1、匯編語言課件第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 “段地址16+偏移地址 =物理地址”的本質含義n2.8 段的概念n2.9 段寄存器n2.10 CS和IPn2.12 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n含14個16位寄存器，按功能可分為三類 8個通用寄存器 4個段寄存器 2個控制

2、寄存器n它們的名稱為： AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、 IP、CS、SS、DS、ES、PSW。5通用寄存器 數據寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指針寄存器（SP，BP） 變址寄存器（SI，DI）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

3、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：20000n二進制表示：0100111000100000n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

4、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。2.3 幾條匯編指令匯編指令不區分大小寫12.3 幾條

5、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 幾條匯編指令地址寄存器地址寄存器 n包括指針和變址寄存器包括指針和變址寄存器SI、DI、SP、BP四個四個16位寄存器。顧名思義，它們位寄存器。顧名思義，它們可用來存放存儲器的偏移地址。另外，可用來存放存儲器的偏移地址。另外，它們也可以作為通用寄存器用。嚴格它們也可以作為通用寄存器用。嚴格地說，用來存放存儲器偏移地址的寄地說，用來存放存儲器偏移地址的寄存器都應該叫地址寄存器，如存器都應該叫地址寄存器，如BX基址基址寄存器、寄存器、IP指令指針寄存器等。指令指針寄存器等。nSI 源變址寄存器，可用于存放源緩源變址

6、寄存器，可用于存放源緩沖區的偏移地址。沖區的偏移地址。nDI 目的變址寄存器，可用于存放目目的變址寄存器，可用于存放目的緩沖區的偏移地址。的緩沖區的偏移地址。SP 堆棧指針寄存器，用于指出堆棧區的棧頂的偏移地址。BP 基址指針寄存器，用于指出堆棧區的某個單元的偏移地址。nCS 代碼段寄存器，用于指出存放程代碼段寄存器，用于指出存放程序的代碼段的段地址。序的代碼段的段地址。nDS 數據段寄存器，用于指出存放數數據段寄存器，用于指出存放數據的數據段的段地址。據的數據段的段地址。nES 附加段寄存器，用于指出存放附附加段寄存器，用于指出存放附加數據的附加段的段地址。加數據的附加段的段地址。nSS 堆

7、棧段寄存器，用于指出堆棧區堆棧段寄存器，用于指出堆棧區的堆棧段的段地址。的堆棧段的段地址。段寄存器段寄存器 控制寄存器控制寄存器 溢出標志 方向標志 中斷標志 跟蹤標志 符號標志 零標志 輔助進位標志 奇偶標志 進位標志 IP 指令指針寄存器：用來存放代碼段中的偏移地址，指出當前正在執行指令的下一條指令所在單元的偏移地址。nFLAGS標志寄存器：其中的某位代表標志寄存器：其中的某位代表CPU的一個標的一個標志，最低位為志，最低位為D0，最高位為，最高位為D15。8086CPU的標的標志寄存器共有志寄存器共有9個標志，分別為個標志，分別為6個條件碼標志和個條件碼標志和3控制標志。其含義如下：控制

8、標志。其含義如下： n例例1 兩個二進制數相加運算，有關標志兩個二進制數相加運算，有關標志位自動發生變化。位自動發生變化。 10011010+ 01001011 11100101nCPU會自動地把標志位設為：會自動地把標志位設為：CF=0，SF=1，ZF=0，OF=0，即無進位，結，即無進位，結果為負數，結果不為果為負數，結果不為0，沒有溢出。，沒有溢出。 標志名標志值為1值為0進位標志CFCYNC符號標志SFNGPL零標志ZFZRNZ溢出標志OFOVNV輔助進位標志AFACNA奇偶標志PFPEPO方向標志DFDNUP中斷標志IFEIDI2.4 物理地址nCPU訪問內存單元時要給出內存單元的地

9、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n8086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

10、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 物理地址=段地址10H+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 “

11、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2000m到體育館，從體育館再走826m到圖書館。n第

12、一個距離2000m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

13、=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10080H，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

14、段中的內存單元。n兩點需要注意n內存單元地址小結兩點需要注意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（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

15、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2000:1F60單元中；n（b）數據存在內存的2000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。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：

16、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。本課件由匯編網（）制作提供段的類型段的類型 8086匯編語言中把邏輯段分為四種類型，匯編語言中把邏輯段分為四種類型，分別是代碼段、數據段、附加段和堆棧段。分別是代碼段、數據段、附加段和堆棧段。 各段的邏輯地址對應表：各段的邏輯地址對應表： 段名段名段寄存器段寄存器偏移地址偏移地址代碼段代碼段CSIP數據段數據段DSBX、SI、DI等地址等地址寄存器寄存器附加段附加段ESBX、SI、DI等地址等地址寄存器寄存器堆棧段堆棧段SSSP或或BP例例1段寄存器與其偏移地址如下，寫出其相應段寄存器與其偏移地址如下，

17、寫出其相應的物理地址及含義。的物理地址及含義。nCS=1896H，IP=1655H當前要執行的當前要執行的指令的指令的物理地址物理地址=18960H+1655H=19FB5H DS=2896H，EA=1655H當前要訪問的數據的物理地址=28960H+1655H=29FB5H ES=1896H，EA=2655H當前要訪問的數據的物理地址=18960H+2655H=1AFB5H SS=1896H，SP=3655H當前要訪問的堆棧的物理地址=18960H+3655H=1BFB5H例例2 段寄存器與內存的分段情況如圖。觀察各段寄存器與內存的分段情況如圖。觀察各段的大小及分布，判斷其地址范圍，標出每個

18、段的大小及分布，判斷其地址范圍，標出每個段首地址和末地址。段首地址和末地址。 n代碼段共代碼段共64KB單元，它單元，它的地址范圍應該是的地址范圍應該是210E0H310DFH。n附加段只有附加段只有2KB，地址范，地址范圍在圍在34600H34CFFH之間。之間。n數據段為數據段為16KB，其地址，其地址范圍為范圍為34D00H38CFFH。n堆棧段只有堆棧段只有512個字節單個字節單元，它的地址范圍是元，它的地址范圍是84180H8437FH。 你懂了嗎？本課件由匯編網（）制作提供因為是重點所以再重復一次：地址加法器的工作原理 可表示為： 物理地址PA = 段地址 偏移地址 = ( 段寄存

19、器 ) 16 + 偏移地址 = ( 段寄存器 ) 10H + 偏移地址即段寄存器的內容左移4位，加上偏移地址 DSESSSCSIP地地址址總總線線AB地地址址加加法法器器本課件由匯編網（）制作提供物理地址PA = 段地址 偏移地址 = ( 段寄存器 ) 10H + 偏移地址l 段寄存器有4個： DS、ES、CS、SSl 偏移地址由 IP、SP、BX、BP、SI、DI 或一個8位或16位二進制數得到。 這種存儲器管理方式叫分段編址。 DSESSSCSIP地地址址總總線線AB地地址址加加法法器器本課件由匯編網（）制作提供物理地址PA = 段地址 偏移地址 = ( 段寄存器 ) 10H + 偏移地址

20、 或段寄存器的內容左移4位，加上偏移地址 例：某內存單元的段地址由DS、偏移地址由BX給出。 若( DS) = 2000H, ( BX) = 1000H，計算其物理地址。 PA = ( DS ) 10H + ( BX ) = 2000H 10H + 1000H = 21000H 2 20 00 00 00 0H H+ + 1 10 00 00 0H H 2 21 10 00 00 0H H 0 00 01 10 0 0 00 00 00 0 0 00 00 00 0 0 00 00 00 0 0 00 00 00 0B B + + 0 00 00 01 1 0 00 00 00 0 0 00

21、00 00 0 0 00 00 00 0B B 0 00 01 10 0 0 00 00 01 1 0 00 00 00 0 0 00 00 00 0 0 00 00 00 0B B本課件由匯編網（）制作提供要點：(段地址由16位的段寄存器給出，可將段地址直接用16位表示)l 物理地址20位，段地址20位，偏移地址16位。物理地址PA = 段地址 偏移地址 = ( 段寄存器 ) 10H + 偏移地址l 由16位段寄存器決定有216 = 64 K個段值 由16位偏移地址決定每個段的大小為0 64K 每個段最大64 K，但不一定是64 K，可據需要分配。本課件由匯編網（）制作提供20 根地址線：

22、地址范圍 00000H FFFFFH （1MB）機器字長16位：僅能表示地址范圍 0000H FFFFH （64KB)小段：每16個字節為一小段，共有64K個小段 小段的首地址 00000 H 0000F H 00010 H 0001F H 00020 H 0002F H FFFF0 H FFFFF H 段起始地址：小段首地址段的大小： 64K 范圍內的任意字節本課件由匯編網（）制作提供l 用( )表示內存單元的內容：( 21000H ) = 0FH( 2000：1000H ) = 0FH( DS：BX ) = 0FHl 內存單元物理地址的幾種表示方法： PA 21000H 2000：1000H DS：BX.0FhFFh56h.21000H內存DS:BX2000:1000H本課件由匯編網（）制作提供l 每個內存單元有唯一的物理地址， 但可由不同的段地址和偏移地址構成。例 某內存操作的段值由 DS 給出，偏移值由BX給出。若 ( DS ) = 1000H ，( BX ) = 0150H， 則：PA = ( DS ) 10H + ( BX ) = 1000 H 10H + 0150H = 10150H若 ( DS ) = 1010H ，( BX ) = 0050H， 則：PA = ( DS ) 10H + ( BX ) = 1010 H 10H