2.2 存储器组织

CS 4个通用寄存器： AX、BX、 DS CX、DX SS 输入/输出 4个专用寄存器： BP 、SP、 控制电路 ES SI、DI IP 外 1个标志寄存器 部 内部暂存器 算术逻辑单元：16 位加法器 总 线 执行部件控制系统： 接收从总线接口单元的指 令队列中取来的指令代码，译 1 2 3 4 8位 码和向 EU 内各有关部分发出 指令队列 时序命令信号，协调执行指令 规定的操作。
5CE5AH 5CE5BH 存储器 34H 12H
(5CE5AH)=1234H
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练习
4. 一台微型计算机的字长为16位，地址 总线 16 位，如果采用字节编址，那么它 可以访问的最大存储空间是多少字节？ 试用16进制数表示该机的地址范围。
解：216＝64KB
0000H～0FFFFH
10000H
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段首地址（20位） ××× ••• ××× 0000 60000H 60002H 00H 12H
段地址（16位） 物理地址=段地址×16+偏移地址 物理地址=段地址×10H+偏移地址
3
指令的地址固定由CS和IP决定：
例：开机或RESET后，( CS ) = FFFFH，( IP ) = 0。
故8088执行的第一条指令所在内存的物理地址为：
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堆栈及堆栈操作
• 堆栈是用于暂时存放重要信息的特殊内存 区域。堆栈由SS指示堆栈段的开始，SP指 示偏移地址。 • 堆栈采用先进后出FILO(First In Last Out) 的操作原则。 • 对于8088，每当一个字数据压入堆栈，SP 减2，当从堆栈弹出一个字时SP加2。
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变址寄存器（2个）
• SI（Source Index）：源变址寄存器，存放源 操作数地址的偏移量； • DI（Destination Index ）：目的变址寄存器，存 放目的操作数地址的偏移量； • 常用于指令的间接寻址或变址寻址。
SI、DI其段基址由段寄存器DS提供。
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3.控制寄存器（2个）
• 系统中有两个16位控制寄存器：
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数据寄存器（4个）
•它们又可分为8个8位寄存器，用来存放8位数据， 可以独立寻址，独立使用。即： –AX（Accumulator）累加器 AH，AL
• 8088含4个16位数据寄存器，AX、BX、CX、DX， 常用来存放16位的数据和地址。
–BX（ Base）基数寄存器
–CX（Count）计数寄存器 –DX（Data）数据寄存器
BH，BL
CH，CL DH，DL
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数据寄存器特有的习惯用法
• AX：累加器。多用于存放中间运算结果。使用频 度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传 送信息等；（Accumulator） • BX：基数寄存器。常用做存放存储器地址；（ Base） • CX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令中存 放循环次数或重复次数；（Count） • DX：数据寄存器。在32位乘除法运算时，存放高 16位数；在间接寻址的I/O指令中存放 I/O端 口地址。（Data）
12
练习
2. 给定一个存放数据的内存单元的偏移 地址是20C0H，（DS）=0C00EH，求出该 内存单元的物理地址。 物理地址＝（DS）×10H + EA ＝0C00E0H+20C0H ＝0C21A0H
13
练习
3.某程序数据段中有两个字数据1234H和 5A6BH，若已知DS=5AA0H，它们的偏移地址 分别为245AH和3245H，试画出它们在存储器 中的存放情况。 物理地址: =(DS)×10H+EA =5AA00H+245AH =5CE5AH
•当往内存写一个字数据时，写入规则是：
低字节到低地址单元 ,高字节到高地址单元
例 : 将字数据2F1EH写入从01000H开始的内存单元
( 01000H ) = 2F1EH
同一地址既可看作字节单元地址， 又可看作字单元地址。
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内存单元物理地址的几种表示方法：
PA ＝ 21000H ＝ 2000：1000 ＝ DS：BX
由EU设置，反映ALU算术或逻辑运算结果的某些特征；
3个控制标志位(IF，TF，DF)：用来控制微处理器
的某些操作，可以由指令设置。
15
12
11
10
9
8Biblioteka Baidu
7
6
5
4
3
2
1
0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
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进位标志CF（Carry Flag）
• 当运算结果的最高有效位有进位（加 法）或借位（减法）时，进位标志置1， 即CF = 1；否则CF = 0。
PA = ( CS ) × 10H + ( IP )
= FFFF H × 10H + 0
= FFFF0H
4
[例]
• 已知CS=1055H，DS=250AH， ES=2EF0H，SS=8FF0H，DS 10550H 段有一操作数，其偏移地址为 0204H， 1)画出各段在内存中的分布； 250A0H 2EF00H 2)指出各段首地址； 3)该操作数的物理地址=？
段地址 偏移地址
8
逻辑地址——段地址：偏移地址
高地址
段尾
某逻辑段 64KB 某寻址单元 地址偏移量（xxxxH） 段首（xxxx0H）
低地址
9
2.3.3 内存单元内容的存放及表示
一个内存单元存放一个字节信息
( 01000H ) = 1EH
( 01001H ) = 2FH
内存 …... 01000H 1E 01001H 2F 01002H …...
16位
地址 加法 器
执行部件20位 (EU)
把EU的操作结果存储 标志寄存器 到指定的 M或I/O口。
执行部件(EU)
总线接口部件(BIU)
复习：8088的存储器组织
最大存储空间：00000H~FFFFFH (地址线20条) 分成若干个最大64KB的段(寄存器只有16位) 8088存储器组织：一个完整1MB存储体。
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符号标志SF（Sign Flag）
• 运算结果最高位为1，SF = 1；否则SF = 0
3AH + 7CH＝B6H，最高位D7＝1：SF = 1 84H + 7CH＝（1）00H，最高位D7＝0：SF = 0
有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以，最高有效位就是符号标志的状态
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奇偶标志PF（Parity Flag） • 当运算结果最低字节中“1”的个数为 零或偶数时，PF = 1；否则PF = 0
顺序执行程序时，CPU每取一个指令字节， IP自动加1，指向下一个要读取的字节，用户程 序不能使用该寄存器，它由BIU自动修改。
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标志寄存器
• FLAGS （Flag Register） ：标志寄存器
是一个16位寄存器，其中只有9位用作标志位。
6个状态标志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF)：
3AH + 7CH＝B6H，没有进位：CF = 0
AAH + 7CH＝（1）26H，有进位：CF = 1
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零标志ZF（Zero Flag） • 若运算结果为0，则ZF = 1； 否则ZF = 0
3AH + 7CH＝B6H，结果不是零：ZF = 0 84H + 7CH＝（1）00H，结果是零：ZF = 1
段寄存器
的 内 部 寄 存 器
控制寄存器
1. 4个16位段寄存器
用于存放逻辑段的段地址 CS：代码段寄存器
代码段用于存放指令代码
DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器
数据段和附加段用来存放操作数
SS：堆栈段寄存器
堆栈段用于存放返回地址， 保存寄存器内容，传递参数
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2. 8个16位通用寄存器
数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）
解： 操作数的物理地址为： 250AH×10H + 0204H = 252A4H 地址252A4H = 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 B 8FF00H SS CS DS ES
20根地址线: A19 A17
A12
A0
5
各个逻辑段重叠的实例
6
各个逻辑段独立的实例
物理地址PA = 段起始地址 ＋
偏移地址
= ( 段寄存器 ) × 16 + 偏移地址
= ( 段寄存器 ) × 10H + 偏移地址
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复习： 8088的存储器组织
• 段地址:只取段起始地址高16位值，存放于段寄存
器（CS、DS、ES、SS）；
• 偏移地址:段内某内存单元物理地址相对段起始地址
的偏移值，通常来自于IP、SP、SI和DI中。
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AH BH CH DH SI DI
AL BL CL DL
AX BX CX DX
累加器 Accumulator 基数寄存器 Base 计数寄存器 Count 数据寄存器 Data 变 址 寄存器
数 据 寄存器
BP SP DS ES SS CS IP PSW
源变址寄存器 Source Index 目的变址寄存器 Destination Index 基址指针寄存器 Base Point 堆栈指针寄存器 Stack Point
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2.3.2 逻辑地址与物理地址
•逻辑地址的组成 •逻辑地址的来源
操作类型 默认段址 偏移地址 CS IP 取指令 SS SP 堆栈操作 SS BP间址 有效地址EA DS 存取变量 有效地址EA 物理地址计算 (CS)16d+(IP) (SS) 16d+(SP) (SS) 16d+EA (DS )16d+EA
练习：
5. 若某数据区的开始地址为A7F0H： 2B40H，则该数据区的首字单元和32个 字的末字单元的物理地址分别为多少？
[解答] : 数据区最后一个字的地址为：
首地址+（字数-1）×2
物理地址=（段地址×10H）+偏移地址 首地址=（0A7F0×10H）+2B40H = 0AAA40H 末地址= 0AAA40H +（20H-1）×2 ＝0AAA40H + 3EH = 0AAA7EH
通 用 寄 存 器
8088
指 针 寄存器
数据段寄存器 Data Segment 附加段寄存器 Extra Segment 堆栈段寄存器 Stack Segment 代码段寄存器 Code Segment 指令指针寄存器 Instruction Pointer 状态标志寄存器 Processor Status Word
3AH + 7CH＝B6H＝10110110B 结果中有5个1，是奇数：PF = 0 PF标志仅反映最低8位中“1”的个数是 偶或奇，即使是进行16位字操作
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溢出标志OF（Overflow Flag） • 若算术运算的结果有溢出，OF＝1； 否则 OF＝0
3AH + 7CH＝B6H，产生溢出：OF = 1 AAH + 7CH＝（1）26H，没有溢出：OF = 0
复习：8088的内部结构
通用 从内存取指令送到指 寄存器 令队列； SP BP
SI CPU执行指令时，要 DI 配合执行部件从指定 16位 的内存单元或者端口 中取数据，将数据传 执行部分 控制电路 ALU 送给EU； CH DH CL DL
∑ BIU 功能：负责与 M、 功能：负责指令执行。 AH AL I/O 端口传送数据 。 BH BL 组成：
21000H 2000:1000H DS:BX 内存 …... 0Fh FFh 56h …...
用(
)表示内存单元的内容：
( 21000H ) = 0FH ( 2000：1001H ) = 0FFH ( DS：BX ) = 0FH
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练习
1. 8088CPU中，若（DS）＝6100H，则当 前数据段的起始地址是什么？末地址是什么？ 段的起始地址: 61000H 段的末地址: 61000H + ( 10000H – 1 ) = 61000H + 0FFFFH = 70FFFH
指令指针寄存器（Instruction Point） 标志寄存器（Flag Register）或处理器状态 字（PSW）
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指令指针IP（Instruction Point）
• IP：指令指针寄存器，其内容为下一条 要执行的指令的偏移地址 • 它与代码段寄存器CS联用，确定下一条 指令的物理地址 • 计算机通过CS : IP寄存器来控制指令序 列的执行流程
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指针寄存器（2个）
• 指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 • SP（Stack Point）：堆栈指针寄存器，栈顶的偏移地址； • SP不能再用于其他目的，具有专用目的。
• BP（Base Point）：基址指针寄存器。 • BP常用于访问内存时存放内存单元的偏移地址。 • SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段 中的存储单元地址