微机原理教程2

1、第第2 2章章第第2章：微处理器指令系统章：微处理器指令系统教学重点8088/8086的寻址方式的寻址方式8088/8086的基本指令的基本指令数据传送数据传送加减运算加减运算逻辑运算、移位逻辑运算、移位控制转移、功能调用控制转移、功能调用汇编语言程序段汇编语言程序段 2.1 微处理器的内部结构微处理器的内部结构从应用角度（不是从内部工作原理）展开从应用角度（不是从内部工作原理）展开典型典型8位微处理器的基本结构位微处理器的基本结构8088/8086的功能结构的功能结构8088/8086的寄存器结构的寄存器结构8088/8086的存储器结构的存储器结构为学习指令系统打好基础为学习指令系统打好基

2、础例如：例如：关心用户关心用户“可编程可编程”寄存器，寄存器，不关心无法操纵的不关心无法操纵的“透明透明”寄存器寄存器内部数据总线内部数据总线控制总线控制总线数据总线数据总线地址总线地址总线暂存器暂存器累加器累加器ALU标志寄存器标志寄存器指指令令寄寄存存指指令令译译码码时序时序和和控制控制逻辑逻辑通通 用用寄存器组寄存器组地地 址址寄存器组寄存器组地址地址总线总线控制控制数据数据总线总线控制控制2.1.1 微处理器的基本结构微处理器的基本结构1.算术逻辑单元（运算器）算术逻辑单元（运算器）2.寄存器组寄存器组3.指令处理单元（控制器）指令处理单元（控制器）2.1.2 8088/8086的功能

3、结构的功能结构8088的内部结构从功能上分成两个单元的内部结构从功能上分成两个单元1. 总线接口单元总线接口单元BIU管理管理8088与系统总线的接口与系统总线的接口负责负责CPU对存储器和外设进行访问对存储器和外设进行访问2. 执行单元执行单元EU负责指令的译码、执行和数据的运算负责指令的译码、执行和数据的运算两个单元相互独立，分别完成各自操作，两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可以并行执行，实现指令预取（还可以并行执行，实现指令预取（指令读取指令读取和执行的流水线操作和执行的流水线操作）2.1.3 8088/8086的寄存器结构的寄存器结构8088/8086的寄存器组有的寄存器组有8个

4、通用寄存器个通用寄存器4个段寄存器个段寄存器1个标志寄存器个标志寄存器1个指令指针寄存器个指令指针寄存器它们均为它们均为1616位位! !图示图示 汇编语言程序员看到的处理器，就是寄存器汇编语言程序员看到的处理器，就是寄存器 所以，一定要熟悉这些寄存器的名称和作用所以，一定要熟悉这些寄存器的名称和作用1. 通用寄存器通用寄存器8088有有8个通用的个通用的16位寄存器位寄存器（1）数据寄存器）数据寄存器: AX BX CX DX（2）变址寄存器）变址寄存器: SI DI（3）指针寄存器）指针寄存器: BP SP4个数据寄存器还可以分成高个数据寄存器还可以分成高8位和低位和低8位两位两个独立的寄

5、存器，这样又形成个独立的寄存器，这样又形成8个通用的个通用的8位寄存器位寄存器AX： AH AL BX： BH BLCX： CH CL DX： DH DL（1）数据寄存器）数据寄存器AX称为称为累加器累加器（Accumulator）使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等息等BX称为称为基址寄存器基址寄存器（Base address Register）常用做存放存储器地址常用做存放存储器地址CX称为称为计数器计数器（Counter）作为循环和串操作等指令中的隐含计数器作为循环和串操作等指令中的隐含计数器DX称为称为数据寄存器数据寄存器

6、（Data register）常用来存放双字长数据的高常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址位，或存放外设端口地址（2）变址寄存器）变址寄存器16位变址寄存器位变址寄存器SI和和DI常用于存储器变址寻址方式时提供地址常用于存储器变址寻址方式时提供地址SI是源地址寄存器（是源地址寄存器（Source Index）DI是目的地址寄存器（是目的地址寄存器（Destination Index）在串操作类指令中，在串操作类指令中，SI、DI还有较特殊的还有较特殊的用法用法 现在不必完全理解，以后会详细展开现在不必完全理解，以后会详细展开（3）指针寄存器）指针寄存器指针寄存器用于寻址内存指针寄

7、存器用于寻址内存堆栈堆栈内的数据内的数据SPSP为堆栈指针寄存器（为堆栈指针寄存器（Stack Pointer）, ,指示指示堆栈段栈顶的位置（偏移地址）堆栈段栈顶的位置（偏移地址）BPBP为基址指针寄存器（为基址指针寄存器（Base Pointer），表示），表示数据在堆栈段中的基地址数据在堆栈段中的基地址SPSP和和BPBP寄存器与寄存器与SSSS段寄存器联合使用以确段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址定堆栈段中的存储单元地址堆栈堆栈（Stack）是主存中一个特殊的）是主存中一个特殊的区域，采用区域，采用“先进后出先进后出”或或“后进先出后进先出”存取操作方式、而不是随机存取方式。

8、存取操作方式、而不是随机存取方式。用用8088/8086形成的微机系统中，堆形成的微机系统中，堆栈区域被称为堆栈段栈区域被称为堆栈段2. 指令指针寄存器指令指针寄存器IP（Instruction Pointer）为指令指针寄存）为指令指针寄存器，指示主存储器指令的位置器，指示主存储器指令的位置随着指令的执行，随着指令的执行，IP将自动修改以指示下将自动修改以指示下一条指令所在的存储器位置一条指令所在的存储器位置IP寄存器是一个寄存器是一个专用专用寄存器寄存器IPIP寄存器与寄存器与CSCS段寄存器联合使用以确定下段寄存器联合使用以确定下一条指令的存储单元地址一条指令的存储单元地址3. 标志寄存

9、器标志寄存器标志标志（Flag）用于反映指令执行结果）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式或控制指令执行形式8088处理器的各种标志形成了一个处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器位的标志寄存器FLAGS（程序状态字（程序状态字PSW寄存器）寄存器） 程序设计需要利用标志的状态程序设计需要利用标志的状态标志寄存器标志寄存器-分类分类状态标志状态标志用来记录程序运行结果的状态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控制标志控制标志可由程序根据需要用指令设置，可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理

10、器执行指令的方式用于控制处理器执行指令的方式DF IF TFOF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0标志寄存器标志寄存器FLAGS进位标志进位标志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，进位标志置位（减法）时，进位标志置1，即，即CF1； 否则否则CF03AH + 7CHB6H，没有进位：，没有进位：CF = 0AAH + 7CH（1）26H，有进位：，有进位：CF = 1零标志零标志ZF（Zero Flag）若运算结果为若运算结果为0，则，则ZF1；否则否则ZF03AH7CHB

11、6H，结果不是零：，结果不是零：ZF084H7CH（1）00H，结果是零：，结果是零：ZF1 注意：注意：ZF为为1表示的结果是表示的结果是0符号标志符号标志SF（Sign Flag）运算结果最高位为运算结果最高位为1，则，则SF1； 否则否则SF03AH7CHB6H，最高位，最高位D71：SF184H7CH（1）00H，最高位，最高位D70：SF0 有符号数据用最高有效位表示数据的符号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所以，最高有效位就是符号标志的状态奇偶标志奇偶标志PF（Parity Flag）当运算结果最低字节中当运算结果最低字节中“1”的个数为的个数

12、为零或偶数时，零或偶数时，PF1；否则；否则PF03AH7CHB6H10110110B结果中有结果中有5个个“1”，是奇数：，是奇数：PF0 PF标志仅反映最低标志仅反映最低8位中位中“1”的个数是的个数是偶或奇，即使是进行偶或奇，即使是进行16位字操作位字操作溢出标志溢出标志OF（Overflow Flag）若算术运算的结果有溢出，则若算术运算的结果有溢出，则OF1； 否则否则 OF03AH + 7CHB6H，产生溢出：，产生溢出：OF1AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：，没有溢出：OF0什么是溢出什么是溢出处理器内部以补码表示有符号数处理器内部以补码表示有符号数8位表达的整数范围是

13、：位表达的整数范围是：127 12816位表达的范围是：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有溢出，说明有符号数的运算结果不正确3AH7CHB6H，就是，就是58124182，已经超出已经超出128127范围，产生溢出，故范围，产生溢出，故OF1；补码补码B6H表达真值是表达真值是74，显然运算结果也不正确，显然运算结果也不正确 B6H10110110B，最高位为，最高位为1，作为有符号数是负数作为有符号数是负数 对对B6H求反加求反加1等于：等于：01001001B1010010

14、10B4AH74 所以，所以，B6H表达有符号数的真值为表达有符号数的真值为74溢出和进位的区别溢出和进位的区别溢出标志溢出标志OF和进位标志和进位标志CF是两个意义是两个意义不同的标志不同的标志进位标志表示无符号数运算结果是否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超出范围，运算结果已经不正确溢出和进位的对比溢出和进位的对比例例1：3AH7CHB6H无符号数运算：无符号数运算： 58124182范围内，无进位范围内，无进位有符号数运算：有符号数运算： 581

15、24182范围外，有溢出范围外，有溢出例例2：AAH7CH（1）26H无符号数运算：无符号数运算： 170124294范围外，有进位范围外，有进位有符号数运算：有符号数运算： 8612428范围内，无溢出范围内，无溢出溢出和进位的应用场合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同时，根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志溢出标志OF应该利用哪个标志，则由程序员来决定。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

16、认为也就是说，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，则要注意是否溢出符号数，则要注意是否溢出溢出的判断溢出的判断判断运算结果是否溢出有一个简单的规则：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，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，则不会产生溢出其他情况下，则不会产生溢出例例1：3AH7CHB6H溢出溢出例例2：A

17、AH7CH无溢出无溢出例例3：3AH7CH无溢出无溢出例例4：AAH7CH2DH溢出溢出辅助进位标志辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）3AH7CHB6H，D3有进位：有进位：AF1运算时运算时D D3 3位（低半字节）有进位或位（低半字节）有进位或借位时，借位时，AFAF1 1；否则；否则AFAF0 0方向标志方向标志DF（Direction Flag）用于串操作指令中，控制地址的变化方向：用于串操作指令中，控制地址的变化方向：设置设置DF0，存储器地址自动增加；，存储器地址自动增加；设置设置DF1，存储器地址自动减少，存储器地址自动减少CLDCLD指令复位方向标志：

18、指令复位方向标志：DFDF0 0STDSTD指令置位方向标志：指令置位方向标志：DFDF1 1中断允许标志中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）控制可屏蔽中断是否可以被处理器响应：控制可屏蔽中断是否可以被处理器响应：设置设置IF1，则允许中断；，则允许中断；设置设置IF0，则禁止中断，则禁止中断CLICLI指令复位中断标志：指令复位中断标志：IFIF0 0STISTI指令置位中断标志：指令置位中断标志：IFIF1 1陷阱标志陷阱标志TF（Trap Flag）用于控制处理器进入单步操作方式：用于控制处理器进入单步操作方式：设置设置TF0，处理器正常工作；，处理器正常工作；

19、设置设置TF1，处理器，处理器单步执行指令单步执行指令单步执行指令单步执行指令处理器在每条指令执行结处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为束时，便产生一个编号为1 1的内部中断的内部中断这种内部中断称为这种内部中断称为单步中断单步中断所以所以TFTF也称为也称为单步标志单步标志n利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试n这种逐条指令调试程序的方法就是这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试单步调试2.1.4 8088/8086的存储器结构的存储器结构存储器存储器是计算机存储信息的地方。掌握数是计算机存储信息的地方。掌握数据据存储格式存储格式，以及存储器的

20、，以及存储器的分段管理分段管理对以对以后的汇编程序设计非常重要后的汇编程序设计非常重要你能区别你能区别寄存器寄存器、存储器存储器(主存主存)、外存外存(包包括硬盘、光盘、磁带等存储介质括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗？吗？答案答案寄存器、存储器和外存的区别寄存器、存储器和外存的区别寄存器寄存器是处理器（是处理器（CPU）内部）内部暂存数据暂存数据的存储单的存储单元，以名称表示，例如：元，以名称表示，例如：AX，BX.等等存储器存储器也就是平时所说的也就是平时所说的主存主存，也叫，也叫内存内存，可直，可直接与接与CPU进行数据交换。主存利用地址区别进行数据交换。主存利用地址区别外存外存主要指用来

21、长久保存数据的外部存储介质，主要指用来长久保存数据的外部存储介质，常见的有硬盘、光盘、磁带、常见的有硬盘、光盘、磁带、U盘等。外存的数据盘等。外存的数据只能通过主存间接地与只能通过主存间接地与CPU交换数据交换数据程序及其数据可以长久存放在外存，在运行需要程序及其数据可以长久存放在外存，在运行需要时才进入主存时才进入主存1. 数据的存储格式数据的存储格式计算机中信息的单位计算机中信息的单位二进制位二进制位BitBit：存储一位二进制数：存储一位二进制数：0 0或或1 1字节字节ByteByte：8 8个二进制位，个二进制位，D D7 7D D0 0字字WordWord：1616位，位，2 2个

22、字节，个字节，D D1515D D0 0双字双字DWordDWord：3232位，位，4 4个字节，个字节，D D3131D D0 0最低有效位最低有效位LSBLSB：数据的最低位，：数据的最低位，D D0 0位位最高有效位最高有效位MSBMSB：数据的最高位，对应字节、：数据的最高位，对应字节、字、双字分别指字、双字分别指D D7 7、D D1515、D D3131位位存储单元及其存储内容存储单元及其存储内容每个存储单元都有一个编号；被称每个存储单元都有一个编号；被称为为存储器地址存储器地址每个存储单元存放一个字节的内容每个存储单元存放一个字节的内容0002H0002H单元存放有一个数据单元

23、存放有一个数据34H34H表达为表达为0002H0002H34H34H多字节数据存放方式多字节数据存放方式多字节数据在存储器中占连续的多个多字节数据在存储器中占连续的多个存储单元：存储单元：存放时，低字节存入低地址，高字节存存放时，低字节存入低地址，高字节存入高地址；入高地址；表达时，用它的低地址表示多字节数据表达时，用它的低地址表示多字节数据占据的地址空间。占据的地址空间。图图2-52-5中中0002H“0002H“字字”单元的内容为：单元的内容为：0002H = 1234H0002H = 1234H0002H0002H号号“双字双字”单元的内容为：单元的内容为：0002H = 785612

24、34H0002H = 78561234H 80 x86处理器采用处理器采用“低对低、高对低对低、高对高高”的存储形式，被称为的存储形式，被称为“小端方式小端方式Little Endian”。 相 对 应 还 存 在相 对 应 还 存 在 “ 大 端 方 式大 端 方 式 B i g Endian”。数据的地址对齐数据的地址对齐同一个存储器地址可以是字节单元地址、字单元同一个存储器地址可以是字节单元地址、字单元地址、双字单元地址等等地址、双字单元地址等等字单元安排在字单元安排在偶地址偶地址（xxx0B）、双字单元安排）、双字单元安排在在模模4地址地址（xx00B）等，为）等，为“地址对齐（地址对

25、齐（Align）”（N字节数据安排的起始地址能够被字节数据安排的起始地址能够被N整除）整除）对于不对齐地址的数据，处理器访问时，需要额对于不对齐地址的数据，处理器访问时，需要额外的访问存储器时间外的访问存储器时间应该将数据的地址对齐，以取得较高的存取速度应该将数据的地址对齐，以取得较高的存取速度2. 存储器的分段管理存储器的分段管理8088CPU8088CPU有有2020条地址线条地址线最大可寻址空间为最大可寻址空间为2 220201MB1MB物理地址范围从物理地址范围从00000H00000HFFFFFHFFFFFH8 0 8 8 C P U8 0 8 8 C P U 将将 1 M B1 M

26、 B 空 间 分 成 许 多空 间 分 成 许 多 逻 辑 段逻 辑 段（SegmentSegment）每个段最大限制为每个段最大限制为64KB64KB段地址的低段地址的低4 4位为位为0000B0000B这样，一个存储单元除具有一个唯一的物这样，一个存储单元除具有一个唯一的物理地址外，还具有多个逻辑地址理地址外，还具有多个逻辑地址物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址8088CPU存储系统中，对应每个物理存存储系统中，对应每个物理存储单元都有一个唯一的储单元都有一个唯一的20位编号，就是物位编号，就是物理地址，从理地址，从00000H FFFFFH分段后在用户编程时，采用逻辑地址，分段后在用户

27、编程时，采用逻辑地址，形式为形式为段基地址段基地址 : : 段内偏移地址段内偏移地址分隔符分隔符物理地址物理地址 14700H逻辑地址逻辑地址 1460H:100H逻辑地址逻辑地址段地址段地址说明逻辑段在主存中的起始位置说明逻辑段在主存中的起始位置8088规定段地址必须是模规定段地址必须是模16地址：地址：xxxx0H省略低省略低4位位0000B，段地址就可以用，段地址就可以用16位数位数据表示，就能用据表示，就能用16位位段寄存器段寄存器表达段地址表达段地址偏移地址偏移地址说明主存单元距离段起始位置的说明主存单元距离段起始位置的偏移量偏移量每段不超过每段不超过64KB，偏移地址也可用，偏移地

28、址也可用16位位数数据表示据表示物理地址和逻辑地址的转换物理地址和逻辑地址的转换将逻辑地址中的段地址左移将逻辑地址中的段地址左移4位，加上位，加上偏移地址就得到偏移地址就得到20位物理地址位物理地址一个物理地址可以有多个逻辑地址一个物理地址可以有多个逻辑地址逻辑地址逻辑地址 1460:1001460:100、1380:F001380:F00物理地址物理地址 14700H 14700H14700H 14700H146014600 0H H 100H100H14700H14700H138013800 0H H F00HF00H14700H14700H段地址左移段地址左移4 4位位加上偏移地址加上偏

29、移地址得到物理地址得到物理地址3. 段寄存器段寄存器8088有有4个个16位段寄存器位段寄存器CS指明指明代码段代码段的起始地址的起始地址SS指明指明堆栈段堆栈段的起始地址的起始地址DS指明指明数据段数据段的起始地址的起始地址ES指明指明附加段附加段的起始地址的起始地址每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地址，每种逻辑段均有各自的用途始地址，每种逻辑段均有各自的用途代码段寄存器代码段寄存器CS（Code Segment）代码段用来存放程序的指令序列代码段用来存放程序的指令序列代码段寄存器代码段寄存器CS存放代码段的段地址存放代码段的段地址指令指针寄存器指令指针

30、寄存器IP指示下条指令的偏移地址指示下条指令的偏移地址处理器利用处理器利用CS:IP取得下一条要执行的指令取得下一条要执行的指令堆栈段寄存器堆栈段寄存器SS（Stack Segment）堆栈段确定堆栈所在的主存区域堆栈段确定堆栈所在的主存区域堆栈段寄存器堆栈段寄存器SS存放堆栈段的段地址存放堆栈段的段地址堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP指示堆栈栈顶的偏移地址指示堆栈栈顶的偏移地址处理器利用处理器利用SS:SP操作堆栈顶的数据操作堆栈顶的数据数据段寄存器数据段寄存器DS（Data Segment）数据段存放运行程序所用的数据数据段存放运行程序所用的数据数据段寄存器数据段寄存器DS存放数据段的段地

31、址存放数据段的段地址各种主存寻址方式（有效地址各种主存寻址方式（有效地址EA）得到存储器）得到存储器中操作数的偏移地址中操作数的偏移地址处理器利用处理器利用DS:EA存取数据段中的数据存取数据段中的数据附加段寄存器附加段寄存器ES（Extra Segment）附加段是附加的数据段，也保存数据：附加段是附加的数据段，也保存数据：附加段寄存器附加段寄存器ES存放附加段的段地址存放附加段的段地址各种主存寻址方式（有效地址各种主存寻址方式（有效地址EA）得到存储器）得到存储器中操作数的偏移地址中操作数的偏移地址处理器利用处理器利用ES:EA存取附加段中的数据存取附加段中的数据串操作指令将附加段作为其目

32、的操作数的串操作指令将附加段作为其目的操作数的存放区域存放区域如何分配各个逻辑段如何分配各个逻辑段程序的程序的指令指令序列必须安排在代码段序列必须安排在代码段程序使用的程序使用的堆栈堆栈一定在堆栈段一定在堆栈段程序中的程序中的数据数据默认默认是安排在数据段，是安排在数据段，也经常安排在附加段，尤其是串操作也经常安排在附加段，尤其是串操作的目的区必须是附加段的目的区必须是附加段数据的存放比较灵活，实际上可以存数据的存放比较灵活，实际上可以存放在任何一种逻辑段中放在任何一种逻辑段中段超越前缀指令段超越前缀指令没有指明时，一般的数据访问在没有指明时，一般的数据访问在DS段；段；使用使用BP访问主存，则在访问主存，则在SS段段默认的情况允许改变，需要使用段超默认的情况允许改变，需要使用段超越前缀指令；越前缀指令；8088指令系统中有指令系统中有4个：个：CS:；代码段超越，使用代码段的数据；代码段超越，使用代码段的数据S