第2章CPU资源和存储器

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判断标志位状态
例：计算（-56）+（-67）=? ，并给出6个状态标志位的状态。 （-56）补＝1100 1000 （-67）补＝1011 1101 1100 1000 ＋ 1011 1101 ———————— （1）1000 0101 = -123D
CF= 1 ， ZF= 0 ，SF= 1 ，OF= 0
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地址加法器
∑
20位
AH AL BH BL CH CL DH DL
SP BP SI DI
通用寄存器
16位
16位
CS
DS
SS
输入/输出
ES
控制电路
IP
外
内部暂存器
部
总
线
ALU
执行部分 控制电路
12 3 4 5 6
8位
指令队列缓冲器
标志寄存器
执行部件 （EU)
总线接口部件 （BIU)
第二章 CPU资源和存储器
2.1 寄存器组 2.2 存储器的管理模式
微机系统组成结构图
系统总线
寄存器 控制器 运算器
时钟 CPU
主存储器
辅助存储器
I/O
接
输入设备
口
输出设备
8086 CPU的内部结构
➢ 8086内部结构有两个功能模块： 1.执行单元（Execution Unit，EU）： 负责指令的译码和执行 2.总线接口单元（Bus Inference Unit， BIU） 主要负责读取指令和操作数
✓ （AX）=2019H，则（AH）=20H，（AL）=08H；
➢ BX、CX、DX类似。
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变址寄存器SI、DI
➢16位寄存器； ✓ 常作为指针，存放存储单元有效地址，也可暂存数据；
➢特殊用法： ✓ SI、DI中保存的地址信息可以随着指令的执行而自动改变； ✓ SI：源变址寄存器，串操作中存放源串地址，默认DS段； ✓ DI:目的变址寄存器，串操作中存放目的串地址，默认ES段； ✓ 该特殊用法只在字符串操作中有效，其它场合下作一般的指 针寄存器使用；
➢ CPU访问主存时，必须通过地址总线输出 所要访问存储单元的的物理地址。
…… ……
✓ 系统的最大主存容量取决于地址总线的位 数；
1•••11B
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CPU对主存储器的访问过程
1.CPU通过控制总线，发出访存信号，通知主存准备数据读写；
2.CPU通过地址总线8，08发6出需存要储4单个元的时地钟址周；期， ✓ 主存储器接收80到4地8址6后只，需译要码，1个寻址时正钟确周的期存储。单元；
➢ 如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出，则表示该运 算结果不正确！
➢ 注意：只有加减法运算中才会出现溢出现象，在其他运算 中无溢出！
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溢出和进位的区别
➢ 溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志位； ➢ 进位标志CF
✓ 其设置完全根据二进制数据的计算情况设置； ✓ 表示无符号数的运算结果是否溢出； ✓ 无论CF为何值，无符号数的运算结果均正确。 ➢ 溢出标志OF ✓ 其设置是把数据看作有符号数来判断的； ✓ 表示有符号数运算结果是否溢出； ✓ 当OF=1时，有符号数的运算结果不正确。
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如何判断溢出？
➢ 判断运算结果是否溢出的规则：运算前后数据的符号 ✓ 将减法运算转换成加法运算；
[x ± y]补 ＝ [x]补 + [± y]补 （mod 2n+1）
✓ 当正数+正数=负数，或者负数+负数=正数时，产生溢出。 ➢ 其他判断方法：
✓ 直接判别法：不容易判断； ✓ 进位判别法：最高位和次高位的进位位相异或。
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堆栈指针寄存器SP、BP
➢ 堆栈是一个先进后出的数据结构，栈底位
置不变；
1 23
➢ 栈顶指针SP
✓ 其中始终存放栈顶单元的有效地址；
✓ 其值是由出入栈指令自动更改的，一
般不允许随意对该寄存器赋值；一般作为地址进行访存； ✓ 默认对应于SS段，可寻址堆栈中的任栈底
7
累加器AX
AX
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0010000 000001000
AH
AL
➢ 16位寄存器可以存储2个字节的数据；无符号数范围为0~65535
有符号数范围为-32768~+32767
✓ 例如，数值2019H存放于AX累加器中。
➢ AX可分做两个8位的寄存器使用，分别为AH和AL。
✓CPU利用CS:IP形成存储单元的物理地址，以获取下条 要执行指令的代码。
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DS （Data Segment）
数据段 ✓用来存放程序运行所需要的数据； ✓段首地址用数据段寄存器DS来保存； ✓CPU利用DS:EA形成存储单元的物理地址，以获取数 据段中的数据；
EA的形成方式详见第3章寻址方式的介绍。
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通用寄存器
类别 32位 16位 8位
名称
作用
EAX AX AH、AL 累加器
常作隐含操作数，可通用
数据寄 EBX BX BH、BL 基地址寄存器 存器 ECX CX CH、CL 计数器
常作地址指针，可通用 常存放计数值，可通用
EDX DX DH、DL 数据寄存器
常与累加器配合，可通用
变址寄 ESI SI 无 存器 EDI DI 无
源变址寄存器 保存源操作数地址 目的变址寄存器 保存目的操作数地址
堆栈指 ESP SP 无 针寄存
器 EBP BP 无
栈顶指针 堆栈指针
只能保存堆栈栈顶地址 可保存堆栈任意位置地址
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数据寄存器AX、BX、CX和DX
➢16位寄存器
➢ 零标志位ZF ✓ 运算结果为0时，ZF=1，否则ZF=0；
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标志位设置
例1：3AH + 7CH
3A H = 0011 1010 B +) 7C H = 0111 1100 B
1011 0110 B = 0B6H
例2:0AAH + 7CH
AA H = 1010 1010 B +) 7C H = 0111 1100 B
何单元。
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堆栈
321
3
2
1
栈顶
10
段寄存器
类别
16位 8位
名称
作用
段寄存器
CS 无 DS 无 ES 无 SS 无
代码段段寄存器 数据段段寄存器 附加段段寄存器 堆栈段段寄存器
存放代码段段地址 存放数据段段地址 存放附加段段地址 存放堆栈段段地址
➢ 一段汇编语言程序至少有一个逻辑段——代码段，用于存放 代码；
➢ 一段汇编语言程序最多有4个逻辑段——1个代码段，3个数据 段，分别用于存放代码和数据；
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CS （Code Segment）
代码段
✓用来存放要执行的指令序列； ✓段首地址用代码段寄存器CS来保存； ✓指令指针寄存器IP指示本段中的地址；
将要执行的下条指令的有效地址；
AF
PF
CF
溢出标志
方向标志 陷阱标志 中断允许标志
零标志 奇偶标志 符号标志 辅助进位标志
进位标志
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常用的状态标志位
➢ 进位标志位CF ✓ 运算结果有进位或借位时，CF=1，否则CF=0；
➢ 溢出标志位OF ✓ 运算结果超出了数据表示范围时，OF=1，否则OF=0；
➢ 符号标志位SF ✓ 运算结果为负数时，SF=1，否则SF=0；
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SS （Stack Segment）
➢ 堆栈
✓用于存储程序运行中需要临时保护的数据； ✓段首地址用堆栈段寄存器SS来保存； ✓堆栈指针寄存器SP保存堆栈栈顶的有效地址； ✓CPU利用SS:SP对堆栈栈顶单元进行操作；
利用SS:BP对堆栈中的任一单元进行操作。
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专用寄存器
➢存储器容量单位 ✓ bit、Byte、KB、MB、GB
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物理地址（Physical Address，PA）
➢ 将整个存储器从第一单元到最后一个单元 按顺序编号所得到的地址称为物理地址；
主存储器
0•••00B
➢ 物理地址可以唯一地标识每一个存储单元；
0•••01B 0•••10B
类别 16位 8位
名称
作用
专用 IP 无 寄存器
FLAG 无
指令指针寄存 器
标志寄存器
保存将要取出的指令有效地址 保存CPU当前的状态标志信息
➢ 指令指针IP
✓ 保存将要执行指令的有效地址； ✓ 该寄存器的内容是不允许人为更改的，通过指令的执行而自
动改变。 ➢ 标志寄存器FLAG
✓ 该寄存器是利用其中的每一位来反映当前CPU执行指令的 结果或控制指令执行形式。
➢ 例如，存储器如右图所示 ✓ 12341H单元的字节数据为34H； ✓ 12341H单元的字数据为5634H。
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12340H 12341H 12342H 12343H 12344H
…… 12 34 56 78 90 ……
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存储器分段管理的原因