寄存器结构、存储器管理.ppt

两个独立的功能部件：执行部件EU、总线接口部件BIU。,22 80X86系列微处理器的功能结构,2.2.1 8086/8088及80286微处理器的功能结构1.8086/8088CPU的功能结构,基本结构寄存器通用数据寄存器,1.8086/8088CPU的功能结构,8086的寄存器结构,AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL,SP,BP,SI,DI,IP,PSW,CS,DS,SS,ES,AX,BX,CX,DX,累加器,基址,计数,数据,数据寄存器,0,15,0,7,8,15,0,15,0,15,附加数据段,堆栈段,数据段,代码段,段寄存器,指令指针,状态标志,控制寄存器,堆栈指针,基址指针,源变址,目的变址,指针寄存器,变址寄存器,通,用,寄,存,器,1、通用寄存器通用寄存器包括：数据寄存器、地址指针寄存器、变址寄存器。数据寄存器包括:AX、BX、CX、DX。地址指针寄存器包括:SP、BP。变址寄存器包括:SI、DI。2、段寄存器 段寄存器包括:CS、SS、DS、ES。3、控制寄存器 控制寄存器包括：IP、PSW。,1、通用寄存器（1）数据寄存器AX、BX、CX、DX 作为通用寄存器。用来暂存计算过程中所用到的操作数，结果或其它信息。访问形式:可以用16位的访问;或者可以用字节（8位）形式访问,它们的高8位记作:AH、BH、CH、DH。它们的低8位记作:AL、BL、CL、DL。,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 AL,20HOUT 30H,AXBXBase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,CXCount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。例：MOV CX,200HAGAIN:LOOP AGAIN；（CX)-1(CX),结果0转AGAINDXData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）。例：MUL BX;(AX)(BX)(DX)(AX)例:IN AL,DX,（2）地址指针与变址寄存器：段起始地址 SP、BP、SI、DI 四个16位寄存器。以字为单位在运算过程中存放操作数，经常用以在段内寻址时提供偏移地址。段内偏移地址段地址:只取段起始地址高16位值。偏移地址:指在段内某内存单元物理地址相对段起始地址的偏移值。,高16位值 0000B,地址指针寄存器(SP、BP)SP（stack pointer）堆栈指针寄存器 用来指示栈顶的偏移地址,必须与SS段寄存器联合使用确定实际地址。堆栈和指针如下页图所示。BP（base pointer）基址指针寄存器 可以与SS寄存器联合使用来确定堆栈段中某一存储器单元地址。,变址寄存器(SI、DI)SISource Index Register 源变址寄存器。DIDestination Index 目的变址寄存器。使用场合：常用于变址寻址。一般与DS联用，用来确定数据段中某一存储单元的地址，SI,DI具有自动增量和自动减量功能.例：MOV AX,SI,在串处理指令中，SI、DI作为隐含的源变址和目的变址寄 存器分别达到在数据段和附加段中寻址的目的。执行示意图如右图。例：MOV SI,2000HMOV DI,3000HMOV CX,100HCLD.MOVSB.,串处理指令执行示意图,2、段寄存器段寄存器:4个16位段寄存器CS、DS、SS、ES。用来识别当前可寻址的四个段，不可互换的使用。CSCode Segment Register 代码段寄存器 用来识别当前代码段（程序一般放在代码段）。DSData Segment Register数据段寄存器 用来识别当前数据段寄存器。SSStack Segment Register堆栈段寄存器，用来识别当前堆栈段。ESExtra Segment Register附加段寄存器，用来识别当前附加段。,3、控制寄存器控制寄存器：IP、PSWIPInstruction Pointer指令指针寄存器 用来存储代码段中的偏移地址;程序运行过程中IP始终指向下一次要取出的指令偏移地址。IP要与CS寄存器相配合才能形成真正的物理地址。FLAGS程序状态字寄存器，16位寄存器。由条件码标志FLAG、控制标志构成。只用了其中9位,6位条件标志,3位控制标志。,标志寄存器-分类,状态标志用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它CF ZF SF PF OF AF控制标志可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方式DF IF TF,标志寄存器FLAGS,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CF1；否则CF0,3AH+7CHB6H，没有进位：CF=0AAH+7CH（1）26H，有进位：CF=1,零标志ZF（Zero Flag）,若运算结果为0，则ZF1；否则ZF0,3AH7CHB6H，结果不是零：ZF084H7CH（1）00H，结果是零：ZF1,注意：ZF为1表示的结果是0,符号标志SF（Sign Flag）,运算结果最高位为1，则SF1；否则SF0,3AH7CHB6H，最高位D71：SF184H7CH（1）00H，最高位D70：SF0,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,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，PF1；否则PF0,3AH7CHB6H10110110B结果中有5个“1”，是奇数：PF0,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,溢出标志OF（Overflow Flag）,若算术运算的结果有溢出，则OF1；否则 OF0,3AH+7CHB6H，产生溢出：OF1AAH+7CH（1）26H，没有溢出：OF0,？,什么是溢出,处理器内部以补码表示有符号数8位表达的整数范围是：127 12816位表达的范围是：32767 32768如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出有溢出，说明有符号数的运算结果不正确,3AH7CHB6H，就是58124182，已经超出128127范围，产生溢出，故OF1；补码B6H表达真值是74，显然运算结果也不正确,B6H10110110B，最高位为1，作为有符号数是负数 对B6H求反加1等于：01001001B101001010B4AH74 所以，B6H表达有符号数的真值为74,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进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围，运算结果仍然正确溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围，运算结果已经不正确,？,溢出和进位的对比,例1：3AH7CHB6H无符号数运算：58124182范围内，无进位有符号数运算：58124182范围外，有溢出,例2：AAH7CH（1）26H无符号数运算：170124294范围外，有进位有符号数运算：8612428范围内，无溢出,溢出和进位的应用场合,处理器对两个操作数进行运算时，按照无符号数求得结果，并相应设置进位标志CF；同时，根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志OF应该利用哪个标志，则由程序员来决定。也就是说，如果将参加运算的操作数认为是无符号数，就应该关心进位；认为是有符号数，则要注意是否溢出,溢出的判断,判断运算结果是否溢出有一个简单的规则：只有当两个相同符号数相加（包括不同符号数相减），而运算结果的符号与原数据符号相反时，产生溢出；因为，此时的运算结果显然不正确其他情况下，则不会产生溢出,例1：3AH7CHB6H溢出例2：AAH7CH无溢出例3：3AH7CH无溢出例4：AAH7CH2DH溢出,辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）,3AH7CHB6H，D3有进位：AF1,运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF1；否则AF0,这个标志主要由处理器内部使用，用于十进制算术运算调整指令中，用户一般不必关心,方向标志DF（Direction Flag）,用于串操作指令中，控制地址的变化方向：设置DF0，存储器地址自动增加；设置DF1，存储器地址自动减少,CLD指令复位方向标志：DF0STD指令置位方向标志：DF1,中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）,控制可屏蔽中断是否可以被处理器响应：设置IF1，则允许中断；设置IF0，则禁止中断,CLI指令复位中断标志：IF0STI指令置位中断标志：IF1,陷阱标志TF（Trap Flag）,用于控制处理器进入单步操作方式：设置TF0，处理器正常工作；设置TF1，处理器单步执行指令,单步执行指令处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为1的内部中断这种内部中断称为单步中断所以TF也称为单步标志利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试,存贮器的物理地址以字节为最小基本存储单元的顺序编址。（220=1024K=1MB空间）从00000H到0FFFFFH个单元的20位绝对地址。,存贮器数据存储 1.字节数据8位，对应每一地址存储一个数据,2 8086/8088存储器组织及其寻址,2.字数据16位，连续2个字节数据构成一个字高8位字节对应高位地址，低8位字节对应低位地址字的地址：为低8位字节的地址规则字：偶地址字；非规则字：奇地址字,3.双字数据32位，类同字的存储,存储器地址分段：8086有20条地址总线，直接寻址能力为220=1M字节。用16进制数表示1M字节的地址范围应为00000HFFFFFH。（1）、8086内部20位物理地址形成（2）、逻辑地址与物理地址,（1）、8086内部20位物理地址形成 存储器地址分段 8086地址总线是20位的，CPU中的寄存器是16位的，20位地址无法用16位寄存器表示，必须分段。程序员在编制程序时把存储器划分成段。段内地址16位,每个段的大小最大可达64KB；实际可以根据需要来确定段大小，可以是1，100，1000，在64K范围内的任意字节数。,小段的概念从0地址开始每16字节为一小段，对于16位地址总线，段内存储器小段地址如下：如：0000H，0001H，0002H，000EH，000FH一个小段 0010H，0011H，0012H，001EH，001FH 0020H，0021H，0022H，002EH，002FH FFF0H,FFF1H,FFF2H,FFFEH,FFFFH 其中：第一列就是每个小段的首地址。,每个小段首地址特征：在16进制表示的地址中，最低位为0H（即20位地址的低4位为0000B）。在1M字节的地址空间，共有64K个小段其首地址为：0000 0H0001 0H4123 0H4124 0HFFFE 0HFFFF 0H,20位物理地址形成 物理地址：在1M字节存储器里，每个存储单元都有一个唯一的20位地址作为该存储单元的物理地址。CPU访问存储器时，必须先确定所要访问的存储单元的物理地址才能取出（或存入）该单元中的内容。20位物理地址形成：由16位段地址和16位偏移地址组成。段地址:只取段起始地址高16位值。偏移地址:指在段内某内存单元物理地址相对段起始地址的偏移值。,物理地址计算方法：即把段地址左移4位再加上偏移地址值形成物理地址，写成：物理地址=16d段地址+偏移地址。*每个存储单元只有唯一的物理地址。但可由不同的段地址和不同的偏移地址组成。,（2）、逻辑地址与物理地址 逻辑地址与物理地址概念逻辑地址与物理地址概念如下页图所示。逻辑地址：由段基址和段内偏移地址组成的地址，段基址和段内偏移地址都是16位的无符号二进制数，在程序设计时使用。物理地址：存储器的绝对地址（20位的实际地址），范围从00000HFFFFFH,是由CPU访问存储器时由地址总线发出的地址。存储器管理：将程序中逻辑地址转移为物理地址的机构。,物理地址的形成,.,20000H,25F60H,25F61H,25F62H,25F63H,2000H,段基址,段内偏移地址,5F62H,逻辑地址与物理地址,逻辑地址：2000：5F62H,逻辑地址来源,(ES)16d+(DI),DI,无,ES,目标字符串,(DS)16d+(SI),SI,CS,ES,SS,DS,源字符串,(DS)16d+EA,有效地址EA,CS,ES,SS,DS,存取变量,(SS)16d+EA,有效地址EA,CS,DS,ES,SS,BP间址,(SS)16d+(SP),SP,无,SS,堆栈操作,(CS)16d+(IP),IP,无,CS,取指令,物理地址计算,偏移地址,可替换段地址,正常使用（隐含）段基址,操作类型,取指令：自动选择代码段寄存器CS，再加上由IP决定的16位偏移量，计算得到要取的指令20位物理地址。堆栈栈顶操作：自动选择堆栈段寄存器SS，再加上由SP决定的16位偏移量，计算得到堆栈栈顶操作需要的20位物理地址。,涉及到操作数：自动选择数据段寄存器DS或附加段寄存器ES，再加上16位偏移量，计算得到操作数的20位物理地址。其中：16位偏移量:包含在：指令中的直接地址 某个16位地址寄存器的值指令中的位移量+16位地址寄存器中值等。16位偏移量关键取决于指令的寻址方式。,段寄存器和其他寄存器组合指向存储单元示意图,归纳段寄存器和其他寄存器组合指向存储单元示意图如下：,课后作业：P72 3、4、5、7,指令译码,执行指令ADD AL，100H,CS:IP=F0300HIP指下条指令,ADD指令,指令队列,