AX: 16位,EAX: 32位,RAX: 64位,0,0,0,63,15,31,PSW（Program Status Word）为程序状态字寄存器，这是一个1

4、6位寄存器。也称为标志寄存器。用来反映微处理器在程序运行时的某些状态。PSW寄存器中有9个标志位，其中6个标志位（OF，SF，ZF，AF，PF，CF）作为状态标志，记载了刚刚执行完算术或逻辑运算指令后的某些特征。 另外三个标志位为DF、IF、TF作为控制标志，完全由编程者设定，在执行某些指令时起控制作用。,程序状态字寄存器FLAGS(PSW),8086的标志寄存器,功能： 存放条件码标志、控制标志和系统标志。,8086的标志寄存器,80286的标志寄存器,FLAGS标志寄存器（PSW）,80386及后继机型： 有3个32位的专用寄存器，EIP、ESP和EFLAGS。,VM,80386,AC,8

5、0486,ID,VIP,VIF,31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,Pentium,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,OF（Overflow Flag）溢出标志，在运算过程中，如操作数超出了机器所能表示的范围，则称为溢出。此时OF位置“1”，否则置“0”。,SF（Sign Flag）符号标志，记录运算结果的符号

6、，结果为负时置“1”，否则置“0”。,ZF（Zero Flag）零标志，运算结果为0时ZF位置“1”，否则置“0”。,AF(Auxiliary carry Flag)辅助进位标志，记录运算时第3位(半个字节)产生的进位值。例如，执行加法指令时第3位有进位时置l，否则置0。 该标志与操作数长度无关。,状态标志,PF：（Parity Flag）奇偶标志，若操作结果的低8位中含1的个数为偶数时，则PF置1，否则PF置成0。注意：PF只检查操作结果的低8位，与该指令操作数的长度无关。,CF：（Carry Flag）进位标志，当进行算术运算时，如果最高位产生进位（加法）或借位（减法），则CF置1，否则置

7、0。CF也可在移位类指令中使用，用它保存从最高位（左移时）或最低位（右移时）移出的代码（0或1）。,标志位的符号表示（DEBUG）,2.2 实模式下的存储器组织,实模式: 全称为实地址存储管理操作模式，程序与数据运行 在实际存储空间，无存储保护。 实模式来源: 来源于8086微处理器。 实模式存储管理方式: 分段方式。 注意: 80286Pentium尽管寻址空间比8086/8088大，但为了兼容，实模式存储空间仍为1MB，采用同样分段方式管理。,例如：地址1234H 其中大写H（或小写h）表示是16进制数。,2.2.1 存储单元的地址和内容,1.存储单元的地址 定义: 将存储单元编号，这个编

8、号就是存储器地址。 表示: 用十六进制数来表达地址。,在存储器中，每一个字节单元都有一个与之对应的、唯一的存储器地址 ,称为物理地址。对于16位字长的PC机（8086），由两个字节组成一个字（Word）。其位编号如下：,每一个字节单元都有一个与之对应的单元地址 。,对于多字节单元（字，双字，4字等），其地址同样是采用最低位字节地址来表示的。,2.存储单元的内容 定义:存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容 表示:存储地址加” ( ) ”,如果用X表示某存储单元的地址，则X单元的内容可以表示为 (X)； 假如X单元中存放着Y，而Y又是一个地址，则可用(Y)=(X)来表示Y单元的内容。,0004

9、H字节单元的内容： （0004H）=34H 0004H字单元的内容： （0004H）=1234H,0004H字单元的内容为1234H，表示为： (0004H)=1234H,0004H字节单元存放的信息为34H，表示：(0004H)=34H,字单元由两个字节单元组成，其地址采用它的低地址来表示。 字存入存储器：低位字节存入低地址单元，高位字节存入高地址单元。,假如X单元中存放着Y，而Y又是一个地址，则可用(Y)=(X)来表示Y单元的内容。,直接表示1234H字单元的内容： S=（1234H）=2F1EH,直接给出S的单元地址， (1234H)=2F1EH,例如，1234H字单元的内容为S，有两种

10、表示方式：,间接表示1234H字单元的内容： S=（0004H）= （1234H）= 2F1EH,S的单元地址存放在0004H字单元中，(0004H)=1234H,从0004H字单元中取出S的单元地址，再把S的内容读出来： （(0004H)）=2F1EH,【例】某存储器如图所示，试读出对应单元的内容。,（1）字节单元（4002H）； （2）字单元（4002H）； （3）双字单元（4002H）； （4）读出字单元（5080H）有几种方式？,【解】 （1）字节单元（4002H）=80H； （2）字单元（4002H）=5080H； （3）双字单元（4002H）=10A05080H； （4）字单元（5

11、080H）=7459H （4002H）=7459H,2.1.2 存储器地址的分段,1.分段的原因及如何分段 原因：8086/8088 CPU 有20根地址总线A19A18A1A0，可以访问存储器的最大容量为：220B=1024KB=1MB。 在8086 CPU 中所有可用来存放地址的寄存器都是16位的。那么在16位字长的机器里，用什么办法来提供20位地址呢？ 解决方法： 在IBM PC机里采用了存储器地址分段的办法。把1MB的存储空间划分成若干个段（Segment）,每个段可由164KB（即65536B）个连续的字节单元组成。每个段是一个可独立寻址的逻辑单位。 在程序设计中，需要设立几个段，每

12、个段有多少个字节以及每个段的用途完全由用户自己确定。同时每个段中存储的代码或数据，可以存放在段内任意单元中。,分段的基本规则,在编制程序时，要把存储器划分成段，每个段最大可达64KB，这样段内地址可以用16位表示。,PC机对段的起始地址有限制，段不能起始于任意地址，而必须从任一小段（Paragraph）的首地址开始。,机器规定：从0地址开始，每16个字节为一小段。,00000，00001，00002，0000E，0000F； 00010，00011，00012，0001E，0001F； 00020，00021，00022，0002E，0002F；,在十六进制表示的地址中，最低位为0（即20位地

13、址的低4位为0）。,2.段地址和偏移地址 段地址：表示一个段的开始 偏移地址：在段内相对于段起始地址的偏移值。如当偏移量为0时，就在这个段的起始单元，当偏移量为0FFFFH时，就是这个段（最大）最末一个字节单元。 CPU访问主存必须传送出物理地址，而用户编程则使用逻辑地址，每个存储单元都有两种形式的地址：物理地址（Phsysical Address）和逻辑地址（Logical Address）。 每一个存储单元的物理地址是唯一的，就是这个单元的地址编码。 在程序设计中，程序员使用的是逻辑地址，而不使用物理地址，这不仅有利于程序的开发，且对存储器的动态管理也是有利的。一个逻辑地址是由段地址和偏移

14、地址（OFFSET）两部分组成，而且都是无符号的16位二进制数。,3. 物理地址的形成,计算公式： 物理地址=段地址10H+偏移地址,每个存储单元只有唯一的物理地址，但它却可以由不同的段地址和不同的偏移地址组成。,表示范围：00000HFFFFFH 。,【例】 ： 计算下列存储单元的物理地址： （1） 2000：3000； （2） 2100：2000； （3） 2280：0800； （4） 2250：0500；,【解】： （1） 物理地址=2000H10H+3000H=23000H；,（2） 物理地址=2100H10H+2000H=23000H；,（3） 物理地址=2280H10H+0800H

15、=23000H；,（4） 物理地址=2250H10H+0500H=22A00H；,除非专门指定，如用户自行设定之外，在一般情况下，各段在存储器中的分配是由操作系统负责的。每个段可以独立地占用64KB存储区。各段也允许部分重叠或完全重叠 。,4.段地址与段寄存器 实模式下，在8086Pentium微处理机中，代码段的段地址放在CS中；数据段的段地址放在DS中；堆栈段的段地址存放在SS中；附加段的段地址存放在ES中。,段分配举例。 设代码段中的程序占有16KB（4000H）存储区，数据段占有2KB（800H）存储区，堆栈段占有1KB存储区。代码段的区域本可以为01000H10FFFH（64KB），

16、由于程序区只需要16KB，所以程序区结束后的第一个小段的首地址就作为数据段的起始地址（05000H）。而数据段仅需2KB，则数据段结束后的第一个小段的首地址又成为堆栈段的起始地址（05800H）。 这样，代码段和数据段及堆栈段重叠在一起了。,代码段,物理地址,01000H,10FFFH,代码段实际使用16KB,04FFFH,数据段,05000H,057FFH,数据段实际使用2KB,堆栈段,05800H,【例】：已知(CS)=1000H，(DS)=4000H，其中代码段大小为1KB，数据段大小为64KB，试画出对应储存器分段的示意图，要求标出首尾地址。,【分析】： 对于代码段，由题意，大小为1K

17、B，即对应的偏移地址为：0H-3FFH，且CS为1000H，则对应的物理地址为： 10000H-103FFH 对于数据段，由题意，大小为64KB，即对应的偏移地址为：0H-FFFFH，且DS为4000H，则对应的物理地址为： 40000H-4FFFFH,10000H,103FFH,40000H,4FFFFH,4000:0000,4000:FFFF,【例】：已知CPU各段寄存器的内容为： (CS)=3000H，(DS)=1060H， (ES)=1140H， (SS)=2200H，SP=0200H其中代码段大小为16KB，数据段、附加段大小为64KB，试画出对应储存器分段的示意图，要求标出首尾地址。,【分析】： 对于代码段，大小为16KB，即对应的偏移地址为：0H-3FFFH，且CS为3000H，则对应的物理地址为： 30000H-33FFFH 对于数据段，大小为64KB，即对应的偏移地址为：0H-FFFFH，且DS为1060H，则对应的物理地址为： 10600H-205FFH 对于附加段，大小为64KB，即对应的偏移地址为：0H-FFFFH，且ES为1140H，则对应的物理地址为： 11400H-213FFH 附加段