汇编（二）

总线概述

• 每一个CPU芯片都有许多管脚，这些管脚和总线相连，CPU通过总线跟外部器件进行交互
• 总线：一根根导线的集合
• 总线的分类
  • 地址总线
  • 数据总线
  • 控制总线

微型计算机基本结构

• 举个例子
  

地址总线

• 地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力
• 8086的地址总线宽度是20，所以其寻址能力是1M（2^20）
  

数据总线

• 它的宽度决定了CPU的单次数据传送量，也就是数据传送速度
• 8086的数据总线宽度是16，所以单次最大传递2个字节
• 8088的数据总线宽度是8,8086的数据总线宽度是16，分别向内存中写入89D8H（注意：这里是16进制，后方的H是单词Hexadecimal的意思），如下

8088CPU分两次传送89D8，第一次传送D8，第二次传送89

8086CPU一次就可传送89D8

控制总线

• 它的宽度决定了CPU对其他器件的控制能力、能有多少种控制

总线练习

• 一个CPU的寻址能力为8K，那么它的地址总线的宽度为（13根）
• 8080，8088，80286，80386 的地址总线宽度分别为16根， 20根， 24根， 32根。那么它们的寻址能力分别为（64K），（1M），（16M），（4G）
• 8080， 8088， 8086， 80286， 80386 的数据总线宽度分别为8根，8根，16根，16根，32根。那么它们一次可以传输的数据为：（1B），（1B），（2B），（2B），（4B）
• 从内存中读取1024字节的数据，8086至少要读（512次），80386至少要读（256次）

内存

各类存储区的逻辑连接

各类存储区的逻辑连接 - 物理地址对应图

各类存储器的物理地址情况

内存地址空间的大小受CPU地址总线宽度的限制。8086的地址总线宽度为20，可以定位2^20个不同的内存单元（内存地址范围0x00000 ~ 0xFFFFF），所以8086可以利用的内存空间大小为1MB
0x00000 ~ 0x9FFFF：主存储器。可读可写
0xA0000 ~ 0xBFFFF：向显存中写入数据，这些数据会被显卡输出到显示器。可读可写
0xC0000 ~ 0xFFFFF：存储各种硬件/系统信息。只读

寄存器

CPU的典型构成

• 对程序员来说，CPU中最主要的部件是寄存器，可以通过改变寄存器的内容来实现对CPU的控制（程序员控制CPU，CPU控制其他硬件设备，程序员通过控制CPU进而间接地控制其他硬件设备）
• 不同型号的CPU，寄存器的个数，结构和名称是不相同的（8086是16位结构的CPU）
• 8086有14个寄存器
  • 都是16位寄存器
  • 可以存放2个字节

8086内部寄存器

通用寄存器

• AX，BX，CX，DX 这4个寄存器通常用来存放一般性的数据，称为通用寄存器（有时也有特定用途）
• 通常，CPU会先将内存中的数据存储到通用寄存器中，然后再对通用寄存器中的数据进行运算
• 假设内存中有块红色的内存空间的值是3，现在想把它的值加1，并将结果存储到蓝色内存空间

通用寄存器的作用

CPU首先会将红色内存空间的值放入到AX寄存器中：mov ax, 红色内存空间
然后让AX寄存器与1相加：add ax, 1
最后将结果赋值给蓝色内存空间：mov 蓝色内存空间, ax

• AX，BX，CX，DX 这4个通用寄存器都是16位的，如下图所示
  
• 上一代8086的寄存器都是8位的，为了保证兼容，AX，BX，CX，DX 都可以分为2个独立的8位寄存器来使用
  • H代表高位寄存器
  • L代表低位寄存器
    
    

字和字节

• 在汇编的数据存储中，有2个比较常用的单位
  • 字节：Byte，1个字节由8bit组成，可以存储在8位寄存器中
  • 字：word，一个字由2个字节组成，这2个字节分别称为字的高字节和低字节
• 比如十进制数据20000（4E20H，0100 1110 0010 0000B），高字节的值是78（十进制），低字节的值是32（十进制）
  
• 一个字可以存在1个16位寄存器中，这个字的高字节、低字节分别存储在这个寄存器的高8位寄存器、低8位寄存器中

注意

• 32位CPU，64位CPU中的32和64，指的不是地址总线的宽度，指的是数据总线的宽度。这里有一个巧合，32位的CPU数据总线和地址总线都是32根，因为32位CPU其寻址能力为4GB，只能使用4GB内存的这特殊性被广泛所知，所以容易让人误解为CPU的位数，指的就是地址总线的宽度。
• 目前市面上的CPU，地址总线的最大宽度为40根，其寻址能力为1T。所以目前，计算机能利用的最大内存为1T。
• 数据总线的宽度 == 寄存器的位数，数据总线的宽度直接影响CPU的执行效率，即数据总线的宽度直接影响CPU的吞吐量。
• Mac，iPhone 5s以上的机型，其CPU为64位的CPU，其数据总线的宽度为64，其寄存器一次能存储64位（8Byte）的数据，其数据总线一次能传输8Byte的数据。
• RAM：随机存取存储器（Random Access Memory），也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。
• ROM：只读存储器（Read-Only Memory），是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，并且资料不会因为电源关闭而消失。