第2章80x86计算机组织

1、第二章80 x86计算机组织，主要内容是2.180 x86微处理器2.2基于微处理器的计算机系统2.3中央处理器2.4内存2.5外部设备，2.180 x86微处理器一， 80 x86是美国英特尔的微处理器系列1969:4040芯片、4位1973:8080芯片、8位1978:8086芯片、DB16位、AB20位、29000个晶体管1979:8088芯片16位1986:80386码片，32位奔腾系列中的两个，一些名词术语(1)，时钟速度：主时钟频率， 影响计算机速度的数据总线：负责各部分间的数据传输的数据总线宽度：芯片内传输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：为了

2、决定可访问的存储器的最大范围，地址总线宽度、 10位： 210=1024设备1K20位： 220=1024*210设备=1024K，1M24位： 224=16*1M，16M30位： 230=1024M，1G32位： 232=4G，4GB 80286:250ns； 80486:25ns； 奔腾： 25ns/2； 奔腾pro:25ns/3； 奔腾ii :工作方式(1)实际模式(2)保护模式(3)虚拟模式，工作方式(1)实际模式：段寄存器保护实际的段地址，但仅限于1M的地址(2)保护模式：有更大的地址能力，有各种各样的tee 段的实际地址放在描述符表中，使用段选择器(3)虚拟模式：提供比主存储器更大

3、的空间，程序放在外部存储器中，执行时转入多个CPU，基于2.2微处理器的计算机系统，co 计算机系统包括硬件和软件两部分： 1硬件： 2软件：2.2.1硬件，计算机整体结构图：IBMPC微机的结构(续)， 功能部件存储器：计算机存储装置中央处理器：包括运算器和控制器的运算器：执行运算和逻辑运算的指令控制器：指令、解码、解析、取、执行、存储器数I/O系统： I/O设备、大容量存储器系统总线：数据线、地址线2.2.2软件计算机软件：系统软件，用户软件系统软件：用户软件：操作系统：主要部分是驻留监视程序I/O驱动程序： I/O设备的控制和管理，计算机文件管理系统：文本编辑程序： editor(edi

4、t命令)记事本，平板电脑翻译程序：分编译程序，解释程序汇编程序： Asm、Masm、TasmASM :占用较小的汇编程序，功能弱Masm 具有宏汇编能力的Masm包括windows集成实验环境、其他软件(2)、连接程序：程序、库文件、 或其他翻译的子程序连接的机器可执行程序的装载器：将程序从外部存储器发送到内存调试程序：系统中搭载的调试程序： TdebugMasmforwindows集成2.3.1中央处理单元的CPU配置2.3.28086/8088寄存器组、2.3.1中央处理单元的CPU配置、CPU配置3单元配置：算术逻辑单元ALU :执行算术运算和逻辑运算。 控制逻辑：负责控制所有机器，包括

5、取手指、翻译手指、取操作数、发出执行命令、将结果存入存储器、控制总线和I/O传输等。 寄存器：相当于运算器之一的存储单元，8086CPU构成，2.3.28086/8088的寄存器组，寄存器：可见寄存器，不可见寄存器可见寄存器：通用寄存器专用寄存器级寄存器，通用寄存器(1)，8086/8088，8088 16位用于8位寄存器： AH， AL DH、DL等索引寄存器： SP、BP、SI、DI、16位、寄存器概况、数据寄存器的用途、AX :累加器，在算术运算的主寄存器I/O时通过AX传送外部设备和信息BX :在计算存储器地址时， 总是基地址寄存器CX :计数器DX :在双字长运算时将DX和AX组合起

6、来存储1个双字长I/O时，DX存储I/O的端口地址、SP、BP、SI、DI、SP :堆叠指针的寄存器。BP :基地址指针寄存器SI :源索引寄存器DI :目的索引寄存器、索引寄存器的用途是，像数据寄存器那样，在运算中能够存储操作数的段内的地址指定时提供的偏移地址SP，BP是SP 可以确定堆栈段中某个存储器单元的地址SI、DI和DS :在串行处理指令中，SI和DS协作，DI和ES协作，8086系统的堆栈是存储器中的特殊区域在堆栈段内，“FILO”SP是指示堆栈顶部偏移地址的BP作为堆栈区域的一个基底地址而被设置在堆栈中的其他信息堆栈的底部，保存堆栈地址从高向低成长(像有底的桶一样)的断点和临时数

7、据，SP、BP， 关于堆栈的操作，推/pop桶结构SP总是指向堆栈上的(有内容)地址是用从高到低增长的字来操作的，通用寄存器(2) 808086和后继机型：数据寄存器： EAX、EBX、ECX DH、DL等用于16位寄存器： AX、BX、CX、DX索引寄存器： ESP、EBP、ESI、EDI、32位各自的专用属性与8086/80286、80286的寄存器一对一对应，专用寄存器(1)、8088 为了在系统中使用，存储代码段的偏移地址，并与CS寄存器一起确定下一指令的物理地址，并且指下一指令的起始地址FLAGS :程序状态字寄存器PSW。 条件代码标志、控制标志、系统标志、专用寄存器(2)、808

8、086及后续机型： EIP、ESP、EFLAGS32位与IP、SP、FLAGS16位的作用相同，程序状态字寄存器、8086/8088、8088 PF控制标志位： DF系统标志位： TF、IF、IOPL(80286 )、IOPL、条件代码标志、OF :溢出标志。 运算时操作数超过机器显示范围的情况称为溢出。 此时OF位置1，否则设为0。 科幻：符号标记。 记录运算结果的符号，结果为负时为1，否则为0。 ZF :零标记。 运算结果为0、1，否则为0。 CF :进位标志。 记录从最高位生成的进位值。 最高位有进位时设定为1，否则设定为0。 PS :辅助进位标志。 记录运算时第三位的进位值。 第3位有

9、进位时设为1，否则设为0。 PC :奇偶校验标志。 在结果操作数中的1的个数为偶数时，将1设置为0。 计算标志符号的例子、练习、以下各式的值，并根据计算结果分析OF、SF、ZF、AF、PF、CF的各标志位的状态。 58 h 63 h 80 h 90 hffhfeh 38 h2bb h9ch-45h FH-ffh，OFSFZFAFPFCF的结果58 h 63 h 110010 bb h80 h 90 h 1000110 hffhfeh 010101 fdh 38 H2 BH 0011063 H9 ch-45h 10 控制标志位，控制标志位： DF方向标志，串行处理命令处理DF位为1时，每次操作都

10、使索引寄存器SI和DI递减，从上位地址向下位地址处理串行处理： DF位为0时，将SI和DI设为IF=1时，允许中断IF=0时，关闭中断TF :陷阱标志(跟踪标志)。 iopl用于单步操作I/o权限级别。 控制对I/O地址空间的访问，段寄存器、8086/8088、80286个段寄存器代码段CS、数据段DS、堆栈段SS、附加段ES80386和后续段： 6个段堆栈段SS、附加段ES、FS、GS-都是16位的例子：2.4存储器2.4.1存储器单元的地址和内容2.4.2实模式存储器地址2.4.3保护模式存储器地址，2.4.1存储器单元的地址字节：每8位构成一个字节，以字节为单位存储在存储器中。 字长：

11、8086/8088、80286字长为16位，由2字节构成的80386字长为32位，由4字节构成，双字、2 .存储器地址、存储器地址是以各字节为单位分配的编号。地址是从0开始的编号，依次有每1字节唯一的地址：物理地址8086/8088:20比特，地址范围是00000HFFFFFH80286:24比特，地址范围是000000hfffffff808086:32 存储单元的内容：存储在一个存储单元中的信息(0004)=1234H字存储方式：低位字节是低位地址，高位字节是高位地址，以该低位地址为基准，相同的地址可以看作字节单位地址，也可以看作字单位地址4地址和内容，某存储单元的地址用x表示的话，x单元的

12、内容，(x)x单元中存储了y，y是地址的话，可以用(Y)=(X ) )来表示y单元的内容： (0004H)=1234H，另外，(1234H)=2FlEH 5也可以记载为内存的特性，其内容不存储新的信息，原来的保存内容就会自动丢失，2.4.2实模式内存地址、内存地址的段寄存器、内存地址的段、实模式下的最大地址能力为1mb 8086/8088 其他处理器：实模式下最大寻址能力为1MB的问题：如何为16位字长度的机器提供20位地址，即1MB的空间？ 分段，64K以下的分段。 真实模式是以8086/8088设计的。一些名词、段：将存储器划分为段，每个段的大小可以达到64K，并且每个段中的地址可以表示短

13、语：从0地址开始，每16个字节短语： 00000，000000 00010，00011，00012，0001 e，0001F； 00020，00021，00022，0002 e，0002F； 段地址：指定段的开头地址，第一列是段的开头地址在1M的地址空间中的64K个段的开头地址： 00000 h 00010 h 41230 h 41240 h fff E0 h ffff0h、物理地址、 存储器单元物理地址：与1M的存储器各存储器单元对应的唯一的20位地址物理地址的构成： 20位物理地址由16位段地址和16位偏移地址构成的段地址：这必须是短的开头地址偏移地址：相对于段内段起始地址的偏移值，物理地

14、址的计算，公式：物理地址=16d段地址偏移地址，16位段基本地址，0000，2， 2、16位偏移地址、20位物理地址、0000、2段寄存器、808680286 :代码段CS、数据段DS、堆栈段SS、附加段ES寄存器用途：将1段的开头地址代码段存储当前运行的程序代码2 )数据段存储用于存储当前运行的程序的数据3 )堆栈段定义堆栈的位置。 堆栈是一种数据结构，是一种特殊的存储区域。 特征：后进先出4 )附加段是附加数据段，是辅助数据区域。 例如，在程序中，代码段占8K(2000H )存储区域，数据段占2K(800H )存储区域，栈段仅占256字节的存储区域，分配图：段独立的情况下，8086/808

15、8， 80286段寄存器和设置偏置地址的寄存器的默认组合， 四个段寄存器8086CPU可以同时管理四个段CS:程序DS:数据ES:附加数据SS:堆栈2.4.3保护模式使用内存地址、保护模式的理由： 8086/8088机型只有1M地址空间80286机型有16M地址空间的实际模式和保护模式为每个任务提供1G(230 )字节的虚拟存储器地址空间，这是操作系统在80386机型中有4G地址空间的数据、地址都是32位，在64T(246 )字节的后继机型中有追加的虚拟存储空间的多任务处理中，有虚拟存储器特性、逻辑地址、逻辑地址(实模式):(段地址) 逻辑地址配置：在(选择器、偏移地址)选择器的段寄存器中，可以不直接显示段地址，而是通过转换求出段地址偏移地址为32位、最大长度为4G (与实际模式不同)的描述符描述段在存储器中的位置，以及控制和状态的信息描述符：由基地址、极限、访问权限和附加字段组成的基地址：段开始地址极限：段长访问权限：控制信息添加字段：表示该段的一部分属性， 2.5外部设备输入输