第2章实模式下存储器组织与寻址方式(徐建民)

1、第二章 微处理器的结构及存储器组织本章内容：实模式下存储器的组织方式;实模式下存储器的寻址方式。汇编语言程序设计第2章 微处理器的结构及存储器组织本章要求1 .了解微处理器的结构，掌握80X86处理器寄存器结构;2 .理解存储器地址和内容的概念；3 .熟悉实模式下存储器地址的组成方式；教学重点及难点：寄存器组织，存储器地址计划学时：4学时62页汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织控制流CS存储器数据流DS榆入设备程序和数据计算结果CPU总线接口部件功能：预取指令和数 指令执行部件外 部 总 线2.1微处理器的结构计算机通常由几部分组成：控制器、运算器、存储器、榆人设备和榆 出设备.

2、其中把控制器和运算器两部分集成在一个芯片上，称为微处理器, 即中央处理器CPU ( Central Processing Unit) 第3页 器组织操作，信息传递。功能:控制和执行指令组成：算术逻辑运算部件ALU、EU单元控 组成:指令队列' 指制系统、寄存器标志容声器为FLAGS.运算器榆出设备一总线接口部件(BIU)咄路ALU执行部分i控制电路MS 存器、地址加法艺12 3 4 5 6指令队列缓冲器标志寄存器执行部件(ELI) 第2章 微处理器的结构及存储器组织第一章计算机系统概论第5页H卷证和口称器第二章 微处理器的结构及存储器组织本章内容：实模式下存储器的组织方式;实模式下存储

3、器的寻址方式。汇编语言程序设计本章要求1 .了解微处理器的结构，掌握80X86处理器寄存器结构;2 .理解存储器地址和内容的概念；3 .熟悉实模式下存储器地址的组成方式；教学重点及难点：寄存器组织，存储器地址计划学时：4学时W-i '一1" 第2页汇编语言程序设计一一；一一第2章微处理器的结构及存储器组织2.1微处理器的结构计算机通常由几部分组成：控制器、运算器、存储器、榆入设备和榆 出设备.其中把控制器和运算器两部分集成在一个芯片上，称为微处理器, 即中央处理器CPU ( Central Processing Unit) 控制流CS存储器数据流DS输出设备一程序和数据计算结

4、果CPU输入设备I A 运算器-总线接口部件标志容声器为FLAGS。指令队列缓冲器外部总线功能:预取指令和数指令执行部件操作，信息传递.功能:控制和执行指令黑组成：算术逻辑运算部件ALU、EU单元控 组成:指令队列' 指制系统、寄存器标志寄存器执行部件（EU）总线接口部件（BIU）第一章计算机系统概论BIB0-地址2o6A1.UAI.U加照移位跳IJ流水然）（V流水线）指令cuuhc 8 Kli生 U流水戏至 （V流水找）偿取缰冲2叁 指令译码技刎 械 ft控：MROR164位 ttttC ,电线*2位 地球 ©战控制Pentium CPU5数据CAChCN KRILB IH

5、e-Qrder UUfer (aka. Instruction Pool. 256 entries)第一章计算机系统概论Trncn cncho l2KpopsiTruci*C«CO 8U内存控制得.L2Pentium IV CPU12 M>3OH( I PjMerrory Loada«LomJ tSAMemory Store128*3LogtcBlorv DaleOut-of-Order Execution Enginereservation station 128 entries)x«<:|PortStore PotiC<xnp4oMOpera

6、汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织2. 1. 2 80x86和Pentium微处理机的寄存器结构8086c PU寄存器结构J4 4数操士算以系址寄存的累加器.用于算术、逻辑户J在字符串操作中，SI和DI 都具有自动增量或成量的SP残棒存放当前推的偏移地址；BP用于存放堆栈卜 段中某一存储单元的偏移地址.控制寄存器段寄存器保存下一次将要取出指令的偏 变兄 移地址，IP的内容由微处理器 个有硬件自动设置，有一些指令可 SI洒 改变IP的值，如转移指令、子 DII程序调用指令等.IP指令指针寄存器FLAGS标志寄存器CS代码段段寄存器 DS数据段段通琬 ES附加段段寄存器 SS堆.栈段

7、段寄存器8086CPU的4个16位的段寄存器:CS, DS, SS, ES. 80386以后增J添了 FS和GS.段寄存器用来确卜定该段在内存中的起始地址.汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织80386及后继机型的通用寄存器16 15318 70EAX EBX ECX EDX ESP EBP ESI EDIIPFLAGSEIP EFLAGSCSDSSSESFSfiS8086 /8088 /802 86寄 存器汇编语言程序设计第2章 微处理器的结构及存储器组织16、32、64位机型的通用寄存器RAX: 64位汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织程序 状态字寄存器F LAG

8、S( PSW)PSW ( Program Status Word)为程序状态字寄存器，这是一 个16位寄存器。也称为标志寄存器.用来反映微处理器在程序运行时 的某些状态.PSW寄存器中有9个标志位，其中6个标志位(OF, SF, ZF, AF, PF, CF)作为状态标志，记载了刚刚执行完算术或逻辑运 算指令后的某些特征.另外三个标志位为DF、IF. TF作为控制标志，完全由编程者设 定，在执行某些指令时起控制作用.8086的标志寄存器D15D7DoOF DF IF TF SF ZFAFPFCF第10页汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织FLAGS标志寄存器(PSW)功能： 存放条

9、件码标志、控制标志和系统标志。8086的标志寄存器OFDFIFTFSFZFAFPFCF80286的标志寄存器NT王OFDFIFTFSFZFAFPFCF11页第2章微处理器的结构及存储器组织80386及后继机型： 有3个32位的专用寄存器，EIP、BSP和 EFLAGSo80386I I I 1 I I I t II I I I I 1 I I II I I I I 1 I I I IVM RF NT IOPL ” DF IF TF SF ZF AF PF CF80486 i i i i i ii i i i i i i ii i i i iACVM RF NT IOPL ” DF IF TF

10、SF ZF AF PF CFPentium IIIIIIIIIIIIIIIIIIII I I I IIDVIPVIFAC /M RF NT IOPL ” DF IF TF SF ZFAF PF CF31 50 29 23 27 26 2S 24 23 22 21 20 19 IS 17 16 IS 14 13 12 11 10 9 « 7 6 S 4 3 2 1 0IOPL: I/O特权级NT：嵌套任务标志RF:重新启动标志AC: 对准检查方式位ID： 标识标志VIP:虚拟中断未决标志VIF：虚拟中断标志VM:虚拟8086模式位I- I111'，"汇编语言程序设计第

11、2章微处理器的结构及存储器组织状态标志AF(Auxiliary carry Flag)辅助进位标志，记录运算时第3位(半个字节)产 生的进位值.例如，执行加法指令时第Mi有进位时正1,否则置0.该标 志与操作数长度无关.CF： (CarryFlag)进位标志，当进行算术运算时，如果最高位产生进位 (加法)或借位(或法)，则CF置 T ,否则置。.CF也可在移位 类指令中使用，用它保存从最高位(左移时)或最低位(右移时)移出的 代码(0或1)。OF (OverflowFlag)溢出标志，在运算过程中，如操作数超出了机器所 能表示的范围，则称为溢出.此时OF位直“1” ,否则直“0”.PF： (

12、Parity Flag )奇偶标志，若操作结果的低8位中含 T 的个数为 偶数时，则PF五 T ,否则PF五成 U .注意：PF只检查操作结果的 低限，与该指令操作数的长度无关.SF (Sign Flag)符号标志，记录运算结果的符号，结果为负时置“1” , 否则直“0”.ZF ( Zero Flag )零标志，运算结果为0时ZF位五“1” ,否则置“0” .-一第3 页第2章 微处理器的结构及存储器组织标志位的符号表示（DEBUG）标志名标志为1标志为00F溢出（是/否）0VNVDF方向（减量/增量）DNUPIF中断（允许/关闭）EIDISF符号（负/正）NGPLZF零（是/否）ZrNZAF

13、辅助进位（是/否）ACNZPF奇偶（偶/奇）PEP0CF进位（是/否）CYNC汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织2.2实模式下的存储器组织实模式：全称为实地址存储管理操作模式，程序与数据运行 在实际存储空间，无存储保护。实模式来源：来源于8086微处理器。实模式存储管理方式：分段方式。注意：80286Pentium尽管寻址空间比8086/8088大，但为了兼容，实模式存储空间仍为1MB,采用同样分段方式管理。W-K 一,一A- 第5 页0000H0001H0002H0003H34H0004H12H0005H0006H 1JEH1234H2FH1235H字节汇编语言程序设计第2章微

14、处理器的结构及存储器组织2.2.1存储单元的地址和内容I .存储单元的地址定义：将存储单元编号，这个编号就是存储器地址。表示：用十六进制数来表达地址。花俯咻裁把J哟个字节单元都有一个与之对应的、唯一的存储器 地址，称为疆蛇地伤H对杀俯林用播加檄植迸制），由两个字节组成 一个字（Word）。其位编号如下：15 14 13 12 11 10 98 76543210高位字节低位字节每一个字节单元都有一个与之对应的单元地址对于多字节单元（字，双字，4字等），其地址同样是采用最低 位字节地址来表示的.II 1 *第2章微处理器的结构及存储器组织2.存储单元的内容定义:存储单元中存放的信息称为该存储单元的

15、内容 表示：存储地拉上I '上0004H牛0004H字节单元存放的信息为34H, 表示：（0004H）=34H可以表示为（灯7假如X单元中存放着Y,而Y又是一个地胆 用（丫）=（内）来表示丫单元的内容。0004H字节单元的内容：（0004H） =34H0004H字单元的内容：（0004H） =1234H字单元由两个字节单元组成，其地址采用它的低地 址来表示。字存入存储器：低位字节存入低地址单元，高位字 节存入高地址单元.汇编语言程序设计第2章 微处理器的结构及存储器组织字节单元的内容。34H12H1EH2FH1234H1235H汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织假如X单元

16、中存放着Y,而Y又是一个地址，则可用(Y) = (X)来表示Y0000H0001H0002H0003H0004H0005H0006H【例】某存储器如图所示，试读出对应单元的内容.(1 )字节单元(4002H);(2)字单元(4002H);(3)双字单元(4002H);(4)读出字单元(5080H)有几种方式？【解】(1 )字节单元(4002H ) =80H;(2)字单元(4002H ) =5080H;(3)双字单元(4002H ) =10A05080H;(4)字单元(5080H ) =7459H(4002H ) ) =7459H4000H4001H4002H4003H4004H4005H400

17、6H5080H5081H字节第182. 1. 2存储器地址的分段1 .分段的原因及如何分段原因：8086/8088 CPU有20根地址总线A9A18A A。，可以访问存 储器的最大容量为：220B=1024KB=1MB.在8086CPU中所有可用来存放地址的寄存器都是1瞄的.那么在16位字长的机器里，用什么办法来提供2g地址呢？解决方法：在旧M PC机里采用了存储器地址分段的办法。把1MB的存储空间划 分成若干个段（Segment）海个段可由164KB （即65536B）个连续的 字节单元组成。每个段是一个可独立寻址的逻辑单位.在程序设计中，需要设立几个段，每个段有多少个字节以及每个段的 用途

18、完全由用户自己确定.同时每个段中存储的代码或数据，可以存放 在段内任意单元中.您”.第 20 页汇编语言程序设计 第2章 微处理器的结构及存储器组织分段的基本规则在编制程序时，要把存储器划分成段，等个嶷凝大可达64KB,这样段 内地址可以用16位表示。PC机对段的起始地址有限制，段不能起始于任意地址，而必须从任 一小段（Paragraph）的首地址开始.机器规定:从0地址开始，每16个字节为一小段.00000, 00001, 00002 0000E.OOOOF；00010, 00011, 00012,0001E, 0001F；00020, 00021, 00022 0002E,0002F；在十

19、六进制表示的地址中，最低，位为0 （即20位地址的低4位为0）.监21页汇编语言程序设计第2章微处理器的结构及存储器组织2 .段地址和偏移地址段地址：表示一个段的开始偏移地址：在段内相对于段起始地址的偏移值。如当偏移量为O 时，就在这个段的起始单元，当偏移量为OFFFFH时，就是这个段(最大) 最末一个字节单元。CPU访问主存必须传送出物理地址，而用户编程则使用逻辑地址， 每个存储单元都有两种形式的地址：物理地址(Phsysical Address) 和逻杼地址(Logical Address).每一个存储单元的物理地址是唯一的，就是这个单元的地址编码。在程序设计中，程序员使用的是逻楫地址，而不使用物理地址,这 不仅有利于程序的开发，且对存储器的动态管理也是有利的。一个逻辑 地址是由段地址和偏移地址(OFFSET)两部分组成，而且都是无符号 的16位二进制数。 -Yi « ”第 22 页汇编语言程序设计 第2章 微处理器的结构及存储器组织3 .物理地址的形成 计算公式： 物理地址=段地址x 10H+偏移地址 15016位段地址24页每个存储单元只有唯一的物理地址，但它却可以由不同 的段地址和不同的偏移地址组成。汇编语言程序设计第2章 微处理器的结构及存储器组织【例】:计算下列存储单元的物理