第2章80x86计算机组织
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第二章 80x86计算机组织
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描述符由基地址、界限、访问权等部分组成
基地址（Base）：80386以上处理器的基地址为32位，说明段可以从4GB存储器 的任何地址开始。 界限（Limit）： 存放该段的长度，80386及其后继机型的界限部分为20位。
粒度位G（Granularity）：
当G=0时，段长的粒度单位为字节，20位段界限可使段长从1B~1MB，步距为1B；
22
图 保护模式存储器寻址
23
(4) 问题
*选择器给出了描述符表中的描述符地址，那么描述符表又 在哪里？
* 保护模式的寻址要间接地取得存储器的地址（要增加一次 对存储器的访问），怎样保证系统的运行速度？
24
GDTR 全局描述符表寄存器 IDTR 中断描述符表寄存器 LDTR 局部描述符表寄存器 TR 任务寄存器 25
G（Granularity）粒度位：
G=0 段长的粒度单位为字节，20位段界限可使段长从1B~1MB，步距为1B； G=1 段长的粒度单位为页，每页为4KB，20位段界限可定义的段长从4KB~4GB， 步距为4KB。 D/B位：在代码段里，这位称为D（Default operation size） 缺省操作长度位。 D=1 表示操作数及有效地址长度均为32位； D=0 表示操作数及有效地址长度均为16位。 在数据段里，这位称为 B 位，它控制了两个有关堆栈的操作。其一控制堆栈指针 寄存器SP的长度：B=1使用32位ESP寄存器；B=0使用16位SP寄存器。其二指示向下扩展 的堆栈的上界限值。 AVL（Available）可用位：该位只能由系统软件使用。
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实模式寻址
存储单元的20位真实地址称为物理地址，采用了段地址、 偏移地址方案后，物理地址可以按如下公司计算： 物理地址=(段寄存器)×10H + 偏移地址 偏移地址也叫有效地址。 完整地址的表示：段加偏移地址通常写成1000：2000的形 式，表示段地址1000与偏移2000H。这种形式的地址称为完整 地址。
第二章 80x86计算机组织
4/54
2.2 计算机系统概述
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（中央处理器、存储器、 输入输出子系统），用系统总线连接。
存储器 中央处理机 CPU 总线控制 逻辑
系 统 总 线
接 口 接 口
大容量 存储器 I/O设备
I/O子系统
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中央处理单元 CPU
8086/8088
数据总线DB 准16
80286
16
80386
32
80486
32
Pentium
64
地址总线AB
最大寻址 时钟范围(MHz) 执行速度(MIPS)
20
1MB 4.77 0.05
24
16MB 6~16 0.4~0.8
32
4GB 16~40 3~4
32
4GB 33~120 20~75
32
4GB 66~166 112~280
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溢出标志OF（Overflow Flag）
若算术运算的结果有溢出，则OF=1；否 则 OF＝0。例如：
3AH + 7CH＝B6H，产生溢出：OF = 1 AAH + 7CH＝（1）26H，没有溢出：OF = 0
问题：
什么是溢出？ 溢出和进位有什么区别？ 处理器怎么处理，程序员如何运用？ 如何判断是否溢出？
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1.通用寄存器---变址寄存器
变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址 SI是源变址寄存器 DI是目的变址寄存器 SI、DI通常与数据段寄存器DS联用，用来确 定数据段中某一存储单元的地址。 串操作类指令中，SI和DI具有特别的功能， 能够自动增量和自动减量。
第2章80x86计算机组织
第2章 微型计算机概论
状态标志寄存器F
8086 CPU的状态标志寄存器是一个16位的寄存 器，9个位用作标志位，其中状态标志位有6个，控 制标志有3个。状态标志用来反映EU执行算术或逻 辑运算以后的结果特征。这六位都是逻辑值，判断 结果为逻辑真（true）时其值为1；判断结果为逻 辑假（false）时，其值为0。
80x86的寄存器结构
31
EAX EBX ECX EDX ESP EBP ESI EDI EIP EFLAGS
16 15
AH BH CH DH
8 7
AX BX CX DX SP BP SI DI IP FLAGS CS DS SS ES FS GS AL BL CL DL
0
8086 / 8088 / 80286
8086有20根地址线，具有220＝1M字节的存储 器地址空间。内存单元按照00000H～FFFFFH来编 址。
第2章 微型计算机概论
存储器的分段
8086存储器操作采用了典型的存储器分 段技术，对存储器的寻址操作不是直接 用20位的物理地址，而是采用段地址加 段内偏移地址的二级寻址方式。 物理地址＝段基址×10H＋偏移地址 =（段基址左移4 位＋偏移地址）
第2章 微型计算机概论
*2.2.4 微型计算机的结构
1.微型计算机的结构采用的是总线结构
第2章 微型计算机概论
*2.总线结构的概念
总线是传输信号的一组导线，作为微机各部件之间信息传输 的公共通道。 微处理器通过系统总线实现和其他组成部分的联系。 微机的系统总线按功能分成三组： 数据总线 DB：是传输数据或代码的一组通信线，其宽度（总 线的根数）一般与微处理器的字长相等。 地址总线 AB：是传输地址信息的一组通信线，是微处理器访 问外界用于寻址的总线。AB总线是单向的，其根数决定了可以 直接寻址的范围。 控制总线 CB：是传送各种控制信号的一组通信线。控制信号 是微处理器和其他芯片间相互联络或控制用的。
第二章 80X86计算机组织
第二章汇编语言程序格式2．1 在80X86微型机的输入输出指令中，I/O端口号通常是由DX寄存器提供的，但有时也可以在指令中直接指定00～FFH的端口号，试问可直接由指令中指定的I/O端口数。
答：有256个I/O端口数2。
2 有两个16位字IEE5H和2A3CH分别存放在80X86微机存储器的000B0H和000B3H单元中，请用图表示出它们在存储器里的存放情况。
解： 000B0H E5H000B1H 1EH000B2H000B3H 3CH000B4H 2AH2.380X86微机存储器中存放信息如图2.12所示。
试读出30022H和30024H字节单元的内容，以及30022H和30024H字单元的内容。
30020H 12H30021H 34H30022H ABH30023H CDH30024H EFH答：（1）。
字节单元：（30022H）=ABH，（30024H）=EFH（2）。
字节单元：（30021H）=AB34H，（30022H）=CDABH2.4 在实模式下，段地址和偏移地址为3017：000A的存储单元的物理地址是什么？如果段地址和偏移地址是3015：002A和3010：007A呢？答：（1）。
3017：000AH的物理地址是：3017AH（2）。
3015：002AH的物理地址是：3017AH（3）。
3010：007AH的物理地址是：3017AH2.5 如果在一个程序开始执行以前（CS）=0A7FOH（如果十六进制数的最高位为字母，则应在其前加一个字的物理地址是多少？答该程序的第一个字的物理地址是：AAA40H2.6 在实模式下，存储器中每一段最多可有10000H个字节。
如果用测试程序DEBUG的r命令在终端上显示当前各寄存器的内容如下，请画出此时存储器分段的示意图，以及条件标志OF、DF、ZF、CF的值。
C>debug－rAX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000DS=10E4 ES=10F4 SS=21F0 CS=31FF IP=0100 NV UP DI PL NZ NA PO NC 解：（1）存储器分段的示意图10E4：0000H 10E40H……10F4：0000H 10F40H……10E4：FFFFH 20E3FH……10F4：FFFFH 20F3FH……21F0：0000H 21F00H……21F0：FFFFH 31FFFH……31FF：0000H 31FF0H……31FF：FFFFH 41FEFH（2）。
第二章 80x86计算机组织
3、每个字节单元中存放的信息称为该存储单元 的内容，可以表示数据、程序指令，也可表示 地址值。例如（0004）=78H 4、16位字存入存储器时，低位字节存入低地址， 高位字节存入高地址。图2.6中,(0004)=5678H， (0005)=3456H,(5678)=2F1EH, ((5678))=2F1EH X表示地址，(X)表示X单元中内容。
2、存储器（memory） 用于存放程序、数据、信息及中间结果。 RAM：随机存储器 ROM：只读存储器（存储BIOS） EPROM：可擦除只读存储器 FlashROM：闪速存储器
3、I/O子系统（输入/输出） 包括I/O设备及大容量存储器两类外部设备 1）I/O设备：显示器，键盘，打印机等 2）大容量存储器：外存，如磁盘、磁带、光盘 等 4、系统总线：连接CPU,存储器和I/O设备，用 于传送各部分之间信息
2）指针或变址寄存器 SP,BP,SI,DI (16位) 通常用于在段内寻址时提供偏移地址。 SP(Stack Pointer):堆栈指针寄存器 BP(Base Pointer):基址指针寄存器 SI (Source Index): 源变址寄存器 DI(Destination Index):目的变址寄存器
2、专用寄存器 1）IP(Instruction Pointer)：指令指针寄存器，指 向下一条指令的首地址。 2）FLAGS：标志寄存器，共16位，用到其中9 位，根据有关指令的运行结果由CPU自动设 置,往往作为后续条件指令的转移控制条件。 OF-溢出标志 SF-符号标志 ZF-零标志 CF-进位标志 3、段寄存器：CS,DS,SS,ES
第四节 外部设备 一、外部设备：包括输入输出设备、大容量存储 器，如键盘、显示器、打印机、磁盘等。 外部设备与主机(CPU和寄存器)的通信是通过 外设接口进行的，每个接口包括一组寄存器。 这些寄存器一般有三种用途： 1、数据寄存器 2、状态寄存器 3、命令寄存器
汇编语言第2章80x86计算机组织
控制标志位
• 控制标志位 ：DF 方向标志，用于串处理指令处理
▪ DF位为1时，每次操作后使变址寄存器SI和 DI减量，使串处理从高地址向低地址方向处 理：
▪ 当DF位为0时，则使SI和DI增量，使串处理 从低地址向高地址方向处理：
系统标志位
• IF：中断标志。 当IF=1时，允许中断； IF=0时关闭中断
数据的宽度 • 地址总线宽度：用以确定可访问的存储器的最
大范围
地址总线宽度
• 10位：210=1024单元，1K • 20位：220=1024* 210单元=1024K，1M • 24位：224=16*1M，16M • 30位：230=1024M，1G • 32位：232=4G，即4GB
二、一些名词术语(2)
• TF：陷井标志（跟踪标志）。用于单步方式操作 • IOPL：I/O特权级。控制对I/O地址空间访问
段寄存器
• 8086/8088、80286：四个段寄存器 ▪ 代码段CS，数据段DS，堆栈段SS，附加段ES
• 80386及后继机型：六个段寄存器 ▪ 代码段CS，数据段DS，堆栈段SS，附加段ES、 FS、GS---都是16位
• ZF：零标志。运算结果为0，置1；否则置0。 • CF：进位标志。记录从最高有效位产生的进位值。
最高有效位有进位时置1，否则置0。 • AF：辅助进位标志。记录运算时第3位产生的进位
值。如第3位有进位时置1，否则置0。 • PF：奇偶标志。当结果操作数中1的个数为偶数时置
1，否则置0。
标志符号 举例
段中的某一存储单元的地址 4. SI、DI一般与DS联用：
在串处理指令中，SI和DS联用，DI和ES联用
8086系统的堆栈
• 是存储器中的特殊区域 – 在堆栈段内，“FILO” – SP始终指向栈顶，总是字操作，指示栈顶的 偏移地址； – BP可作为堆栈区中的一个基地址以便访问 堆栈中的其他信息
80x86汇编语言程序设计 第2章 80x86计算机系统组织
2020/9/5
80x86汇编语言程序设计
1. 状态标志取值的一般规则
▪ ZF（Zero Flag）：零标志。若运算结果为0，则ZF = 1，否则ZF = 0。
▪ SF（Sign Flag）：符号标志。若运算结果为负数，则SF = 1，否则SF = 0。
▪ CF（Carry Flag）：进位标志。若加法时结果最高位向前有进位或减法时最高位向 前有借位，则CF = 1，否则CF = 0。
第2章 80x86计算机系统组织
讲授要点
▪ 80x86计算机的基本结构（CPU、内存、I/O以及连接它们的总线）。 ▪ 80x86 CPU的寄存器组。 ▪ 实模式的内存分段与编程要点。 ▪ 标志位CF、OF、SF、ZF的含义及判断方法。
2020/9/5
80x86汇编语言程序设计
2.1 80x86计算机的基本结构
▪ 在实模式下，32位CPU下的程序可以使用32位寄存器和32位操作数，但采用32位寄 存器表示偏移地址时，只使用低16位，高16位为0。CS:IP总是指向下一条要执行的指 令，EIP的高16位为0。SS:SP指向堆栈段的栈顶，ESP的高16位为0。
▪ 状态标志是CPU进行条件判断和控制程序执行流程的依据，最常用的是4个：CF、OF、 SF和ZF。其中，CF表示无符号溢出，OF表示带符号溢出。
▪ SS:SP指向堆栈段的栈顶地址，ESP的高16位为0。
▪ 在32位80x86 CPU下，程序可以使用32位寄存器和32位操作数，但采用32位寄 存器表示偏移地址时，只使用低16位，高16位为0。
2020/9/5
80x86汇编语言程序设计
2.4 标志位
2.4.1 状态标志
▪ 状态标志通常由CPU根据指令执行结果自动设置，以反映指令执行结果的特 征。 ▪ 80x86 CPU将状态标志作为条件判断的依据，以控制程序的执行流程。 ▪ 最常用的状态标志是CF、OF、SF和ZF，应熟练掌握。
CH2 80x86计算机组织
首地址：PA=2100H×16＋2A10H=23A10H 末地址：PA=23A10H＋(8－1) ×2=23A1EH
习题： 习题：
4.内存34120地址H，依次存放3个数，分别是 字数据27H，字节数据0F1H和字数据9145H， 画图表示内存存放情况。 ···
27H 00H F1H 45H 91H ··· 34120H 34121H 34122H 34123H 34124H
2.2.3 8086/8088寄存器组 寄存器组
3.指针寄存器
BP（基址指针寄存器）
用法同通用寄存器 与SS段寄存器联用
SP（堆栈指针寄存器） IP（指令指针寄存器）
存放偏移指令 用户程序不能使用
2.2.3 8086/8088寄存器组 寄存器组
4.段寄存器
CS、DS、ES、SS
例题：程序执行之前(CS)=0A7F0H， (IP)=2B40H，试确定该程序第一个字的物理 地址。
运算结果非零正数：ZF=0,SF=0 最高位有进位：CF=1 1010+1000，次高位无进位 异或为1：OF=1，结果无效 低4位向高4位无进位：AF=0 低8位FDH中1的个数为7：PF=0
A 9 5 B ＋ 8 C A 2 1 3 5 F D
习题： 习题：
1.写物理地址PA。
2314H:0035H 1FD0H:000AH
双字
一个双字占据相邻四个存储单元 低位字节存入低地址处，高位字节存入可存放于内存中任一单元，在进行读操作时内存单元 不发生变化，进行写操作时覆盖内存单元内容
例题1：将8162H存入0003H和0004H两个相 邻存储单元。
－ － 0000H 0001H 0002H 0003H 0004H 0005H
习题： 习题：
4.内存34120地址H，依次存放3个数，分别是 字数据27H，字节数据0F1H和字数据9145H， 画图表示内存存放情况。 ···
27H 00H F1H 45H 91H ··· 34120H 34121H 34122H 34123H 34124H
2.2.3 8086/8088寄存器组 寄存器组
3.指针寄存器
BP（基址指针寄存器）
用法同通用寄存器 与SS段寄存器联用
SP（堆栈指针寄存器） IP（指令指针寄存器）
存放偏移指令 用户程序不能使用
2.2.3 8086/8088寄存器组 寄存器组
4.段寄存器
CS、DS、ES、SS
例题：程序执行之前(CS)=0A7F0H， (IP)=2B40H，试确定该程序第一个字的物理 地址。
运算结果非零正数：ZF=0,SF=0 最高位有进位：CF=1 1010+1000，次高位无进位 异或为1：OF=1，结果无效 低4位向高4位无进位：AF=0 低8位FDH中1的个数为7：PF=0
A 9 5 B ＋ 8 C A 2 1 3 5 F D
习题： 习题：
1.写物理地址PA。
2314H:0035H 1FD0H:000AH
双字
一个双字占据相邻四个存储单元 低位字节存入低地址处，高位字节存入可存放于内存中任一单元，在进行读操作时内存单元 不发生变化，进行写操作时覆盖内存单元内容
例题1：将8162H存入0003H和0004H两个相 邻存储单元。
－ － 0000H 0001H 0002H 0003H 0004H 0005H
第二章 80x86计算机组织
例： MOV CX , 200H
AGAIN: ……
…… LOOP AGAIN ；（CX)-1(CX),结果0转AGAIN
DX——Data可以作为数据寄存器使用。 一般在双字长乘除法运算时，
把DX和AX组合在一起存放一个双字长(32位)数，DX用来存放高16位;
对某些I/O操作DX可用来存放I/O的端口地址（口地址 256）。
AX——（Accumulator）作为累加器。 它是算术运算的主要寄存器， 所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。 例： IN OUT AL , 20H 30H , AX
BX——Base用作基址寄存器使用。 在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。
例：
MOV
AX, [BX+03H]
CX——Count可以作计数寄存器使用。 在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。
微处理器内部主要由四部分组成：
（1） 内部寄存器陈列 用来寄存参与运算的数据（8位）， 经常可以连成寄存器对（16位）用来存放操作数地址。 16位专用寄存器
如： 程序计数器PC，堆栈指针SP
（2） 累加器和算术逻辑单元 对数据进行算术运算、逻辑运算场所， 运算结果 标志触发器记忆 或送某个寄存器等等。
8088
内部操作均按16位设计,
内部寄存器、运算部件及
除对外数据线为8根外，其余与8086基本相同。
为与当时已有的8 位外设接口芯片兼容。
IBM PC、IBP PC/XT 采用8088CPU
8
8088CPU结构特点小结：
(1) 内部结构 是16位的
（内部寄存器，内部运算部件，内部操作按 16位设计）； (2)外部数据总线8条，能处理16位数据,也能处理8位数据； （具有16位运算指令，包括*、/指令） (3) 汇编语言与8080/8085兼容，即能执行整套8080/8085的指令.
AGAIN: ……
…… LOOP AGAIN ；（CX)-1(CX),结果0转AGAIN
DX——Data可以作为数据寄存器使用。 一般在双字长乘除法运算时，
把DX和AX组合在一起存放一个双字长(32位)数，DX用来存放高16位;
对某些I/O操作DX可用来存放I/O的端口地址（口地址 256）。
AX——（Accumulator）作为累加器。 它是算术运算的主要寄存器， 所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。 例： IN OUT AL , 20H 30H , AX
BX——Base用作基址寄存器使用。 在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。
例：
MOV
AX, [BX+03H]
CX——Count可以作计数寄存器使用。 在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。
微处理器内部主要由四部分组成：
（1） 内部寄存器陈列 用来寄存参与运算的数据（8位）， 经常可以连成寄存器对（16位）用来存放操作数地址。 16位专用寄存器
如： 程序计数器PC，堆栈指针SP
（2） 累加器和算术逻辑单元 对数据进行算术运算、逻辑运算场所， 运算结果 标志触发器记忆 或送某个寄存器等等。
8088
内部操作均按16位设计,
内部寄存器、运算部件及
除对外数据线为8根外，其余与8086基本相同。
为与当时已有的8 位外设接口芯片兼容。
IBM PC、IBP PC/XT 采用8088CPU
8
8088CPU结构特点小结：
(1) 内部结构 是16位的
（内部寄存器，内部运算部件，内部操作按 16位设计）； (2)外部数据总线8条，能处理16位数据,也能处理8位数据； （具有16位运算指令，包括*、/指令） (3) 汇编语言与8080/8085兼容，即能执行整套8080/8085的指令.
第二章 80x86计算机组织
80x86汇编语言程序设计
1. 状态标志取值的一般规则
ZF（Zero Flag）：零标志。若运算结果为0，则ZF = 1，否则 ZF = 0。
SF（Sign Flag）：符号标志。若运算结果为负数，则SF = 1， 否则SF = 0。 CF（Carry Flag）：进位标志。若加法时结果最高位向前有进 位或减法时最高位向前有借位，则CF = 1，否则CF = 0。 OF（Overflow Flag）：溢出标志。若带符号数的运算结果超 出了补码表示的范围，则OF = 1，否则OF = 0。 AF（Auxiliary Carry Flag）：辅助进位标志。若加法时结果 低4位向前有进位或减法时结果低4位向前有借位，则AF = 1，否 则AF = 0。 PF（Parity Flag）：奇偶标志。若结果最低字节中1的个数为 偶数，则PF = 1，否则PF = 0。
80x86程序可以存取的最小数据单位是字节。例如，若要读取的位 数不足8位，则只能先读出一个完整字节，再屏蔽掉其它位。
字的存储采取“低字节在低地址，高字节在高地址，字的地址由低 地址表示”的小端方式，双字也类似。
要正确理解内存单元的地址和值，地址表示位置，值是相应位置处 的内容。同一地址既可以看作字节单元地址，也可以看作字甚至双字 单元地址，取决于具体的使用方式。
2013-1-20
80x86汇编语言程序设计
80x86 CPU有3种工作模式：实模式、保护模式和虚拟8086模 式。 在实模式下，段地址和偏移地址均为16位。20位物理地址由 16位段地址左移4位加16位偏移地址得到，只能寻址1MB的内存 空间，且每段≤64KB。 在实模式下，32位CPU下的程序可以使用32位寄存器和32位操 作数，但采用32位寄存器表示偏移地址时，只使用低16位，高 16位为0。CS:IP总是指向下一条要执行的指令，EIP的高16位为 0。SS:SP指向堆栈段的栈顶，ESP的高16位为0。 状态标志是CPU进行条件判断和控制程序执行流程的依据，最 常用的是4个：CF、OF、SF和ZF。其中，CF表示无符号溢出，OF 表示带符号溢出。
汇编第二章80x86计算机组织
标志位的功能—溢出标志 标志位的功能 溢出标志OF（Overflow Flag） 溢出标志 ） 表明补码的运算结果是否有溢出 表明补码的运算结果是否有溢出 补码
OF=
0 1
NV OV
没有溢出 溢出
3AH + 7CH＝B6H，产生溢出：OF = 1 ＝ ，产生溢出： AAH + 7CH＝（1）26H，没有溢出：OF = 0 ＝ ） ，没有溢出：
CS
XX XX
16 bits 偏移量
XX XX XX XX XX XX
正在执行的指令 下一条将要执行的指令
IP
3.控制寄存器 控制寄存器—FLAGS 控制寄存器
标志（ 标志（Flag）用于反映指令执行结果或控 ） 制指令执行形式 8086处理器的各种标志形成了一个 位的 处理器的各种标志形成了一个16位的 处理器的各种标志形成了一个 标志寄存器FLAGS（程序状态字 标志寄存器 （程序状态字PSW寄 寄 存器） 存器）
16
输入/输出 输入 输出 控制电路
外 部 总 线
ALU
存器
部 控制电路
12 3 4 5 6
8
器
部
EU)
部
BIU)
1.通用寄存器 数据寄存器 通用寄存器—数据寄存器 通用寄存器
AX(Accumulator)累加器：算术运算的主要 ，所有的 累加器：算术运算的主要R 累加器
I/O指令都用此 指令都用此R 指令都用此
3AH＋7CH＝B6H，就是 ＋124＝182， ＋ ＝ ，就是58＋ ＝ ， 已经超出－ ～＋127范围，产生溢出，故OF＝1； 范围， 已经超出－128～＋ ～＋ 范围 产生溢出， ＝ ； 另一方面，补码 表达真值是-74， 另一方面，补码B6H表达真值是 ， 表达真值是 显然运算结果也不正确
IBM—PC(80x86)汇编语言与接口技术-第2章 80x86计算机组织
• 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。
• Intel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正常工作。
• 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。
2.2 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 系 统 总 线
存储器
接口
...
接口
大容量 存储器
...
I/O设备
I/O子系统
汇编语言ppt课件清华版第二章80x86计算机组织
命令存放器：CPU给外设或接口的控制命令通过 此存放器送给外设，如发送启动磁盘工作的命 令等。
36
第2章 80x86计算机组织
2.5 外部设备〔续〕
2.外设中的每个存放器给予一个端口地址 〔端口号〕，这样就组成了一个独立于 内存储器的I/O地址空间。端口可以是8 位、16位甚至是32位的，但整个I/O空间 不允许超过64K
解决方法就是把1M字节地址空间划成假设干逻 辑段。每个逻辑段必须满足两个条件：一是逻辑 段的起始地址〔简称段首址〕必须是16的倍数； 二是逻辑段的最大长度为64K。按照这两个条件， 1M字节地址空间最多可划分成64K个逻辑段，最 少也要划分成16个逻辑段。逻辑段与逻辑段可以 相连，也可以不连，还可以重叠。
➢ 偏移地址为32位长，最大段长可从64KB 扩大到4GB
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第2章 80x86计算机组织
2.5 外部设备
1.外设与主机的通信是通过外设接口进展的，每 个接口包括一组存放器：
数据存放器：用来存放要在外设和主机之间进展 传送的数据。实际上起缓冲作用。
状态存放器：用来保存外部设备或接口的状态信 息，以便CPU在必要时测试外设状态，了解外 设的工作情况〔如忙闲等〕 。
6
第2章 80x86计算机组织
80x86存放器组
图2.4 80x86CPU存放器分组
7
第2章 80x86计算机组织
1．通用存放器
〔1〕数据存放器〔可以字或字节的形式访问〕 共有4个，即存放器AX、BX、CX、DX，用来暂时存 放计算过程中所用到的操作数、运算结果或其他信 息。 但又有各自的专用目的： AX存放器称为累加器。使用频度最高，用于算术、逻 辑运算以及与外设传送信息等。 BX存放器称为基址存放器。常用于存放存储器地址。 CX存放器称为计数器。常用于保存计数值，如一般作 为循环或串操作等指令中的隐含计数器。 DX存放器称为数据存放器。在做双字长运算时用来存 放双字长数据的高16位〔AX存放低16位〕。另外， 在某些I/O操作中用于存放外设的端口地址。 8
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第2章 80x86计算机组织
2.5 外部设备〔续〕
2.外设中的每个存放器给予一个端口地址 〔端口号〕，这样就组成了一个独立于 内存储器的I/O地址空间。端口可以是8 位、16位甚至是32位的，但整个I/O空间 不允许超过64K
解决方法就是把1M字节地址空间划成假设干逻 辑段。每个逻辑段必须满足两个条件：一是逻辑 段的起始地址〔简称段首址〕必须是16的倍数； 二是逻辑段的最大长度为64K。按照这两个条件， 1M字节地址空间最多可划分成64K个逻辑段，最 少也要划分成16个逻辑段。逻辑段与逻辑段可以 相连，也可以不连，还可以重叠。
➢ 偏移地址为32位长，最大段长可从64KB 扩大到4GB
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第2章 80x86计算机组织
2.5 外部设备
1.外设与主机的通信是通过外设接口进展的，每 个接口包括一组存放器：
数据存放器：用来存放要在外设和主机之间进展 传送的数据。实际上起缓冲作用。
状态存放器：用来保存外部设备或接口的状态信 息，以便CPU在必要时测试外设状态，了解外 设的工作情况〔如忙闲等〕 。
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第2章 80x86计算机组织
80x86存放器组
图2.4 80x86CPU存放器分组
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第2章 80x86计算机组织
1．通用存放器
〔1〕数据存放器〔可以字或字节的形式访问〕 共有4个，即存放器AX、BX、CX、DX，用来暂时存 放计算过程中所用到的操作数、运算结果或其他信 息。 但又有各自的专用目的： AX存放器称为累加器。使用频度最高，用于算术、逻 辑运算以及与外设传送信息等。 BX存放器称为基址存放器。常用于存放存储器地址。 CX存放器称为计数器。常用于保存计数值，如一般作 为循环或串操作等指令中的隐含计数器。 DX存放器称为数据存放器。在做双字长运算时用来存 放双字长数据的高16位〔AX存放低16位〕。另外， 在某些I/O操作中用于存放外设的端口地址。 8
第2章 80x86计算机组织
例： MOV AX, FFFFH MOV BX, 1 ADD AX, BX 指令执行后，(AX)=0, OF=0, CF=1, ZF=1, SF=0
10
2.4 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。 • 存储单元的地址和内容
存储器以字节（8bit）为单位存储信息 每个字节单元有一个地址，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 0000H ~ FFFFH 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 8086访问内存是以字为单位，字单元地址用它的低地址 来表示
18
第2章 作业
Page 33
2.2 ~ 2.5
19
11
存储器
7 字节 1 0 0 1 6 0 0 0 1 5 0 1 0 0 4 1 0 1 1 3 1 0 1 0 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0000H 0001H 0002H 0003H (0000H)=9FH (0001H)=26H (0002H)=1EH (0003H)=D7H
在CPU外部 访问速度慢 容量大，成本低 用地址表示 地址可用各种方式形成
16
2.5 2.5 外部设备
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 外设中每个寄存器有一个端口（Port）地址，构成一个 独立于内存的I/O地址空间：0000H ~ FFFFH
第二章 80x86计算机组织
寄 存 器
80x86的程序可见寄存器组
通用寄存器 专用寄存器 段寄存器
16位寄存器组
16位CPU所含有的寄存器有
4个数据寄存器(AX、BX、 CX和DX) 2个变址和指针寄 2个指针寄存器(SP和 BP) 存器(SI和DI)
4个段寄存器(ES、CS、SS 1个指令指针寄存 1 个 标 志 寄 存 器 (Flags) 和DS) 器(IP)
若算术运算的结果有溢出，则OF=1；否则 OF＝ 0。例如： 3AH + 7CH＝B6H，产生溢出：OF = 1 AAH + 7CH＝（1）26H，没有溢出：OF = 0
辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）
运算时D3位（低半字节）有进位或借位时， AF = 1；否则AF = 0。
外 总 线
运算寄存器
执行部分 控制电路
1 2 3 4 5 6
8位 指令队列缓冲器
ALU 标志
执行部件
总线接口部件
寄存器是CPU内部重要的数据存储资源，是汇编程序员能直接使 用的硬件资源之一。由于寄存器的存取速度比内存快，所以，在用 汇编语言编写程序时，要尽可能充分利用寄存器的存储功能。 寄存器一般用来保存程序的中间结果，为随后的指令快速提供操 作数，从而避免把中间结果存入内存，再读取内存的操作。在高级 语言(如：C/C++语言)中，也有定义变量为寄存器类型的，这就是 提高寄存器利用率的一种可行的方法。 另外，由于寄存器的个数和容量都有限，不可能把所有中间结果 都存储在寄存器中，所以，要对寄存器进行适当的调度。根据指令 的要求，如何安排适当的寄存器，避免操作数过多的传送操作是一 项细致而又周密的工作。 由于16位/32位CPU是微机CPU的两个重要代表，所以，在此只 介绍它们内部寄存器的名称及其主要功能。
汇编语言程序设计第2章 80 x86计算机组织结构.ppt
传送地址，内存中的每个字节都对应着一个唯一 的地址，I/O设备也是如此。 地址总线的位数与寻址空间有着直接的关系。 例如：8086/8088地址总线20根，则可访问的地址 为：
220 =1，048，576 = 1M
则8086/8088最大可用的存储空间为1M字节。
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• 存储器由若干存储单元构成,存储单元的最小 单位是字节。
• 将所有的存储单元按顺序编号，即每一个字 节有一个唯一的编号，这些编号称为存储单 元的地址(也称为物理地址)。
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• 若CPU要存取某个存储单元的内 容，则首先提供该存储单元的 地址，然后按地址选中对应的 存储单元，就可以对单元内容 进行存取操作。
外部设备
在微机系统中最常用的外部设备有： • 键盘 • 显示器 • 打印机 • 外部存储器等
CPU与外部设备交换信息是通过I/O接口电 路来完成的。
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2.2 80X86CPU的寄存器 通用寄存器 控制寄存器 段寄存器
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• IBM PC机及其 兼容机的存储 器系统主要分 为3个主要部 分：程序暂驻 区 (TPA) 、 系 统内存区和扩 展 存 储 区 (XMS)
South china normal university 图2-2 IBM PC机及其兼容机的存储器映像
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1. 数据寄存器 （AX、BX、CX、DX）
220 =1，048，576 = 1M
则8086/8088最大可用的存储空间为1M字节。
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• 存储器由若干存储单元构成,存储单元的最小 单位是字节。
• 将所有的存储单元按顺序编号，即每一个字 节有一个唯一的编号，这些编号称为存储单 元的地址(也称为物理地址)。
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• 若CPU要存取某个存储单元的内 容，则首先提供该存储单元的 地址，然后按地址选中对应的 存储单元，就可以对单元内容 进行存取操作。
外部设备
在微机系统中最常用的外部设备有： • 键盘 • 显示器 • 打印机 • 外部存储器等
CPU与外部设备交换信息是通过I/O接口电 路来完成的。
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2.2 80X86CPU的寄存器 通用寄存器 控制寄存器 段寄存器
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• IBM PC机及其 兼容机的存储 器系统主要分 为3个主要部 分：程序暂驻 区 (TPA) 、 系 统内存区和扩 展 存 储 区 (XMS)
South china normal university 图2-2 IBM PC机及其兼容机的存储器映像
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1. 数据寄存器 （AX、BX、CX、DX）
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• BP：基址指针寄存器
56
78
• SI：源变址寄存器
9A
BC
• DI：目的变址寄存器
DE
F0
SP用来指示栈顶的偏移地址； BP可作为堆栈区中的一个基地址以便访问 堆栈中的其他信息
变址寄存器的用途
1. 可象数据寄存器一样在运算过程中存放 操作数；
2. 在段内寻址时提供偏移地址 3. SP、BP都可以与SS寄存器联用来确定
工作方式
（1）实模式：段寄存器保护实际的段地址，但 只限于1M的寻址
（2）保护模式：有更大寻址能力，使用各种表 格，段的实际地址放在描述符表中，使用段选 择器
（3）虚拟模式：提供比主存更大的空间，程序 可放在外存上，执行时调入，模拟多个CPU
2.2基于微处理器的计算机系统
计算机系统
计算机系统包括硬件和软件两部分： 1．硬件： 2．软件：
第二章 80x86计算机组织
主要内容
• 2.1 80x86微处理器 • 2.2 基于微处理器的计算机系统 • 2.3 中央处理机 • 2.4 存储器 • 2.5 外部设备
2.1 80x86微处理器
1、80x86是美国Intel公司的微处理器系列 ➢1969：4040芯片、4位 ➢1973：8080芯片、8位 ➢1978：8086芯片、16位 ➢1979：8088芯片、16位 ➢1982：80286芯片、16位 ➢1986：80386芯片、32位 …Pentium系列
2.4.1 存储单元的地址和内容
1. 位、字节和字
1) 位：计算机存储信息的基本单位，存储二进 制数:0或1。
2) 字节：每8位组成一个字节，在存储器里以 字节单位存储。
3) 字长：8086/8088、80286字长为16位，由2个 字节组成；80386字长为32位，由4个字节组 成，双字
2. 存储器地址
• 高级语言：用脱离机器指令、用易理解的方式 编写的程序，在抽象级上运行
机器语言和汇编语言的特点
• 汇编语言和机器语言一一对应，运行在计算机 的具体级上。处理对象是位、字节、字以及 CPU寄存器和存储单元。
• 汇编语言能够精确、逼真地描述计算机执行的 每一具体步骤，程序质量高。
• 汇编语言可移植性差，编程较复杂，还需了解 计算机硬件知识。
2.一些名词术语(1)
• 主频：主时钟频率，影响运行计算机速 度
• 数据总线：负责各部分间的数据传送
✓数据总线宽度：芯片内传送数据的宽度 ✓外部数据总线宽度：芯片内和芯片外交换数
据的宽度
• 地址总线宽度：用以确定可访问的存储 器的最大范围
地址总线宽度
• 10位：210=1024单元，1K • 20位：220=1024* 210单元=1024K，1M • 24位：224=16*1M，16M • 30位：230=1024M，1G • 32位：232=4G，即4GB
• 计算机软件：系统软件、用户软件
➢系统软件： ➢用户软件：
• 操作系统：主要部分是常驻监督程序 • I/O驱动程序：对I/O设备进行控制或管
理
计算机软件层次图
其它软件（1）
• 文件管理系统： • 文本编辑程序：如editor(edit命令），
记事本、写字板
• 翻译程序：分编译程序、解释程序 • 汇编程序：Asm、Masm、Tasm
▪ ASM：小汇编程序，它占有较小的存储区， 功能较弱
▪ MASM：宏汇编程序，功能较强，具有宏汇 编能力
▪ Masm for windows集成实验环境
其它软件（2）
• 连接程序：程序、库文件或其他已翻译 的子程序连接在一起，形成机器可执行 程序
• 装入程序：把程序从外存送到内存 • 调试程序：
➢系统带的调试程序Debug：举例 ➢Turbo Debug程序：Tdebug
➢Masm for windows集成实验环境
机器语言、汇编语言和高级语言
• 机器语言：二进制指令代码组成，机器可直接 识别并执行、不必依赖任何软件
• 汇编语言：一种符号语言，它几乎和机器语言 一一对应，使用助记符。是面向机器，便于记 忆的语言。
3．存储单元的内容
• 存储单元的内容：一个存储单 元存放的信息
(0004) = 1234H
• 字存放方式：低位字节放低地 址，高位字节放高地址，以其 低地址为准
• 同一个地址既可看作字节单元 地址，又可看作字单元地址
• 双字数据存放：类似
4．地址和内容
• 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)
• 存储器地址
– 分配给每一个字节单元的编号。地址从0开始 编号，顺序地每次加1
– 每一个字节单元有唯一一个地址：物理地址
• 8086/8088：
– 20位，地址范围应该是00000H~FFFFFH
• 80286：
– 24位，地址范围应该是000000H~FFFFFFH
• 80386： 32位；Pentium： 36位
2.2.1 硬件
• 结构图：
功能部件
• 存储器：计算机的记忆部件 • 中央处理机：包括运算器和控制器 • 运算器：执行算术和逻辑运算指令 • 控制器：负责全机的控制工作，如取指
令、译码、分析、取数、执行、存数 • I/O系统：I/O设备、大容量存储器 • 系统总线：数据线、地址线和控制线三
组
2.2.2 软 件
堆栈段中的某一存储单元的地址 4. SI、DI一般与DS联用：
在串处理指令中，SI和DS联用，DI和ES联用
0059 005d 0060
关于SP、BP
栈 顶 SP
12
34
低地址
56
78
BP
9A
BC
栈底
DE
F0
高地址
通用寄存器（2）
• 80386及后继机型：
➢数据寄存器： EAX、EBX、ECX、EDX，32位 可作8位寄存器用：AH，AL，DH，DL等 可作16位寄存器用：AX，BX，CX，DX
• FLAGS：程序状态字寄存器PSW。放条件码 标志、控制标志、系统标志
专用寄存器（2）
• 80386及后继机型： • EIP、ESP、EFLAGS—32位 • 与IP、SP、FLAGS—16位的作用相同
程序状态字寄存器
• 8086/8088、80286：
NT IOPL 0F DF IF TF SF ZF
• ZF：零标志。运算结果为0，置1；否则置0。
• CF：进位标志。记录从最高有效位产生的进位值。 最高有效位有进位时置1，否则置0。
• AF：辅助进位标志。记录运算时第3位产生的进位 值。如第3位有进位时置1，否则置0。
• PF：奇偶标志。当结果操作数中1的个数为偶数时置 1，否则置0。
标志符号 举例
• 段地址：指每一段的起始地址
• 第一列就是每个小段的首地址 • 在1M字节的地址空间里，共有64K个小
段首地址：
00000H 00010H
… 41230H 41240H
… FFFE0H FFFF0H
物理地址
• 存储单元的物理地址：在1M字节的存储器里， 每一个存储单元对应的一个唯一的20位地址
▪ DF位为1时，每次操作后使变址寄存器SI和 DI减量，使串处理从高地址向低地址方向处 理：
▪ 当DF位为0时，则使SI和DI增量，使串处理 从低地址向高地址方向处理：
系统标志位
• IF：中断标志。 当IF=1时，允许中断； IF=1时关闭中断 • TF：陷井标志（跟踪标志）。用于单步方 式操作 • IOPL：I/O特权级。控制对I/O地址空间访 问
高级语言的特点
1. 高级语言在计算机的抽象级上运行，处理对象 是变量、数组等各种类型的数据。
2. 高级语言编程容易，可移植性好。 3. 在计算机的抽象级上运行，直接利用硬件系统
性能差，缺乏与硬件直接发生联系的语句，影 响编程技巧的发挥。
2.3 中央处理机
2.3.1 中央处理机CPU的组成 2.3.2 8086/8088的寄存器组
几个名词
• 段：将存储器划分成段，每个段的大小可达 64K，每段内地址可以用16位表示
• 小段：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； ……
• 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
• 举例： (0004H)=1234H，而(1234H)=2FlEH， 则也可记作 ((0004H))=2F1EH
5．存储器的特性
• 它的内容取之不尽 • 存入新的信息后，原来保存的内容就自
动丢失
2.4.2 实模式存储器寻址
• 物理地址的构成：20位物理地址由16位段地址 和16位偏移地址组成
• 段地址：它必须是小段的首地址，其低4位一 定是0，这样就规定段地址只取段起始地址的 高16位值。
• 偏移地址：指段内相对于段起始地址的偏移值
物理地址的计算
16位段地址 0000
➢变址寄存器：ESP、EBP、ESI、EDI，32位 ➢每个的专用属性与8086/8088、80286的寄存
器一一对应
专用寄存器（1）
• 8086/8088、80286：
– IP、SP、FLAGS—16位
• IP：指令指针寄存器。供系统使用，存放代码 段中的偏移地址，与CS寄存器联用确定下一条 指令的物理地址，指向下一条指令的首地址
AF
PF
CF
• 条件码标志：
❖ OF、SF、ZF、CF、AF、PF
• 控制标志位：DF • 系统标志位：TF、IF、IOPL（80286）