IBM-PC(80x86)汇编语言与接口技术第2章80x86计算机组织课件

1、第2章 80 x86计算机组织结构学习目标了解计算机系统的主要组成部分；熟悉8086各类寄存器的用途；熟悉标志寄存器各标志位的意义。 掌握存储器地址分段的方法以及存储单元物理地址的形成方法；第2章 80 x86计算机组织结构学习目标2.1 80 x86 微处理器80X86微处理器系列是美国Intel公司从20世纪70年代开始研制的微处理器的总称 8086是1978年Intel公司推出的16位微处理器。（1）8086有16位数据总线，处理器与外部传送数据时，一次可传送16位二进制数。 （2）8086有20位地址总线，寻址空间提高到1M字节。 （3）8086采用了流水线技术，可以实现处理器的内部操

2、作与存储器或I/O接口之间的数据传送操作重叠进行，从而提高了处理器的性能。 2.1 80 x86 微处理器80X86微处理器系列是美国IIntel公司在1982年推出了80286微处理器，它仍然是16位结构。80286的内部及外部数据总线都是16位的，但它的地址线是24位的，可寻址16M字节的存储空间。80286有两种工作方式，即实模式和保护模式：实模式与8086工作方式相同，但速度比8086快。保护模式除了仍具有16M字节的存储器物理地址空间外，她还能为每个任务提供1G字节的虚拟存储器地址空间。保护方式把操作系统及各任务所分配到的地址空间隔离开，避免程序之间的相互干扰，保证系统在多任务环境下

3、正常工作。Intel公司在1982年推出了80286微处理器，它仍然是80386是1985年研制出的一个32位微处理器，内部及外部数据总线均为32位，地址线也为32位，因此它可处理4G（232）字节的物理存储空间。1989年Intel公司又研制出新一代的微处理器80486，80486芯片内除了有一个与80386相同结构的主处理器外，还集成了一个浮点处理部件FPU以及一个8K字节的高速缓冲存储器（cache），使80486的计算速度和总体性能比80386有了明显的提高。80386是1985年研制出的一个32位微处理器，内部及外部1993年Intel公司又推出了Pentium微处理器，此后几乎每两

4、年就推出一个新型号。由此可见，微处理器芯片的发展速度是非常快的。在微处理器的发展过程中，芯片主频越来越快，寻址空间越来越大，数据和地址总线也越来越宽，加之许多体系结构方面的改进措施，如流水线结构、存储器层次结构等，使微计算机的性能大大提高，其应用领域也更加广泛。 1993年Intel公司又推出了Pentium微处理器，此2.2 基于微处理器的 计算机系统的构成硬件：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.软件：系统软件 应用软件2.2 基于微处理器的 计算机系统的构成硬件：中央处理机总线2.3 中央处理器CPU组成：算术逻辑部件ALU：算术

5、和逻辑运算 控制器：负责全机的控制作用 寄存器：暂存数据2.3 中央处理器IBMPC(80 x86)汇编语言与接口技术-第2章-80 x86计算机组织8086/8088寄存器组：数据寄存器：指针及变址寄存器：SP、BP、SI、DI段寄存器： CS、DS、SS、ES控制寄存器： IP（即PC）、FLAGS AX BX CX DX AH AL BH BL CH CL DH DL 高8位 低8位8086/8088寄存器组： 标志寄存器 ( FLAGS / PSW ） 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 条件码标志： 控制标志：OF 溢出标志 DF 方向标志 S

6、F 符号标志 IF 中断标志ZF 零标志 TF 陷阱标志CF 进位标志AF 辅助进位标志PF 奇偶标志OF DF IF TF SF ZF AF PF CF例：ADD AX, BX JO / JC ERROR ?标志寄存器 ( FLAGS / PSW ） 15 通用寄存器组（数据寄存器组）： AX,BX,CX,DX。用来暂时存放计算过程中所用到的操作数，结果或信息。它们都可以字（16位）或字节（8位）形式访问，比如：AX,AH,AL,BX,CX,DX,DH,DL。这些都是通用寄存器又可用于各自的专用寄存器。通用寄存器组（数据寄存器组）： AX,BX,CX,DX。用来AX: 累加器，算术运算的主要

7、寄存器.所有的I/O指令都通过它与外设传送信息。BX: 在计算存储器地址时，经常用作基址寄存器。CX: 在循环（Loop)和串处理指令中用作隐含的计数器。DX: 一般在做双字长运算时把DX和AX组合在一起存放一个双字长数，DX放高16位；对某些I/O操作，DX可用来存放I/O的端口地址。AX: 累加器，算术运算的主要寄存器.所有的I/O指令都通过指针和变址寄存器：SP、BP、SI、DI四个16位寄存器可以象数据寄存器一样在运算过程中存放操作数，但它们只能以字（16位）为单位使用。在存储器寻址时，提供偏移地址。因此，可称为指针或变址寄存器。指针和变址寄存器： SP称为堆栈指针寄存器，用来指出栈顶

8、的偏移地址。 BP称为基址指针寄存器，在寻址时作为基地址寄存器使用，但它必须与堆栈段寄存器SS联用来确定堆栈段中的存储单元地址。SI为源变址寄存器，在串处理指令中，SI作为隐含的源变址寄存器与DS联用，以确定数据段中的存储单元地址，并有自动增量和自动减量的变址功能。DI为目的变址寄存器，在串处理指令中，DI和附加段寄存器ES联用，以达到在附加段中寻址的目的，然后DI自动增量或减量。 SP称为堆栈指针寄存器，用来指出栈顶的偏移地址。 BP,SP: 堆栈指针寄存器，SP+SS在RAM中建立堆栈，并通过栈顶来存取堆栈中的数据。BP+SS不通过栈顶存取堆栈中某单元的信息。BP,SP: 堆栈指针寄存器，

9、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16位寄存器,用来标识当前代码段,数据段,堆栈段和附加段。功能：主要是使8088CPU对IBM PC内存的不同段进行读写。段寄存器：控制寄存器：IP和PSWIP指令指针寄存器（即PC，存放代码段中的偏移地址），在程序执行过程中，它始终指向下一条指令的首地址，它与CS寄存器联用取得确定的下一条指令在存储器中的物理地址，控制器可取得下一条执行指令，控制器一旦取得这条指令。就马上修改IP的内容，使之指向下一条指令的首地址。控制寄存器：IP和PSWPSW程序状态字寄存器（标志寄存器）（16位）由条件标志和控制标志构成

10、。OF DFIFTFSFZFAFPFCF 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0条件码标识：条件码标识（6个），用来记录程序运行和状态信息。这些信息往往作为条件转移指令的控制条件。PSW程序状态字寄存器（标志寄存器）（16位）由条件标志和控OF 溢出标志 OF=0: -128=B=127 -32768=W=+32767； 否则 OF=1SF 符号标志 与运算结果的最高位相同ZF 零标志 ZF=1：结果为0；否则ZF=0AF 辅助进位标志 中间位向高位进位或借位 时，AF=1；否则 AF=0 PF 奇偶标志 操作数中1的个数为偶 PF=1 CF 进位标志 CF

11、=1：最高有效位有进位OF 溢出标志 OF=0: -128=B=127注意：解有符号数的算术运算，必须根据OF是“1”还是“0”决定是否溢出。对于无符号的算术运算，必须根据CF是“1”还是“0”来决定是否溢出。进位和溢出是两个不同性质的标志不要混淆注意：确定CF和OF的值：字节（-1）+（-1）=-2的有符号数运算 11 11 11 11 + 11 11 11 11 CF=1 OF=0 无溢出 1 11 11 11 10确定CF和OF的值：(150)+(150)=300的无符号数运算（根据CF判断） 1001 0110 + 1001 0110 CF = 1 有溢出 1 0010 1100 OF

12、 = 0(+100)+(+100)=200的有符号数运算（根据OF判断） 0110 0100 + 0110 0100 CF = 0 0 1100 1000 OF = 1 有溢出(150)+(150)=300的无符号数运算（根据CF判断）控制标志:DF 方向标志 DF=1 (DOWN方向减量) DF=0 (UP方向增量)IF 中断标志 IF=1 (CPU响应外部中断请求) STI（D） IF=0 (CPU不响应外部中断请求) CLI （D）TF 追踪标志 TF=1（CPU单步操作） TF=0 (连续操作)控制标志:80 x86的寄存器结构80 x86的程序可见寄存器组通用寄存器专用寄存器段寄存器

13、 AH AX AL BH BX BL CH CX CL DH DX DL SP BP SI DI IP FLAGS CS DS SS ES8086 /8088 /80286 寄 存 器EAXEBXECXEDXESPEBPESIEDIEIP EFLAGS FSGS 31 16 15 8 7 080 x86的寄存器结构80 x86的程序可见寄存器组 AH OFDFIFTFSFZF AF PF CF 8086/8088OFDFIFTFSFZF AF PF CF IOPLNT 80286 RF OFDFIFTFSFZF AF PF CF IOPLNTVM 80386 RF OFDFIFTFSFZF A

14、F PF CF IOPLNTVMAC 80486 RF OFDFIFTFSFZF AF PF CF IOPLNTVMACIDVIPVIF31 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 0Pentium80 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 OFDFIFTFSFZF AF PF CF 8086/

15、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 寄存器与存储器的比较：在CPU内部 2. 4 存储器8086存储单元的地址和内容： 存储器以字节（8 bit）为编程单位 每个字节单元都有唯一的地址编码 地址用无符号整数来表示（编程用十六进制表示） 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 字单元地址用它的低地址来表示 机器以偶地址访问（读 / 写）存储器2. 4 存储器8086存储单元的地址和内容： 存储器计算机存储信息的基本单位是位、字

16、节和字。在8086的16位系统中，每位是一个二进制数，一位可存储一个二进制数0或1，每8位组成一个字节，两个字节组成一个字。4个字节组成一个双字。8个字节组成一个4字。计算机存储信息的基本单位是位、字节和字。IBMPC(80 x86)汇编语言与接口技术-第2章-80 x86计算机组织在存储器里以字节为单位存储信息，为了正确存放或取得信息，每一个字节单元给一个存储器地址。地址从0开始编号，顺序的每次加1无符号的二进制数，一般以十六进制方式书写。在存储器里以字节为单位存储信息，为了正确存放或取得信息，每一16位二进制可标识多少单元的地址：216 个。则16位（一个字长）可表示的地址范围有0-655

17、351024=1k=210为存储器容量的基本单位，那么65535个字节单元的存储器容量为64k （210+6=210*26=64*210）地址编号的范围（十六进制表示）0000H-FFFFH16位二进制可标识多少单元的地址：216 个。则16位（一一个存储单元中存放的信息为该存储单元的内容，字的存入如图所示：低字节存入低地址（0010)w=1234H 0010H（0010)b=34H 0011H3412一个存储单元中存放的信息为该存储单元的内容，字的存入如图所示如果用x表示地址；那么（x)表示该单元的内容。 (0010)=1234H 0010H (0010)=(1234)=2F1EH 1234

18、2F1E1234H如果用x表示地址；那么（x)表示该单元的内容。 12342同一个地址既可看作字节单元的地址，又可作为字单元的地址。机器里访问存储器（要求存数或取数）都是以字为单位进行的。即：机器是以偶地址访问存储器的，这样，对于奇地址的字单元，要取一个字需要访问二次存储器。同一个地址既可看作字节单元的地址，又可作为字单元的地址。存储器分段由于8086/8088有20条地址线，且存储器是以字节为单位，故其直接寻址能力可达1MB（220字节），而8088CPU内部的EU只能进行16位运算，与地址有关的寄存器也都是16位，那么如何得到20位地址？地址分段的范围 00000H-FFFFFH存储器分段

19、存储器的分段：20 根地址线： 地址范围 00000H FFFFFH （1MB）机器字长16位：仅能表示地址范围 0000H FFFFH （64KB)小段：每16个字节为一小段（因为规定段的首地址必须能够被16整除），共有64K个小段 小段的首地址 00000 H 0000F H 00010 H 0001F H 00020 H 0002F H FFFF0 H FFFFF H 段起始地址：小段首地址段的大小： 64K 范围内的任意字节（最大为64k）存储器的分段：20 根地址线： 地址范围 00000H物理地址：是由8086的地址引线送出的20位地址码，可写成5位的十六进制数。逻辑地址：段地址+

20、偏移地址段首地址（段地址）：可用16位表示。段内相对于段首地址的偏移值（偏移地址）：16位表示。物理地址：是由8086的地址引线送出的20位地址码，可写成5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 : 0001H1000 : 0002H1000 : 0003H1000 : 0004H1000 : 0005H 物理地址10000H10001H10002H10003H 10004H10005H 10000011 01011100 10100010字节内容（10000H）9FH；（10001H）2

21、6H字内容 （10000H）269FH；（10001H）4826H访问两次内存存储器的逻辑地址与物理地址 10011111 00100段地址放入段寄存器CS，DS，SS，ES20位物理地址的计算方法为：将段地址后添加4位零，再加上偏移地址值。 16*段地址+偏移地址=物理地址 16位段地址 0000 + 16位偏移地址 20位物理地址例：(DS) = 2100H, (BX) = 0500H (PA) = 21000H+0500H = 21500H 段地址放入段寄存器CS，DS，SS，ES例：(DS) = 2不不存储器的逻辑分段： 存储器64KB代码01500H42000H1CD00H0150H4200H1CD0H段寄存器CSDSSSES64KB堆栈64KB数据 64KB附加数据B0000HB000H一般情况下，各段在存储器中的分配是由操作系统负责的，但是，也允许程序员用操作命令来指定所需占用的内存区。存储器的逻辑分段： 存储器64KB代码01500H42000