第二章 80x86微处理器简介

2.第二章 80x86微处理器简介

本章小结

本章需要记住的两个很重要的知识点

物理地址（PA）=段地址（DS/CS）*16+偏移地址

6种状态标志，并且会判断

2.1 Intel微处理器

80x86

• 泛指基于英特尔框架的各款x86微处理器
• 后期还有Intel Xeon(至强)、Intel Core(酷睿)
• 最大特点：保持与先前处理器的兼容

8086内部结构

功能分类：

• 运算器：负责所有的算术逻辑运算
• 控制器：负责微型系统的所有控制功能

结构分类：

• 执行单元：

  ​ 部件：指令译码部件、算术逻辑单元、通用寄存器组

  ​ 功能：负责指令译码和执行

• 总线接口单元：

  ​ 部件：指令队列缓冲器、总线控制逻辑、专用寄存器、地址产生器

​ 功能：负责CPU和外部联络

80386内部结构

CPU访存过程

访存过程：

1. CPU通过**控制总线**，发出访存信号，通知主存准备数据读写

2. CPU通过**地址总线**，发出存储单元的地址

   ​ 主存储器接收到地址后，译码，寻址正确的存储单元

3. CPU通过**控制总线**，发出读写的指令

   ​ 主存储器将准备执行读写操作

4. CPU通过**数据总线**，读出或写入的数据

2.2 寄存器组

寄存器

什么是寄存器？：寄存器是CPU内部有若干触发器和逻辑电路组成，用来暂存二进制指令，数据和地址的部件

寄存器的功能有什么？：

• 将寄存器内的数据执行算术或逻辑运算
• 寄存器内的数据可以用来指向内存的某个位置，即寻址
• 读写数据

寄存器的特点有什么？：

• 寄存器之间的数据传送速度很快
• 使用灵活（例如：暂存运算的中间数据）、控制方便（如：IP）

寄存器分类

寄存器的分类：

• 通用寄存器：传送和暂存数据；参与算术逻辑运算并保存结果

• 段寄存器：保存段地址，用于寻址时构成物理地址

• 专用寄存器：

  • ​ 指令指针寄存器：保存将要去除指令的有效地址
  • 状态标志寄存器：反应处理器的状态和运算结果的某些特征

• 控制寄存器：

• 系统地址寄存器

• 调试寄存器

• 测试寄存器

通用寄存器

通用寄存器：

• 能存储数据，参与算术逻辑运算，给出存储器单元的地址

通用寄存器之数据寄存器

数据寄存器：

• 8086CPU可以直接访问这些数据寄存器的低8位

数据寄存器命名规则：

通用寄存器之变址寄存器

变址寄存器SI DI：

• 常作为指针，存放存储单元的有效地址，也可暂存数据

特殊用法：

• SI DI中保存的地址信息会随指令的执行而改变
• SI 串操作中存放源串地址，默认**DS段**
• DI 串操作中存放目的串地址，默认**ES段**
• 注意：该特殊用法只在字符串操作中有效

通用寄存器之堆栈指针寄存器

通用寄存器例子

对低位操作，不影响高位；对高位操作，不影响低位

段寄存器

段寄存器：

• 用来存放段首地址或段选择符的16位寄存器

• 一段汇编语言程序中至少有一个逻辑段——代码段，用于存放代码

  

段寄存器之代码段

代码段：

• 存放要执行的指令序列

• 段首地址用代码段寄存器CS来保存

• 指令指针寄存器IP只是本段中的地址

  • 将要执行的下条指令的有效地址

• CPU用 CS : IP 形成存储单元的物理地址（实际地址PA）

下面插入一个很重要的知识点：

物理地址（PA）=段地址（DS/CS）*16+偏移地址

• 有效地址（EA）：有效地址EA是一16位无符号数，表示操作数所在单元到段首的距离即逻辑地址的偏移地址。

当操作数是存放在存储器中时，存储器的存储单元的物理地址有两部分组成。一部分是偏移地址；一部分是段地址。在8086/8088的各种寻址方式中，寻找存储单元所需的偏移地址可由各种成分组成，称为有效地址，用EA表示。可以通过存储器寻址方式获得有效地址.

• 有效地址可以由几部分组成：基址寄存器内容、变址寄存器内容、比例因子和位移量。

• 段地址：电脑内的存储器地址可被分为若干逻辑段。每个逻辑段的起始地址称为段地址。

可以参考这个理解一下这个公式【汇编】“物理地址=段地址*16+偏移地址”的本质含义 - 知乎 (zhihu.com)

逻辑地址：逻辑地址是用户编程时使用的地址，分为段地址和偏移地址两部分

• 一个存储单元有一个物理地址，还有多个逻辑地址

  下面这2个链接应该有所帮助

  单片机基础之汇编语言入门学习（四） 物理地址 逻辑地址 段寄存器与逻辑段

  逻辑地址（段地址，偏移地址）知识点全面回顾

  这里有一简单的练习题

  

段寄存器之数据段

数据段DS

• 用来存放程序运行时所需的数据
• 段首地址用DS来保存
• CPU利用DS（段地址）:EA（有效地址）形成存储单元的物理地址

段寄存器之堆栈段

堆栈段

段寄存器之附加段

附加段：

段寄存器之FS、GS

段寄存器之默认选择规定

专用寄存器

指令指针寄存器EIP：

• 保存将要执行指令的有效地址
• 该寄存器的内容是不允许被人更改，通过指令的执行自动改变

状态标志寄存器EFLAGS：

指令指针寄存器EIP

标志寄存器

状态标志寄存器：

状态标志

状态标志：CF(进位标志) PF(奇偶标志) AF(辅助进位标志) ZF(零标志) SF(符号标志) OF(溢出标志)

这里多说一句：溢出指的是对于8位符号数，运算结果超出了-128 ~ +127；或者对于16位符号数来说，运算结果超出了-32768 ~ +32767

零标志ZF（Zero Flag）

下面看一个例题

符号标志SF（Sign Flag）

注意：

先把十六进制转换成二进制，进行运算，如果结果超出参与运算数的位数，把最高位去掉，看最高位后面的那一位来判断

1位负，0为正

奇偶标志PF（Parity Flag）

这里一个数字代表1位（bit）

32位计算机：1字=32位=4字节，

64位计算机：1字（Word）=8字节（byte）=64位（bit）

汇编伪指令 db（字节） dw（字） dd（双字）

1dd = 2dw = 4db

一定要区分这两个概念

辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）

一定是低4位，只要低四位的任何一个位上有进位，AF就为1

进位标志CF（Carry Flag）

再次提醒：一定是最高位运算有进位，其他位没有关系，即便它后一个给最高位有一个进位，那也不是最高位自己的进位

溢出标志位OF（Overflow Flag）

溢出的判断

最高位：0 + 0 = 1 1 + 1 = 0

机器数的表示范围：

• 8位机器数：-128 ~ +127
• 16位的表达范围：-32768 ~ +32767

状态标志寄存器的例题

这里可以参考这个链接，有十六进制：十六进制相加减时，标志位怎么判断的问题_呓语dd的博客-CSDN博客_标志位怎么判断

2.3 工作模式

工作模式

实地址模式

只能访问最低端1MB字节的物理地址空间，00000H ~ FFFFFH

保护模式

虚拟8086模式

2.4 存储器组织

标准结构

基本存储单元：

• 由8个连续的位构成，用于存储一个字节的数据，，基本存储单元也被称为字节存储单元

存储器：

• 由一系列存储单元线性的构成，每一个基本存储单元有一个唯一的地址：物理地址

存储器功能：

• 存储数据和程序

• 地址总线对存储器进行寻址，数据总线对存储器内容进行读写

物理地址（实际地址）

存储器分段

每个逻辑段的容量最大可达64KB，各个逻辑段之间可以是重叠的

！！！

地址类型

物理地址、段首地址、有效地址、逻辑地址

物理地址（实际地址）和逻辑地址

下面看一道例题

默认段地址

存储器数据的存取方式

高高低低原则

• 低地址单元存放低字节数据，高地址单元存放高字节数据