匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)(第二章)

1、1匯編語(yǔ)言與接口技術(shù)匯編語(yǔ)言與接口技術(shù) 主講教師主講教師張玉琢張玉琢2教學(xué)目標(biāo)及要求教學(xué)目標(biāo)及要求：80 x86cpu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)地址，存儲(chǔ)分段及物理地址的生成。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：熟練掌握80 x86/80 x88cpu各寄存器的作用存儲(chǔ)器分段及存儲(chǔ)單元物理地址的計(jì)算教學(xué)時(shí)數(shù)：教學(xué)時(shí)數(shù)：23預(yù)取緩沖存儲(chǔ)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(shù)寄存器組ALU(U流水線)ALU(U流水線)筒型移位器8KB數(shù)據(jù)Cache浮點(diǎn)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(biāo)緩沖器預(yù)取地址指令指針轉(zhuǎn)移校驗(yàn)和目標(biāo)地址

2、分頁(yè)部件323232323232總線部件6464位讀總線64位數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)微處理器的功能結(jié)構(gòu) 4 總線接口單元總線接口單元 實(shí)現(xiàn)微處理器與系統(tǒng)總線的連接，包括實(shí)現(xiàn)微處理器與系統(tǒng)總線的連接，包括6464位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)線，線，3232位地址線和眾多信號(hào)線，實(shí)現(xiàn)微處理器與外位地址線和眾多信號(hào)線，實(shí)現(xiàn)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(yè)單元分段單元和分頁(yè)單元 分段單元將程序提供的邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址，分段單元將程序提供的邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址，分頁(yè)單元將線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址。分頁(yè)單

3、元將線性地址轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)CacheCache減少指令預(yù)取和數(shù)據(jù)存取操作之間發(fā)生的沖突減少指令預(yù)取和數(shù)據(jù)存取操作之間發(fā)生的沖突 2.1.1 2.1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)5指令預(yù)取單元、指令譯碼單元和控制指令預(yù)取單元、指令譯碼單元和控制ROMROM 指令預(yù)取單元從指令指令預(yù)取單元從指令CasheCashe中預(yù)取兩條指令；經(jīng)指中預(yù)取兩條指令；經(jīng)指令譯碼單元譯碼后（若是復(fù)雜指令，轉(zhuǎn)換為一條或令譯碼單元譯碼后（若是復(fù)雜指令，轉(zhuǎn)換為一條或多條微指令后多條微指令后) )，分別送到，分別送到U U和和V V流水線執(zhí)行。流水線執(zhí)

4、行?？刂茊卧刂茊卧?控制控制U U和和V V兩條流水線、浮點(diǎn)處理單元的正常運(yùn)行。兩條流水線、浮點(diǎn)處理單元的正常運(yùn)行。分支轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器分支轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器預(yù)測(cè)分支轉(zhuǎn)移指令是否發(fā)生轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)分支轉(zhuǎn)移指令是否發(fā)生轉(zhuǎn)移浮點(diǎn)處理單元浮點(diǎn)處理單元 2.1.1 2.1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)61 1、超標(biāo)量流水線、超標(biāo)量流水線 2.1.2 Petium2.1.2 Petium微處理器的先進(jìn)技術(shù)微處理器的先進(jìn)技術(shù)超標(biāo)量：配置多個(gè)執(zhí)行部件和指令譯碼電路，能同時(shí)執(zhí)行超標(biāo)量：配置多個(gè)執(zhí)行部件和指令譯碼電路，能同時(shí)執(zhí)行 多條指令。多條指令。PentiumPentium由三個(gè)執(zhí)行單元組織而成，一個(gè)執(zhí)行浮點(diǎn)指由三個(gè)執(zhí)行單元

5、組織而成，一個(gè)執(zhí)行浮點(diǎn)指令，另兩個(gè)執(zhí)行整型指令（令，另兩個(gè)執(zhí)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(shí)可以執(zhí)三條指令。同時(shí)可以執(zhí)三條指令。PentiumPentium的的整數(shù)運(yùn)算流水線含整數(shù)運(yùn)算流水線含5 5個(gè)流水線級(jí)，浮點(diǎn)運(yùn)個(gè)流水線級(jí)，浮點(diǎn)運(yùn)算流水線含算流水線含8 8個(gè)流水線級(jí)。個(gè)流水線級(jí)。2 2、分支轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、分支轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè) 可加速程序的執(zhí)行。可加速程序的執(zhí)行。73 3、獨(dú)立的指令、獨(dú)立的指令CasheCashe和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)CasheCashe 2.1.2 Petium2.1.2 Petium微處理器的先進(jìn)技術(shù)微處

6、理器的先進(jìn)技術(shù)能迅速地將指令或數(shù)據(jù)的線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址能迅速地將指令或數(shù)據(jù)的線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址4 4、重新設(shè)計(jì)的浮點(diǎn)單元、重新設(shè)計(jì)的浮點(diǎn)單元 81. 寄存器結(jié)構(gòu)寄存器結(jié)構(gòu)0151631015015163178ALBLCLDLAXBXCXDXAHBHCHDHEAXEBXECXEDXIPCSDSSSESFSGSSPBPSIDIESPEBPESIEDIFLAGSCR0指令指針指令指針I(yè)P段寄存器段寄存器CS,DS,SS,ES,FS,GS通用寄存器通用寄存器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(biāo)志寄存器標(biāo)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(hù)允許位位叫保護(hù)允許位(PE)，PE用于對(duì)實(shí)模式和保護(hù)模式進(jìn)行用于對(duì)實(shí)模式和保護(hù)模式進(jìn)行切換，切換，PE置置0時(shí)選擇實(shí)模式運(yùn)行時(shí)選擇實(shí)模式運(yùn)行2.2 pentium 2.2 pentium 的寄存器的寄存器9l通用寄存器共通用寄存器共8 8個(gè)：個(gè)：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(dú)立的位，作為獨(dú)立的8 8位寄存器使用：位寄存器使用：AH,AL,BH,BL,CH,CL,

8、DH,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(jì)數(shù)寄存器，計(jì)數(shù)寄存器，DXDX數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)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(shù)與邏輯運(yùn)算參與算術(shù)與邏輯運(yùn)算10EIP EIP 硬件電路，能自動(dòng)跟蹤指令地址。硬件電路，能自動(dòng)跟蹤指令地址。 在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí), ,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(dòng)指向下一條將要的值就自動(dòng)指向下一條將要執(zhí)行的指令的地址執(zhí)行的指令的地址。2. 2.指令指示器指令指示器EIP(instruction point)EIP(instruction point)EIPEIP的低的低1616位是位是IPIP，可單獨(dú)使用，可單獨(dú)使用當(dāng)微處理器工作在實(shí)地址方式下，當(dāng)微處理器工作在實(shí)地址方式下，EIPEIP就是就是1616位的位的IPIP119 9個(gè)個(gè)標(biāo)志位，其中標(biāo)志位，其中6 6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志，個(gè)狀態(tài)標(biāo)志，3 3個(gè)控制標(biāo)志個(gè)控制標(biāo)志3. 3.狀態(tài)標(biāo)志寄存器狀態(tài)標(biāo)志寄存器(status flags)(status flags)（p28p28圖圖1-131-1

10、3）12l進(jìn)位標(biāo)志位進(jìn)位標(biāo)志位CF CF 加減運(yùn)算執(zhí)行后，加減運(yùn)算執(zhí)行后，最高位最高位有進(jìn)位或借位，有進(jìn)位或借位，CF=1CF=1；無(wú)進(jìn)位或借位，無(wú)進(jìn)位或借位，CF=0CF=0 主要用于多字節(jié)加減運(yùn)算主要用于多字節(jié)加減運(yùn)算l輔助進(jìn)位標(biāo)志位輔助進(jìn)位標(biāo)志位AF AF 最低最低4 4位位D3D3D0D0位位有進(jìn)位或借位，有進(jìn)位或借位，AF=1AF=1；無(wú)進(jìn)位；無(wú)進(jìn)位或借位，或借位，AF=0AF=0 用于用于BCDBCD數(shù)的算術(shù)運(yùn)算數(shù)的算術(shù)運(yùn)算( (調(diào)整調(diào)整) )指令指令 （1 1）狀態(tài)標(biāo)志）狀態(tài)標(biāo)志反映反映cpucpu執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算后的結(jié)果執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算后的結(jié)果13l溢出標(biāo)志位溢出標(biāo)志位OF

11、 OF 運(yùn)算結(jié)果超出了機(jī)器數(shù)所能表示的數(shù)的范圍運(yùn)算結(jié)果超出了機(jī)器數(shù)所能表示的數(shù)的范圍OF=1OF=1；反之，；反之，OF=0OF=0 該標(biāo)志表示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生了溢出該標(biāo)志表示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生了溢出 l符號(hào)標(biāo)志位符號(hào)標(biāo)志位SF SF 結(jié)果為負(fù)數(shù)，結(jié)果為負(fù)數(shù)，SF=1SF=1；結(jié)果為正數(shù)，；結(jié)果為正數(shù)，SF=0SF=0l零標(biāo)志位零標(biāo)志位ZFZF 結(jié)果為結(jié)果為0 0，ZF=1ZF=1；結(jié)果不為；結(jié)果不為0 0，ZF=0 ZF=0 l奇偶標(biāo)志位奇偶標(biāo)志位PFPF 結(jié)果低八位中結(jié)果低八位中1 1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，PF=1PF=1；為奇數(shù)，；為奇數(shù)，PF=0PF=0。用于檢查數(shù)據(jù)在傳送過(guò)程中是

12、否發(fā)生錯(cuò)誤。用于檢查數(shù)據(jù)在傳送過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤 14l方向標(biāo)志位方向標(biāo)志位DFDF 控制數(shù)據(jù)串操作指令的步進(jìn)方向控制數(shù)據(jù)串操作指令的步進(jìn)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(biāo)志位中斷允許標(biāo)志位IF IF 控制控制CPUCPU是否開(kāi)中斷是否開(kāi)中斷. IF=1,. IF=1, CPUCPU開(kāi)中斷開(kāi)中斷 IF=0, IF=0, CPUCPU關(guān)中斷關(guān)中斷l(xiāng)追蹤標(biāo)志位追蹤標(biāo)志位TFTF（陷阱標(biāo)志位）（陷阱標(biāo)志位） TF=1 TF=1，CPUCPU單步執(zhí)行程序，常用于程序的調(diào)試單步執(zhí)行程序，常用于程序的調(diào)試 TF=0 TF=0，CPUCPU正常執(zhí)行

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

14、段位稱該段的的段地址段地址, ,偏離段首址的字節(jié)數(shù)為偏離段首址的字節(jié)數(shù)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(shù)據(jù)段寄存器數(shù)據(jù)段寄存器-存放數(shù)據(jù)段的段地址存放數(shù)據(jù)段的段地址lES-ES-附加數(shù)據(jù)段寄存器附加數(shù)據(jù)段寄存器-存放附加數(shù)據(jù)段的段存放附加數(shù)據(jù)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(chǔ)器段的劃分如圖所示：存儲(chǔ)器段的劃分如圖所示： 8086/8088 8086/8088可尋址可尋址

15、2 22020=1M=1M字字節(jié)，分為節(jié)，分為2 21616=64K=64K個(gè)段，每個(gè)段，每一段最多可尋址一段最多可尋址2 21616=64K=64K個(gè)個(gè)單元單元存儲(chǔ)器的分段并不是惟一的存儲(chǔ)器的分段并不是惟一的每個(gè)段地址的低每個(gè)段地址的低4 4位全為位全為0 0 實(shí)地址下存儲(chǔ)器分段和物理地址的生成實(shí)地址下存儲(chǔ)器分段和物理地址的生成實(shí)地址下存儲(chǔ)器分段實(shí)地址下存儲(chǔ)器分段18l存儲(chǔ)單元地址的兩種表示形式存儲(chǔ)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(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示.CPU.CPU訪訪問(wèn)時(shí)用物理地址問(wèn)時(shí)用物理地址 邏輯地址邏輯地址-段地址段地址: :偏移地址偏

16、移地址 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(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的物理地址為物理地址為00010H+0010H=00020H00010H+0010H=00020H實(shí)地址下物理地址的生成實(shí)地址下物理地址的生成19主要用于存放程序和數(shù)據(jù)主要用于存放程序和數(shù)據(jù)l存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 l單元地址單元地址存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(memory)(memory)【補(bǔ)充補(bǔ)充】 存儲(chǔ)器編址存儲(chǔ)器編址 20 8086/8088 8086/8088系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器是以系統(tǒng)

17、中的存儲(chǔ)器是以8 8位位( (一個(gè)字一個(gè)字節(jié)節(jié)) )為一個(gè)存儲(chǔ)單元編址的。每一個(gè)存儲(chǔ)單元用唯為一個(gè)存儲(chǔ)單元編址的。每一個(gè)存儲(chǔ)單元用唯一的一個(gè)地址碼來(lái)表示。一個(gè)字即一的一個(gè)地址碼來(lái)表示。一個(gè)字即1616位的數(shù)據(jù)占位的數(shù)據(jù)占據(jù)連續(xù)的兩個(gè)單元。這兩個(gè)單元都有各自的地址，據(jù)連續(xù)的兩個(gè)單元。這兩個(gè)單元都有各自的地址，處于低地址的字節(jié)的地址為這個(gè)處于低地址的字節(jié)的地址為這個(gè)字的地址字的地址。在存。在存儲(chǔ)器中，任何連續(xù)存放的兩個(gè)字節(jié)都可以稱為一儲(chǔ)器中，任何連續(xù)存放的兩個(gè)字節(jié)都可以稱為一個(gè)個(gè)字字。將偶數(shù)地址的字稱為。將偶數(shù)地址的字稱為規(guī)則字規(guī)則字，奇數(shù)地址的，奇數(shù)地址的字稱為字稱為非規(guī)則字非規(guī)則字。高地址的字節(jié)為高位字節(jié)，低。高地址的字節(jié)為高位字節(jié)，低地址的字節(jié)為低位字節(jié)。地址的字節(jié)為低位字節(jié)?！狙a(bǔ)充補(bǔ)充】 存儲(chǔ)器編址存儲(chǔ)器編址 21如：如：00000H00000H地址中存放一個(gè)字地址中存放一個(gè)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