1、1匯編語言與接口技術匯編語言與接口技術 主講教師主講教師張玉琢張玉琢2教學目標及要求教學目標及要求：80 x86cpu的內部結構；存儲器結構、存儲地址，存儲分段及物理地址的生成。教學重點和難點：教學重點和難點：熟練掌握80 x86/80 x88cpu各寄存器的作用存儲器分段及存儲單元物理地址的計算教學時數：教學時數：23預取緩沖存儲器指令譯碼256控制ROM控制部件地址生成(U流水線)地址生成(U流水線)整數寄存器組ALU(U流水線)ALU(U流水線)筒型移位器8KB數據Cache浮點部件控制寄存器組加法器除法器乘法器80808KB代碼Cache分支目標緩沖器預取地址指令指針轉移校驗和目標地址

2、分頁部件323232323232總線部件6464位讀總線64位數據總線36位地址總線控制TLBTLB32位地址總線2.1 Pentium2.1 Pentium微處理器的功能結構微處理器的功能結構 4 總線接口單元總線接口單元 實現微處理器與系統總線的連接，包括實現微處理器與系統總線的連接，包括6464位數據位數據線，線，3232位地址線和眾多信號線，實現微處理器與外位地址線和眾多信號線，實現微處理器與外部的信息交換。部的信息交換。分段單元和分頁單元分段單元和分頁單元 分段單元將程序提供的邏輯地址轉換為線性地址，分段單元將程序提供的邏輯地址轉換為線性地址，分頁單元將線性地址轉換為物理地址。分頁單

3、元將線性地址轉換為物理地址。U U流水線和流水線和V V流水線流水線指令指令CacheCache與數據與數據CacheCache減少指令預取和數據存取操作之間發生的沖突減少指令預取和數據存取操作之間發生的沖突 2.1.1 2.1.1 內部結構內部結構5指令預取單元、指令譯碼單元和控制指令預取單元、指令譯碼單元和控制ROMROM 指令預取單元從指令指令預取單元從指令CasheCashe中預取兩條指令；經指令中預取兩條指令；經指令譯碼單元譯碼后（若是復雜指令，轉換為一條或多條譯碼單元譯碼后（若是復雜指令，轉換為一條或多條微指令后微指令后) )，分別送到，分別送到U U和和V V流水線執行。流水線執

4、行。控制單元控制單元 控制控制U U和和V V兩條流水線、浮點處理單元的正常運行。兩條流水線、浮點處理單元的正常運行。分支轉移目標緩沖器分支轉移目標緩沖器預測分支轉移指令是否發生轉移預測分支轉移指令是否發生轉移浮點處理單元浮點處理單元 2.1.1 2.1.1 內部結構內部結構61 1、超標量流水線、超標量流水線 2.1.2 2.1.2 PetiumPetium微處理器的先進技術微處理器的先進技術超標量：配置多個執行部件和指令譯碼電路，能同時執行超標量：配置多個執行部件和指令譯碼電路，能同時執行 多條指令。多條指令。PentiumPentium由三個執行單元組織而成，一個執行浮點指由三個執行單元

5、組織而成，一個執行浮點指令，另兩個執行整型指令（令，另兩個執行整型指令（U U流水線和流水線和V V流水線流水線），），這意味著這意味著PentiumPentium同時可以執三條指令。同時可以執三條指令。PentiumPentium的的整數運算流水線含整數運算流水線含5 5個流水線級，浮點運個流水線級，浮點運算流水線含算流水線含8 8個流水線級。個流水線級。2 2、分支轉移的動態預測、分支轉移的動態預測 可加速程序的執行。可加速程序的執行。73 3、獨立的指令、獨立的指令CasheCashe和數據和數據CasheCashe 2.1.2 2.1.2 PetiumPetium微處理器的先進技術微處

6、理器的先進技術能迅速地將指令或數據的線性地址轉換為物理地址能迅速地將指令或數據的線性地址轉換為物理地址4 4、重新設計的浮點單元、重新設計的浮點單元 81. 寄存器結構寄存器結構0151631015015163178ALBLCLDLAXBXCXDXAHBHCHDHEAXEBXECXEDXIPCSDSSSESFSGSSPBPSIDIESPEBPESIEDIFLAGSCR0指令指針指令指針IP段寄存器段寄存器CS,DS,SS,ES,FS,GS通用通用寄存器寄存器EAX,EBX,ECX,EDX變址寄存器變址寄存器ESI,EDI指針寄存器指針寄存器EBP,ESP標志寄存器標志寄存器FLAGS控制寄存器

7、控制寄存器0(CR0)CR0的第的第0位叫保護允許位位叫保護允許位(PE)，PE用于對實模式和保護模式進行用于對實模式和保護模式進行切換，切換，PE置置0時選擇實模式運行時選擇實模式運行2.2 2.2 pentiumpentium 的寄存器的寄存器9l通用寄存器共通用寄存器共8 8個：個：AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DIAX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI，均，均為為1616位。位。lAX,BX,CX,DXAX,BX,CX,DX均可分成高均可分成高8 8位和低位和低8 8位，作為獨立的位，作為獨立的8 8位寄存器使用：位寄存器使用：AH,AL,BH,BL,CH,CL,D

8、H,DLAH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DLlAXAX累加器，累加器，BXBX基址寄存器基址寄存器 CX CX計數寄存器，計數寄存器，DXDX數據寄存器數據寄存器 SP SP堆棧指示器，堆棧指示器，BPBP基址指示器基址指示器 SI SI源變址寄存器，源變址寄存器，DIDI目的變址寄存器目的變址寄存器 1. 1.通用寄存器通用寄存器參與算術與邏輯運算參與算術與邏輯運算10EIP EIP 硬件電路，能自動跟蹤指令地址。硬件電路，能自動跟蹤指令地址。 在開始執行程序時在開始執行程序時, ,賦給賦給EIPEIP第一條指令的地址第一條指令的地址, ,然然后每取一條指令后每取一條指令,EIP,

9、EIP的值就自動指向下一條將要的值就自動指向下一條將要執行的指令的地址執行的指令的地址。2. 2.指令指示器指令指示器EIP(instructionEIP(instruction point) point)EIPEIP的低的低1616位是位是IPIP，可單獨使用，可單獨使用當微處理器工作在實地址方式下，當微處理器工作在實地址方式下，EIPEIP就是就是1616位的位的IPIP119 9個個標志位，其中標志位，其中6 6個狀態標志，個狀態標志，3 3個控制標志個控制標志3. 3.狀態標志寄存器狀態標志寄存器(status flags)(status flags)（p28p28圖圖1-131-13

10、）12l進位標志位進位標志位CF CF 加減運算執行后，加減運算執行后，最高位最高位有進位或借位，有進位或借位，CF=1CF=1；無進位或借位，無進位或借位，CF=0CF=0 主要用于多字節加減運算主要用于多字節加減運算l輔助進位標志位輔助進位標志位AF AF 最低最低4 4位位D3D3D0D0位位有進位或借位，有進位或借位，AF=1AF=1；無進位；無進位或借位，或借位，AF=0AF=0 用于用于BCDBCD數的算術運算數的算術運算( (調整調整) )指令指令 （1 1）狀態標志）狀態標志反映反映cpucpu執行算術或邏輯運算后的結果執行算術或邏輯運算后的結果13l溢出標志位溢出標志位OF

11、OF 運算結果超出了機器數所能表示的數的范圍運算結果超出了機器數所能表示的數的范圍OF=1OF=1；反之，；反之，OF=0OF=0 該標志表示運算結果是否產生了溢出該標志表示運算結果是否產生了溢出 l符號標志位符號標志位SF SF 結果為負數，結果為負數，SF=1SF=1；結果為正數，；結果為正數，SF=0SF=0l零標志位零標志位ZFZF 結果為結果為0 0，ZF=1ZF=1；結果不為；結果不為0 0，ZF=0 ZF=0 l奇偶標志位奇偶標志位PFPF 結果低八位中結果低八位中1 1的個數為偶數，的個數為偶數，PF=1PF=1；為奇數，；為奇數，PF=0PF=0。用于檢查數據在傳送過程中是否

12、發生錯誤。用于檢查數據在傳送過程中是否發生錯誤 14l方向標志位方向標志位DFDF 控制數據串操作指令的步進方向控制數據串操作指令的步進方向 DF=1,DF=1,地址增址地址增址;DF=0,;DF=0,地址減址地址減址l中斷允許標志位中斷允許標志位IF IF 控制控制CPUCPU是否開中斷是否開中斷. IF=1,. IF=1, CPUCPU開中斷開中斷 IF=0, IF=0, CPUCPU關中斷關中斷l追蹤標志位追蹤標志位TFTF（陷阱標志位）（陷阱標志位） TF=1 TF=1，CPUCPU單步執行程序，常用于程序的調試單步執行程序，常用于程序的調試 TF=0 TF=0，CPUCPU正常執行程

13、序正常執行程序 （2 2）控制標志）控制標志用于控制用于控制CPUCPU的操作。的操作。 15狀態標志寄存器狀態標志寄存器(status flags)(status flags) 匯編程序調試軟件匯編程序調試軟件DEBUGDEBUG中提供了測試標中提供了測試標志位的方法，標志位志位的方法，標志位0 0或或1 1是用兩個字母來是用兩個字母來表示的。表示的。標志位標志位OFDFIFSFZFAFPFCF1/0OV/NVDN/UPEI/DING/PLZR/NZAC/NAPE/POCY/NC16用來存放段地址用來存放段地址 存儲器分段管理，段的起始地址的高存儲器分段管理，段的起始地址的高1616位稱該段

14、的位稱該段的段地址段地址, ,偏離段首址的字節數為偏離段首址的字節數為偏移地址偏移地址( (1616位位).).lCS-CS-代碼段寄存器代碼段寄存器-存放代碼段的段地址存放代碼段的段地址lSS-SS-堆棧段寄存器堆棧段寄存器-存放堆棧段的段地址存放堆棧段的段地址lDS-DS-數據段寄存器數據段寄存器-存放數據段的段地址存放數據段的段地址lES-ES-附加數據段寄存器附加數據段寄存器-存放附加數據段的段存放附加數據段的段地址地址 4. 4.段寄存器段寄存器段地址和偏移地址段地址和偏移地址17l存儲器段的劃分如圖所示：存儲器段的劃分如圖所示： 8086/8088 8086/8088可尋址可尋址2

15、 22020=1M=1M字字節，分為節，分為2 21616=64K=64K個段，每個段，每一段最多可尋址一段最多可尋址2 21616=64K=64K個個單元單元存儲器的分段并不是惟一的存儲器的分段并不是惟一的每個段地址的低每個段地址的低4 4位全為位全為0 0 實地址下存儲器分段和物理地址的生成實地址下存儲器分段和物理地址的生成實地址下存儲器分段實地址下存儲器分段18l存儲單元地址的兩種表示形式存儲單元地址的兩種表示形式: : 物理地址物理地址-用用唯一唯一的的2020位二進制數表示位二進制數表示.CPU.CPU訪訪問時用物理地址問時用物理地址 邏輯地址邏輯地址-段地址段地址: :偏移地址偏移

16、地址 程序中使用邏輯地址程序中使用邏輯地址l物理地址的形成物理地址的形成：段地址左移段地址左移4 4位位( (* *10H)+1610H)+16位偏移地址位偏移地址例：例：0001H0001H：0010H0010H對應的對應的物理地址為物理地址為00010H+0010H=00020H00010H+0010H=00020H實地址下物理地址的生成實地址下物理地址的生成19主要用于存放程序和數據主要用于存放程序和數據l存儲單元存儲單元 l單元地址單元地址存儲器存儲器(memory)(memory)【補充補充】 存儲器編址存儲器編址 20 8086/8088 8086/8088系統中的存儲器是以系統中

17、的存儲器是以8 8位位( (一個字一個字節節) )為一個存儲單元編址的。每一個存儲單元用唯為一個存儲單元編址的。每一個存儲單元用唯一的一個地址碼來表示。一個字即一的一個地址碼來表示。一個字即1616位的數據占位的數據占據連續的兩個單元。這兩個單元都有各自的地址，據連續的兩個單元。這兩個單元都有各自的地址，處于低地址的字節的地址為這個處于低地址的字節的地址為這個字的地址字的地址。在存。在存儲器中，任何連續存放的兩個字節都可以稱為一儲器中，任何連續存放的兩個字節都可以稱為一個個字字。將偶數地址的字稱為。將偶數地址的字稱為規則字規則字，奇數地址的，奇數地址的字稱為字稱為非規則字非規則字。高地址的字節為高位字節，低。高地址的字節為高位字節，低地址的字節為低位字節。地址的字節為低位字節。【補充補充】 存儲器編址存儲器編址 21如：如：00000H00000H地址中存放一個字地址中存放一個字2301H2301H，則則00000H00000H單元中存放單元中存放01H01H，00001H00001H單元中存放單元中存放23H2