1、匯編語言第2章寄存器(CPU工作原理)匯編語言(王爽)第2章-寄存器(CPU工作原理)第2章 寄存器(CPU工作原理)n2.1 通用寄存器n2.2 字在寄存器中的存儲n2.3 幾條匯編指令n2.4 物理地址n2.5 16位結構的CPUn2.6 8086CPU給出物理地址的方法n2.7 “16+偏移地址 =物理地址”的本質含義n2.10 CSn2.12 代碼段CPU概述n一個典型的CPU由運算器、控制器、寄存器等器件組成，這些器件靠內部總線相連。n內部總線實現CPU內部各個器件之間的聯系。n外部總線實現CPU和主板上其它器件的聯系。寄存器概述n8086CPU有14個寄存器 它們的名稱為： AX、

2、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、 IP、CS、SS、DS、ES、PSW。n這些寄存器以后會陸續介紹2.1 通用寄存器n8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放兩個字節。nAX、BX、CX、DX 通常用來存放一般性數據被稱為通用寄存器。n下面以AX為例，我們看一下寄存器的邏輯結構。n一個16位寄存器可以存儲一個16位的數據。（數據的存放情況）n一個16位寄存器所能存儲的數據的最大值為多少？ 答案：216-1。2.1 通用寄存器16位數據在寄存器中的存放情況n數據：18n二進制表示：10010n在寄存器AX中的存儲：16位數據在寄存器中的存放情況n數據：202X0n二進制表示：n

3、在寄存器AX中的存儲：2.1 通用寄存器n8086上一代CPU中的寄存器都是8位的；n為保證兼容性，這四個寄存器都可以分為兩個獨立的8位寄存器使用。nAX可以分為AH和AL；nBX可以分為BH和BL；nCX可以分為CH和CL；nDX可以分為DH和DL。n8086CPU的8位寄存器存儲邏輯2.1 通用寄存器n以AX為例，8086CPU的16位寄存器分為兩個8位寄存器的情況：2.1 通用寄存器nAX的低8位（0位7位）構成了AL寄存器，高8位（8位15位）構成了AH寄存器。nAH和AL寄存器是可以獨立使用的8位寄存器。n8086CPU的8位寄存器數據存儲情況n一個8位寄存器所能存儲的數據的最大值是

4、多少？ 答案：28-1。2.1 通用寄存器2.2 字在寄存器中的存儲n一個字可以存在一個16位寄存器中，這個字的高位字節和低位字節自然就存在這個寄存器的高8位寄存器和低8位寄存器中。關于數制的討論n由于一個內存單元可以存放 8位數據，CPU中的寄存器又可存放 n 個 8位數據。也就是說，計算機中的數據大多 是由1N個8位數據構成的。n用十六進制來表示數據可以直觀的看 出這個數據是由哪些8位數據構成的。n示例2.3 幾條匯編指令匯編指令不區分大小寫2.3 幾條匯編指令nCPU執行下表中的程序段的每條指令后，對寄存器中的數據進行的改變。2.3 幾條匯編指令2.3 幾條匯編指令n這里的丟失，指的是進

5、位制不能在 8 位寄存器中保存，但是 CPU 不是并真的不丟棄 這個進位值，這個問題會在后面的課程中討論。特別提示n檢測點（Page 18）n沒有通過檢測點請不要向下學習！2.4 物理地址nCPU訪問內存單元時要給出內存單元的地址。所有的內存單元構成的存儲空間是一個一維的線性空間。每一個內存單元在這個空間中都有唯一的地址，這個唯一的地址稱為物理地址。2.5 16位結構的CPUn概括的講，16位結構描述了一個CPU具有以下幾個方面特征：n1、運算器一次最多可以處理16位的數據。n2、寄存器的最大寬度為16位。n3、寄存器和運算器之間的通路是16位的。2.6 8086CPU給出物理地址的方法n80

6、86有20位地址總線，可傳送20位地址，尋址能力為1M。n8086內部為16位結構，它只能傳送16位的地址，表現出的尋址能力卻只有64K。2.6 8086CPU給出物理地址的方法n8086CPU采用一種在內部用兩個16位地址合成的方法來形成一個20位的物理地址。n8086CPU相關部件的邏輯結構在8086CPU內部用兩個16位地址合成的方法來形成一個20位的物理地址地址加法器n地址加法器合成物理地址的方法： 物理地址=段地址16+偏移地址n例如： 8086CPU訪問地址為123C8H的內存單元 由段地址16引發的討論n觀察移位次數和各種形式數據的關系：n（1）一個數據的二進制形式左移1位，相當

7、于該數據乘以2；n（2）一個數據的二進制形式左移N位，相當于該數據乘以2的N次方；n（3）地址加法器如何完成段地址16的運算？ 以二進制形式存放的段地址左移4位。由段地址16引發的討論2.7 “段地址16+偏移地址=物理地址”的本質含義n兩個比喻說明：n說明“基礎地址+偏移地址 = 物理地址” 的思想：第一個比喻n說明“段地址16+偏移地址=物理地址”的思想：第二個比喻 8086CPU就是這樣一個只能提供兩張3位數據紙條的CPU。“基礎地址+偏移地址 = 物理地址”n比如說，學校、體育館同在一條筆直的單行路上（學校位于路的起點0米處）。n讀者在學校，要去圖書館，問我那里的地址，我可以用幾種方式

8、描述這個地址？“基礎地址+偏移地址 = 物理地址”n（1）從學校走2826m到圖書館。這2826可以認為是圖書館的物理地址。n（2）從學校走202Xm到體育館，從體育館再走826m到圖書館。n第一個距離202Xm是相對于起點的基礎地址；n第二個距離826m是將對于基礎地址的偏移地址。“段地址16+偏移地址=物理地址”n比如我們只能通過紙條來通信，讀者問我圖書館的地址，我只能將它寫在紙上告訴讀者。n顯然我必須有一張可以容納 4 位數據的紙條才能寫下2826這個數據：“段地址16+偏移地址=物理地址”n不巧的是，沒有能容納4位數據的紙條，僅有兩張可以容納3位數據的紙條。n這樣我只能以這種方式告訴讀

9、者2826這個數據：2.8 段的概念n錯誤認識：n內存被劃分成了一個一個的段，每一個段有一個段地址。n其實：n內存并沒有分段，段的劃分來自于CPU，由于8086CPU用“（段地址16）+偏移地址=物理地址”的方式給出內存單元的物理地址，使得我們可以用分段的方式來管理內存。2.8 段的概念n我們可以認為：地址10000H100FFH的內存單元組成一個段，該段的起始地址（ 基礎地址）為10000H，段地址為1000H，大小為100H。2.8 段的概念n我們也可以認為地址10000H1007FH、10080H100FFH 的內存單元組成兩個段，它們的起始地址（ 基礎地址 ）為10000H和10080

10、H，段地址為：1000H 和1008H，大小都為80H。2.8 段的概念n以后，在編程時可以根據需要，將若干地址連續的內存單元看作一個段，用段地址16定位段的起始地址（基礎地址），用偏移地址定位段中的內存單元。n兩點需要注意n內存單元地址小結n特別提示兩點需要注意n（1）段地址16 必然是 16的倍數，所以一個段的起始地址也一定是16的倍數；n（2）偏移地址為16位，16 位地址的尋址能力為 64K，所以一個段的長度最大為64K。內存單元地址小結nCPU訪問內存單元時，必須向內存提供內存單元的物理地址。n8086CPU在內部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最終的物理地址。n思考兩個問題n（

11、1）觀察下面的地址，讀者有什么發現？n結論：CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一個物理地址。內存單元地址小結內存單元地址小結n（2）如果給定一個段地址，僅通過變化偏移地址來進行尋址，最多可以定位多少內存單元？n結論：偏移地址16位，變化范圍為0FFFFH，僅用偏移地址來尋址最多可尋64K個內存單元。n比如：給定段地址1000H，用偏移地址尋址，CPU的尋址范圍為：10000H1FFFFH。內存單元地址小結n在8086PC機中，存儲單元的地址用兩個元素來描述。即段地址和偏移地址。n“數據在21F60H內存單元中。”對于8086PC機的兩種描述：n（a）數據存在內存202X:1F60單元中；

12、n（b）數據存在內存的202X段中的1F60H單元中。n可根據需要，將地址連續、起始地址為16的倍數的一組內存單元定義為一個段。特別提示n檢測點（Page 23）n沒有通過檢測點請不要向下學習！2.9 段寄存器n段寄存器就是提供段地址的。 8086CPU有4個段寄存器：CS、DS、SS、ESn當8086CPU要訪問內存時，由這4個段寄存器提供內存單元的段地址。2.10 CS和IPnCS和IP是8086CPU中最關鍵的寄存器，它們指示了CPU當前要讀取指令的地址。 CS為代碼段寄存器； IP為指令指針寄存器。8086PC讀取和執行指令相關部件n8086PC讀取和執行指令演示n8086PC工作過程

13、的簡要描述8086PC工作過程的簡要描述n（1）從CS:IP指向內存單元讀取指令，讀取的指令進入指令緩沖器；n（2）IP = IP + 所讀取指令的長度，從而指向下一條指令；n（3）執行指令。 轉到步驟 （1），重復這個過程。8086PC工作過程的簡要描述n在 8086CPU 加電啟動或復位后（ 即 CPU剛開始工作時）CS和IP被設置為CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC機剛啟動時，CPU從內存FFFF0H單元中讀取指令執行，FFFF0H單元中的指令是8086PC機開機后執行的第一條指令。2.10 CS和IPn內存中指令和數據沒有任何區別，都是二進制信息，CPU在工作的時候把

14、有的信息看作指令，有的信息看作數據。nCPU根據什么將內存中的信息看作指令？ CPU將CS:IP指向的內存單元中的內容看作指令。2.10 CS和IPn在任何時候，CPU將CS、IP中的內容當作指令的段地址和偏移地址，用它們合成指令的物理地址，到內存中讀取指令碼，執行。n如果說，內存中的一段信息曾被CPU執行過的話，那么，它所在的內存單元必然被CS:IP指向過。2.11 修改CS、IP的指令n在CPU中，程序員能夠用指令讀寫的部件只有寄存器，程序員可以通過改變寄存器中的內容實現對CPU的控制。nCPU從何處執行指令是由CS、IP中的內容決定的，程序員可以通過改變CS、IP中的內容來控制CPU執行

15、目標指令。n我們如何改變CS、IP的值呢？2.11 修改CS、IP的指令n8086CPU必須提供相應的指令n先回想我們如何修改AX中的值？nmov指令不能用于設置CS、IP的值， 8086CPU沒有提供這樣的功能。n8086CPU為CS、IP提供了另外的指令來改變它們的值：轉移指令如何修改AX中的值？nmov 指令n如：mov ax,123nmov指令可以改變8086CPU大部分寄存器的值，被稱為傳送指令。n能夠通過mov 指令改變CS、IP的值嗎？2.11 修改CS、IP的指令n同時修改CS、IP的內容：jmp 段地址：偏移地址jmp 2AE3:3jmp 3:0B16功能：用指令中給出的段地

16、址修改CS，偏移地址修改IP。2.11 修改CS、IP的指令n僅修改IP的內容：jmp 某一合法寄存器jmp ax （類似于 mov IP,ax）jmp bx功能：用寄存器中的值修改IP。n內存中存放的機器碼和對應匯編指令情況： （初始：CS=202XH，IP=0000H）n請寫出指令執行序列：問題分析問題分析結果：n（1）mov ax,6622n（2）jmp 1000:3n（3）mov ax,0000n（4）mov bx,axn（5）jmp bxn（6）mov ax,0123Hn（7）轉到第（3）步執行2.12 代碼段n對于8086PC機，在編程時，可以根據需要，將一組內存單元定義為一個段。

17、n可以將長度為 N（ N64KB ）的一組代碼，存在一組地址連續、起始地址為 16的倍數的內存單元中，這段內存是用來存放代碼的，從而定義了一個代碼段。n例如2.12 代碼段n這段長度為 10 字節的字節的指令，存在從123B0H123B9H的一組內存單元中，我們就可以認為，123B0H123B9H這段內存單元是用來存放代碼的 ，是一個代碼段 ，它的段地址為123BH，長度為10字節。2.12 代碼段n如何使得代碼段中的指令被執行呢？n將一段內存當作代碼段，僅僅是我們在編程時的一種安排，CPU 并不會由于這種安排，就自動地將我們定義得代碼段中的指令當作指令來執行。nCPU 只認被 CS:IP 指向的內存單元中的內容為指令。n所以要將CS:IP指向所定義的代碼段中的第一條指令的首地址。nCS = 123BH，IP = 0000H。節