第二章 IBM-PC计算机系统概述,CPU内部结构、寄存器、存储器,2.1 CPU功能结构,从存储器中取出一条指令 分析指令的操作码 从存储器中取出所需要的操作数 执行指令 将结果写入存储器 重复下一个指令周期,取指令和执行指令可同时执行，从而可以加速程序的运行速度,8086/8088CPU结构框图,8086/8088寄存器结构,寄存器：CPU内部暂存数据的部件，与ALU可保持同步，速度快，但数量有限,（1）通用寄存器,数据寄存器,1、用来保存算术运算和逻辑运算的操作数和中间结果 2、4个16位的寄存器，又可以分开作8位的寄存器使用，例AX可分为AH和AL使用 3、AX又称累加器，BX称基址寄存器，CX称计数寄存器，DX称数据寄存器,8086/8088寄存器结构,地址指针和变址寄存器,1、四个16位的寄存器，不能分开使用 2、SP称为堆栈指针，用来表示栈顶的偏移地址 3、BP称为基址指针寄存器 4、SI称为源变址寄存器，DI称为目的变址寄存器,堆栈：在计算机中用来存放数据的特殊存储区域，按“先进后出，后进先出”的原则进行数据操作,8086/8088寄存器结构,（2）段寄存器 8086/8088中，将存储空间划分为四种逻辑段，它们是： CS（代码段）：用于存放指令的空间 DS（数据段）：用于存放程序中所需操作数的空间 SS（堆栈段）：用于存放程序运行中需要保护的数据空间 ES（附加段）：用于存放操作数的存储空间,每个段的段地址则存放在相应的段寄存器中（参考2.2节）,2006.2.17,补码加减运算规则和计算机中的实现过程 以补码形式存在 符号位参加运算 最高位产生的进位可自然丢失 硬件电路简单，容易实现,8086/8088CPU的通用寄存器结构 通用寄存器AX、BX、CX、DX 地址和指针寄存器SP、BP、SI、DI 段寄存器CS、DS、SS、ES,寄存器的名字！ 寄存器的长度！,8086/8088寄存器结构,（3）指令指示器IP 1、16位的寄存器 2、指向下一条要执行的指令或下一个指令字节的地址 3、每取出一个指令字节，IP则自动加1,注意： 程序员不能直接访问IP，但可以通过指令改变IP值，从而改变程序的执行顺序,8086/8088寄存器结构,（4）程序状态字PSW 1、16位的寄存器 2、反映算术运算和逻辑运算的结果特征，及控制后续指令的运行 3、可以通过程序设置或清除PSW中的特征,CF：判断算术运算的最高位是否有（进）借位，0无，1有 PF：判断运算结果中是否有偶数个1， 0奇，1偶 AF：判断算术运算的第3位是否有（进）借位， 0无，1有 ZF：判断运算结果是否为零， 0不为零，1是零 SF：判断运算结果是否为负数， 0为正，1为负 OF：判断运算结果是否有溢出错误，0没有，1溢出,DF：用于串操作指令 IF：用于中断请求是否能被响应的判断 TF：陷阱标志，用于程序调试,2.2 8086/8088存储器组织,1、8086/8088是16位的CPU，字长为16 2、8086/8088的地址为20位，即寻址能力为1MB（220） 3、 按字节编号的计算机，既可以按字节访问，也可以按字访问,存储容量单位： 1KB=1024B，1MB=1024KB=1024 1024B 65536B=26 210B=64KB,8086/8088存储器组织,（00002H）=57H （00003H）=6AH （00005H）=91H （00006H）=2BH,（00002H）=6A57H（规则字） （00005H）=2B91H（非规则字）,字节访问：,字访问：,存储器的分段结构,1、解决用16位的机器字长，提供20位的物理地址（1MB的寻址范围）的矛盾 2、每个段的最大长度不超过64MB（216），且每个段的起始地址必须能被16整除，即20位的最低4位为0000 3、段地址*10H+偏移地址=物理地址,存储器为什么要分段？如何分段？,存储器的分段结构,几个概念： 1、物理地址：每个单元唯一确定的20位的地址，如30304 2、段地址：每个段的起始地址的高16位 3、偏移地址：要访问的存储单元与段始址的偏移距离 4、逻辑地址：16位的段地址和16位的偏移地址,多个逻辑地址可对应同一个物理地址，如：3000：0404与3040：0004都对应物理地址30404,逻辑地址的来源,Intel80x86微处理器简介,（一）80286微处理器 1、特点 16位的微处理器，与8086向上兼容 存储器可以在实地址和保护虚地址两种方式下访问 2、寄存器结构 共15个16位的寄存器，13个与8086完全相同，不同的有以下两个： （1）标志寄存器增加了3位 （2）增加了机器状态字寄存器MSW,Intel80x86微处理器简介,（一）80386微处理器 1、特点 32位的微处理器，向上兼容，寻址能力为4GB（232） 有实地址、保护虚地址和虚拟8086三种工作模式 允许多条指令重叠操作 2、寄存器结构 8个32位的通用寄存器，可进行8位、16位和32位操作 2个32位的状态寄存器 6个16位的段选择寄存器 系统地址寄存器 3个32位的控制寄存器 8个调试寄存器和2个测试寄存器,Intel80x86微处理器简介,（一）80486微处理器 1、特点 32位的微处理器，比80386的速度高23倍 浮点运算器，8KB的高速缓存（Cache） 采用RISC（简单指令系统的计算机）技术 支持多处理机系统 2、寄存器结构 与80386没有区别,习题,1、有两个16位的字节数据和1个8位和字节数据，BFD2H、92B7H和39H，分别存放在000D4H、000D7H和000D9H单元中，试画出存储示意图 2、段地址和偏移地址为2001H、0011H的存储单元的物理地址是什么？如果段地址和偏移地址为101AH、1000H和5A00H、130CH呢？ 3、如果一个程序在开始执行前，（CS）=0A7F0H，（IP）=2B40H，试问该程序的第一条指令的物理地址是多少？,物理地址=段地址*10H+偏移地址,=2001H*10H+0011H=20021H,=101AH*10H+1000H=111A0H,=5A00H*10H+130CH=5B30CH,涉及分段的其他问题 a）1M内存空间总共可以分多少个段？xxxx0h b）每个段最大可以包括多少个存储单元？ c）xxxxH:0000H是段内哪一个单元？其物理地址是多少？,