匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)

1、1匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)匯編語(yǔ)言是直接在硬件之上工作的編程語(yǔ)言，首先要了解硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，才能有效地應(yīng)用匯編語(yǔ)言對(duì)其編程，因此，本章對(duì)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題進(jìn)行部分探討，首先介紹了計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、 Intel 公司微處理器的發(fā)展、計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言以及匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹寄存器、內(nèi)存組織等匯編語(yǔ)言所涉及到的基本知識(shí)。1.1 微型計(jì)算機(jī)概述微型計(jì)算機(jī)由中央處理器（ Central Processing Unit ，CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路和總線構(gòu)成。 CPU如同微型計(jì)算機(jī)的心臟，它的性能決定了整個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。存儲(chǔ)器包括隨機(jī)存儲(chǔ)器（ Random Access Memory

2、，RAM）和只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory，ROM）。輸入輸出接口電路用來(lái)連接外部設(shè)備和微型計(jì)算機(jī)?？偩€為 CPU和其他部件之間提供數(shù)據(jù)、 地址和控制信息的傳輸通道。 如圖 1.1 所示為微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。地址總線輸入輸出 外部 存儲(chǔ)器 設(shè)備中央處理器 接口電路CPU數(shù) 據(jù) 總 線控 制 總 線圖 1.1 微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)特別要提到的是微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，它使系統(tǒng)中各功能部件之間的相互關(guān)系變?yōu)楦鱾€(gè)部件面向總線的單一關(guān)系。 一個(gè)部件只要符合總線結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)， 就可以連接到采用這種總線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，使系統(tǒng)功能得到擴(kuò)展。數(shù)據(jù)總線用來(lái)在 CPU與內(nèi)存或其他部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。它是雙

3、向的，數(shù)據(jù)總線的位寬決定了 CPU和外界的數(shù)據(jù)傳送速度， 8 位數(shù)據(jù)總線一次可傳送一個(gè) 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)（即一個(gè)字節(jié)），16 位數(shù)據(jù)總線一次可傳送兩個(gè)字節(jié)。在微型計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)的含義是廣義的，數(shù)據(jù)總線上傳送的不一定是真正的數(shù)據(jù)，而可能是指令代碼、狀態(tài)量或控制量。地址總線專門用來(lái)傳送地址信息，它是單向的，地址總線的位數(shù)決定了 CPU可以直接尋址的內(nèi)存范圍。如 CPU的地址總線的寬度為 N，則 CPU最多可以尋找 2N個(gè)內(nèi)存單元。12控制總線用來(lái)傳輸控制信號(hào)，其中包括 CPU送往存儲(chǔ)器和輸入輸出接口電路的控制信號(hào)，如讀信號(hào)、寫信號(hào)和中斷響應(yīng)信號(hào)等；也包括其他部件送到 CPU的信號(hào)，如時(shí)鐘信號(hào)、中斷請(qǐng)

4、求信號(hào)和準(zhǔn)備就緒信號(hào)等。1.2 Intel 公司微處理器簡(jiǎn)介自20 世紀(jì) 70 年代開始出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)以來(lái)， CPU經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。1971 年，Intel設(shè)計(jì)成功了第一片 4 位微處理器 Intel 4004 ；隨之又設(shè)計(jì)生產(chǎn)了 8 位微處理器 8008；1973年推出了 8080；1974 年基于 8080的個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer，PC）問(wèn)世，Microsoft 公司的創(chuàng)始人 Bill Gates 為PC開發(fā)了 BASIC語(yǔ)言解釋程序； 1977 年 Intel推出了 8085。自此之后， Intel 又陸續(xù)推出了 8086、80386、Pentium 等 80

5、x86 系列微處理器。各種微處理器的主要區(qū)別在于處理速度、寄存器位數(shù)、數(shù)據(jù)總線寬度和地址總線寬度。 下面簡(jiǎn)要介紹不同時(shí)期 Intel 公司制造的幾種主要型號(hào)的微處理器， 這些微處理器都曾經(jīng)或正在廣為流行。180x86 系列微處理器1）8088 微處理器具有多個(gè) 16 位的寄存器、 8 位數(shù)據(jù)總線和 20 位地址總線，可以尋址 1MB的內(nèi)存。雖然這些寄存器一次可以處理 2 個(gè)字節(jié)， 但數(shù)據(jù)總線一次只能傳送 1 個(gè)字節(jié)。 該處理器只能工作在實(shí)模式。2）8086 微處理器指令系統(tǒng)與 8088 完全相同，具有多個(gè) 16 位的寄存器、 16 位數(shù)據(jù)總線和 20 位地址總線，可以尋址 1MB的內(nèi)存，一次可

6、以傳送 2 個(gè)字節(jié)。該處理器只能工作在實(shí)模式。3）80286微處理器比 8086運(yùn)行更快，具有多個(gè) 16 位的寄存器、 16 位數(shù)據(jù)總線和 24 位地址總線，可以尋址 16MB內(nèi)存。它既可以工作在實(shí)模式，也可以工作在保護(hù)模式。4）80386微處理器具有多個(gè) 32 位的寄存器、 32位數(shù)據(jù)總線和 32 位地址總線，可以尋址 4GB內(nèi)存。它提供了較高的時(shí)鐘速度，增加了存儲(chǔ)器管理和相應(yīng)的硬件電路，減少了軟件開銷，提高了效率。它既可以工作在實(shí)模式，也可以工作在保護(hù)模式。5）80486微處理器具有多個(gè) 32 位的寄存器、 32位數(shù)據(jù)總線和 32 位地址總線。 它比 80386 增加了數(shù)字協(xié)處理器和 8K

7、B的高速緩存，提高了處理速度。它既可以工作在實(shí)模式，也可以工作在保護(hù)模式。6）Pentium（奔騰）具有多個(gè) 32 位的寄存器、 64位數(shù)據(jù)總線和 36 位地址總線。 因?yàn)樗捎昧顺瑯?biāo)量體23系結(jié)構(gòu)，所以每個(gè)時(shí)鐘周期允許同時(shí)執(zhí)行兩條指令，處理速度得到了進(jìn)一步提高，性能比 80486優(yōu)越得多。它既可以工作在實(shí)模式，也可以工作在保護(hù)模式。以上介紹了 Intel80x86 系列的一些主要微處理器，表 1.1 給出了該系列部分微處理器的數(shù)據(jù)總線和地址總線寬度。 實(shí)際上 80x86 系列的功能還在不斷改進(jìn)和增強(qiáng)， 它們的速度將會(huì)更快，性能將會(huì)更優(yōu)越。但無(wú)論怎樣變化，它們總會(huì)被設(shè)計(jì)成是完全向下兼容的，就像

8、在 8086 上設(shè)計(jì)和運(yùn)行的軟件可以不加任何改變地在 Pentium 4 機(jī)上運(yùn)行一樣。對(duì)于匯編語(yǔ)言編程人員來(lái)講，掌握 16 位計(jì)算機(jī)的編程十分重要，它是學(xué)習(xí)高檔計(jì)算機(jī)及保護(hù)模式編程的基礎(chǔ)，也是掌握實(shí)模式程序設(shè)計(jì)的唯一方法。2CPU的主要性能指標(biāo)1）機(jī)器字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)和 CPU內(nèi)部寄存器、運(yùn)算器、內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的位寬相一致。如 8086CPU，它的內(nèi)部寄存器是 16 位的、運(yùn)算器能完成兩個(gè) 16 位二進(jìn)制數(shù)的并行運(yùn)算、 數(shù)據(jù)總線的位寬為 16位，則它的機(jī)器字長(zhǎng)為 16 位，也稱其為 16 位計(jì)算機(jī)。通常，機(jī)器字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力越強(qiáng)，其運(yùn)算精度也越高。2）速度CPU的速度是指單位時(shí)間內(nèi)能夠執(zhí)

9、行指令的條數(shù)。速度的計(jì)算單位不一，若以單字長(zhǎng)定點(diǎn)指令的平均執(zhí)行時(shí)間計(jì)算，用每秒百萬(wàn)條指令（ Million Istructions PerSecond，MIPS）作為單位；若以單字長(zhǎng)浮點(diǎn)指令的平均執(zhí)行時(shí)間計(jì)算，則用每秒百萬(wàn)條浮點(diǎn)運(yùn)算指令（ Million Floating-point Operations Per Second ，MFLOP）S表示?，F(xiàn)在，采用計(jì)算機(jī)中各種指令的平均執(zhí)行時(shí)間和相應(yīng)的指令運(yùn)行權(quán)重的加權(quán)平均法求出等效速度作為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度。3）主頻主頻又稱為主時(shí)鐘頻率，是指 CPU在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖數(shù)，以 MHz/s（兆赫茲每秒）為單位。由于計(jì)算機(jī)中的一切操作都是在時(shí)鐘控制

10、下完成的，因此，對(duì)于機(jī)器結(jié)構(gòu)相同或相近的計(jì)算機(jī)， CPU的時(shí)鐘頻率越高，運(yùn)算速度越快。表 1.1 Inte l80x86 系列微處理器總線寬度CPU 數(shù)據(jù)總線寬度 地址總線寬度 CPU 數(shù)據(jù)總線寬地址總線寬度 度8086 16 20 Pentium 64 368088 8 20 Pentium 64 3680286 16 24 Pentium 64 3680386SX 16 24 Pentium 4 64 3680386DX 32 32 Itanium 64 4480486 32 32341.2 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言特點(diǎn)1.3.1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言概述計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展經(jīng)歷了由機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言到高級(jí)

11、語(yǔ)言這樣一個(gè)由低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程。1機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)唯一能直接識(shí)別和執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。由于計(jì)算機(jī)硬件本身只能識(shí)別二進(jìn)制代碼，在計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期， 人們使用二進(jìn)制代碼構(gòu)成機(jī)器指令來(lái)編寫程序，這種二進(jìn)制編碼的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言就是機(jī)器語(yǔ)言。 機(jī)器語(yǔ)言描述的程序稱為目標(biāo)程序， 只有目標(biāo)程序才能被 CPU直接執(zhí)行。指令用于指出計(jì)算機(jī)所進(jìn)行的操作和操作對(duì)象的代碼，一條指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。 其中，操作碼指出計(jì)算機(jī)所進(jìn)行的具體操作，如加法、減法等；操作數(shù)說(shuō)明操作的對(duì)象。操作碼比較簡(jiǎn)單，只需對(duì)每一種操作指定確定的二進(jìn)制代碼就可以了；操作數(shù)比較復(fù)雜，首先它可以有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)，分別稱為單操作

12、數(shù)、雙操作數(shù)或三操作數(shù)，其次，操作數(shù)可能存放在不同的地方，既可以存放在寄存器中，也可以存放在存儲(chǔ)器中，甚至直接存放在指令中，通常要用尋址方式來(lái)說(shuō)明。一臺(tái)計(jì)算機(jī)全部指令的集合構(gòu)成該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)基本功能的體現(xiàn)，不同的機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼序列各不相同。機(jī)器語(yǔ)言是面向機(jī)器的，不同機(jī)器之間的語(yǔ)言是不通用的，這也是機(jī)器語(yǔ)言是“低級(jí)”語(yǔ)言的含義所在。用二進(jìn)制代碼編寫程序相當(dāng)麻煩，寫出的程序也難以閱讀和調(diào)試。2匯編語(yǔ)言早期的程序員們很快就發(fā)現(xiàn)了使用機(jī)器語(yǔ)言帶來(lái)的麻煩，它是如此難于辨別和記憶，給整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了障礙，于是產(chǎn)生了匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言是一種采用指令助記符、符號(hào)地址、標(biāo)號(hào)等

13、符號(hào)書寫程序的語(yǔ)言，它便于人們書寫、閱讀和檢查。匯編語(yǔ)言指令與計(jì)算機(jī)指令基本上是一一對(duì)應(yīng)的， 匯編語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)有著密不可分的關(guān)系， 處理器不同，匯編語(yǔ)言就不同，因此它是一種低級(jí)語(yǔ)言，同時(shí)它也是唯一能夠充分利用計(jì)算機(jī)硬件特性并直接控制硬件設(shè)備的語(yǔ)言。 利用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)硬件和軟件的結(jié)合。用匯編語(yǔ)言編寫的程序稱為匯編源程序（或稱匯編語(yǔ)言程序） ，計(jì)算機(jī)不能直接識(shí)別，必須將其翻譯成由計(jì)算機(jī)指令組成的程序后， CPU才能執(zhí)行， 這一過(guò)程稱為 “匯編”。用于將匯編源程序翻譯成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的程序稱為匯編程序， 這種由源程序經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)翻譯轉(zhuǎn)換成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言程序也稱為目標(biāo)程序。 目標(biāo)程序還不能

14、直接交給 CPU執(zhí)行，它還需要通過(guò)連接程序裝配成可執(zhí)行程序才能被執(zhí)行。 連接程序具有將多個(gè)目標(biāo)程序裝配在一起的功能，它也可以將目標(biāo)程序與預(yù)先編寫好的一些放在子程序庫(kù)中的子程序連接在45一起，構(gòu)成較大的可執(zhí)行程序。它們之間的關(guān)系如圖 1.2 所示。圖 1.2 匯編程序與目標(biāo)程序、可執(zhí)行程序之間的關(guān)系3高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言是一種與具體的計(jì)算機(jī)硬件無(wú)關(guān)，獨(dú)立于計(jì)算機(jī)類型的通用語(yǔ)言，比較接近人類自然語(yǔ)言的語(yǔ)法， 用高級(jí)語(yǔ)言編程不必了解和熟悉計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)， 更容易掌握和使用。高級(jí)語(yǔ)言采用接近自然語(yǔ)言的詞匯，其程序的通用性強(qiáng)，易學(xué)易用，這些語(yǔ)言面向求解問(wèn)題的過(guò)程， 不依賴具體計(jì)算機(jī)。 高級(jí)語(yǔ)言也要翻譯成機(jī)

15、器語(yǔ)言才能在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。其翻譯有兩種方式，一種是把高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，然后經(jīng)過(guò)連接程序連接成可執(zhí)行文件，再在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，這種翻譯方式稱為編譯方式，大多數(shù)高級(jí)語(yǔ)言如 PASCAL語(yǔ)言、C 語(yǔ)言等都是采用這種方式；另一種是直接把高級(jí)語(yǔ)言程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，一邊解釋一邊執(zhí)行，這種翻譯方式稱為解釋方式，如 BASIC語(yǔ)言就采用這種方式。高級(jí)語(yǔ)言源程序是在未考慮計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)情況下編寫的，經(jīng)過(guò)翻譯后的目標(biāo)程序往往不夠精練， 過(guò)于冗長(zhǎng)， 加大了目標(biāo)程序的長(zhǎng)度， 占用較大存儲(chǔ)空間， 執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)。1.3.2 匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)匯編語(yǔ)言使用助記符和符號(hào)地址，所以它要比機(jī)器語(yǔ)言易于掌握，與高級(jí)語(yǔ)言相

16、比較，匯編語(yǔ)言有以下特點(diǎn)。1）匯編語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)關(guān)系密切匯編語(yǔ)言中的指令是機(jī)器指令的符號(hào)表示，與機(jī)器指令是一一對(duì)應(yīng)的，因此它與計(jì)算機(jī)有著密切的關(guān)系， 不同類型的 CPU有不同的匯編語(yǔ)言， 也就有各種不同的匯編程序。匯編語(yǔ)言源程序與高級(jí)語(yǔ)言源程序相比，其通用性和可移植性要差得多。2）匯編語(yǔ)言程序效率高由于構(gòu)成匯編語(yǔ)言主體的指令是用機(jī)器指令的符號(hào)表示的，每一條指令都對(duì)應(yīng)一條機(jī)器指令， 且匯編語(yǔ)言程序能直接利用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的許多特性， 如它允許程序員利用寄存器、標(biāo)志位等編程。用匯編語(yǔ)言編寫的源程序在編譯后得到的目標(biāo)程序效率高，主要體現(xiàn)在空間效率和時(shí)間效率上，即目標(biāo)程序短、運(yùn)行速度快這兩個(gè)方面，在采用

17、相同算法的前提下，任何高級(jí)語(yǔ)言程序在這兩個(gè)方面的效率與匯編語(yǔ)言相比都望塵莫及。3）特殊的使用場(chǎng)合56匯編語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言難以勝任甚至不能完成的任務(wù)。匯編語(yǔ)言具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)，用它編制程序能精確地描述算法， 充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件的功能。 在過(guò)程控制、多媒體接口、設(shè)備通信、內(nèi)存管理、硬件控制等方面的程序設(shè)計(jì)中，用匯編語(yǔ)言直接方便，執(zhí)行速度快，效率高。匯編語(yǔ)言提供了一些模塊間相互連接的方法，一個(gè)大的任務(wù)可以分解成若干模塊，將其中執(zhí)行頻率高的模塊用匯編語(yǔ)言編寫，可以大大提高大型軟件的性能。1.4 程序可見(jiàn)寄存器組80386（含 80386）以上型號(hào)的 CPU能夠處理 32 位數(shù)據(jù)，其寄存器長(zhǎng)度是

18、 32 位的，但為了與早期的 8086 等 16 位機(jī) CPU保持良好的兼容性， 80386 以上型號(hào)的 CPU中程序可見(jiàn)寄存器組包括多個(gè) 8 位、16位和 32 位寄存器，如圖 1.3 所示。1通用寄存器808680286 CPU各有 8 個(gè) 16 位通用寄存器 AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI。對(duì)于 4 個(gè) 16 位數(shù)據(jù)寄存器 AX、BX、CX、DX，其每個(gè)又可以作為 2 個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器使用，它們被分別命名為 AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。80386 以上型號(hào)的 CPU各有 8 個(gè) 32 位通用寄存器，它們是相應(yīng) 16 位寄存器的擴(kuò)展，被分別命名為

19、EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI、EDI。在程序中每個(gè) 8 位、16 位、32 位寄存器都可以獨(dú)立使用。圖 1.3 8086 Pentium CPU程序可見(jiàn)寄存器組67SP、ESP叫做堆棧指針寄存器，其中存放當(dāng)前堆棧段棧頂?shù)钠屏?，它們總是與 SS堆棧段寄存器配合存取堆棧中的數(shù)據(jù)。在實(shí)模式方式下使用 SP，在 80386 以上的保護(hù)模式下使用 ESP。除SP、ESP堆棧指針不能隨意修改、需要慎用外，其他通用寄存器都可以直接在指令中使用，用以存放操作數(shù)，這是它們的通用之處。在后邊討論指令系統(tǒng)時(shí)，可以看到某些通用寄存器在具體的指令中還有其他用途，例如 EAX、AX、AL（通常

20、分別被稱為 32位、16 位、8 位累加器），它們?cè)诔顺ā⑹M(jìn)制運(yùn)算、輸入輸出指令中有專門用途。另外有些通用寄存器也可以存放地址用以間接尋址內(nèi)存單元，例如在實(shí)模式中 BX、BP、SI、DI 可以作為間接尋址的寄存器， 用以尋址 64KB以內(nèi)的內(nèi)存單元。 在保護(hù)模式中 EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI、EDI 可以作為間接尋址的寄存器，用以尋址 4GB以內(nèi)的內(nèi)存單元，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn) 3.1 節(jié)和 6.3 節(jié)。2段寄存器在 IBM PC 機(jī)中存儲(chǔ)器采用分段管理的方法，因此一個(gè)物理地址需要用段基地址和偏移量表示。一個(gè)程序可以由多個(gè)段組成，但對(duì)于 808680286 CPU，由于只

21、有 4 個(gè)段寄存器， 所以在某一時(shí)刻正在運(yùn)行的程序只可以訪問(wèn) 4 個(gè)當(dāng)前段， 而對(duì)于 80386及其以上的計(jì)算機(jī)，由于有 6 個(gè)段寄存器，則可以訪問(wèn) 6 個(gè)當(dāng)前段。在實(shí)模式下段寄存器存放當(dāng)前正在運(yùn)行程序的段基地址的高 16 位，在保護(hù)模式下存放當(dāng)前正在運(yùn)行程序的段選擇子，段選擇子用以選擇描述符表中的一個(gè)描述符，描述符描述段的基地址、長(zhǎng)度和訪問(wèn)權(quán)限等， 顯然在保護(hù)模式下段寄存器仍然是選擇一個(gè)內(nèi)存段， 只是不像實(shí)模式那樣直接存放段基址罷了。代碼段寄存器 CS指定當(dāng)前代碼段，代碼段中存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序段。堆棧段寄存器 SS指定當(dāng)前堆棧段，堆棧段是在內(nèi)存開辟的一塊特殊區(qū)域，其中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)按照后進(jìn)先

22、出（ Last in First out ，LIFO）的原則進(jìn)行，允許插入和刪除的一端叫做棧頂。IBMPC機(jī)中 SP（或 ESP）指向棧頂， SS指向堆棧段基地址。數(shù)據(jù)段寄存器 DS指定當(dāng)前運(yùn)行程序所使用的數(shù)據(jù)段。附加數(shù)據(jù)段寄存器 ES指定當(dāng)前運(yùn)行程序所使用的附加數(shù)據(jù)段。段寄存器 FS和GS只對(duì) 80386以上 CPU有效，它們沒(méi)有對(duì)應(yīng)的中文名稱，用于指定當(dāng)前運(yùn)行程序的另外兩個(gè)存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)段。雖然 DS、ES、FS、GS（甚至于 CS、SS）所指定的段中都可以存放數(shù)據(jù)，但 DS是主數(shù)據(jù)段寄存器，在默認(rèn)情況下使用 DS所指向段的數(shù)據(jù)。若要引用其他段中的數(shù)據(jù)，需要顯式地說(shuō)明。3控制寄存器控制寄存

23、器包括指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器。在程序中不能直接引用控制寄存器名。1）IP、EIP78IP、EIP 叫做指令指針寄存器， 它總是與 CS段寄存器配合指出下一條要執(zhí)行指令的地址，其中存放偏移量部分。在實(shí)模式方式下使用 IP，在 80386 以上的保護(hù)模式下使用 EIP。2）標(biāo)志寄存器（ FLAGS）標(biāo)志寄存器也被稱為狀態(tài)寄存器，由運(yùn)算結(jié)果特征標(biāo)志和控制標(biāo)志組成。 808680286 CPU為 16 位，80386 以上為 32 位。如圖 1.4 所示，可以看出它們完全向下兼容。空白位為將來(lái)保留，暫未定義。圖 1.4 標(biāo)志寄存器（1）運(yùn)算結(jié)果特征標(biāo)志：用于記錄程序中運(yùn)行結(jié)果的特征， 8086Pe

24、ntium CPU 的標(biāo)志寄存器均含有這 6 位標(biāo)志。CF（Carry Flag ）：進(jìn)位標(biāo)志，記錄運(yùn)算結(jié)果的最高位向前產(chǎn)生的進(jìn)位或借位。若有進(jìn)位或借位則置 CF=1，否則清零?？捎糜跈z測(cè)無(wú)符號(hào)數(shù)二進(jìn)制加減法運(yùn)算時(shí)是否發(fā)生溢出（溢出時(shí) CF=1）。PF（Parity Flag ）：奇偶標(biāo)志，記錄運(yùn)算結(jié)果中含 1 的個(gè)數(shù)。若個(gè)數(shù)為偶數(shù)則置 PF=1，否則清零?？捎糜跈z測(cè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。AF（Auxiliary carry Flag ）：輔助進(jìn)位標(biāo)志，記錄運(yùn)算結(jié)果最低 4 位（低半字節(jié)）向前產(chǎn)生的進(jìn)位或借位。若有進(jìn)位或借位則置 AF=1，否則清零。只有在執(zhí)行十進(jìn)制運(yùn)算指令時(shí)才關(guān)心此位。

25、ZF（Zero Flag ）：零標(biāo)志，記錄運(yùn)算結(jié)果是否為零，若結(jié)果為零則置 1，否則清零。SF（Sign Flag ）：符號(hào)標(biāo)志，記錄運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)，若結(jié)果為負(fù)則置 1，否則清零。OF（Overflow Flag ）：溢出標(biāo)志，記錄運(yùn)算結(jié)果是否超出了操作數(shù)所能表示的范圍。若超出則置 1，否則清零?？捎糜跈z測(cè)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)是否發(fā)生溢出。（2）控制標(biāo)志：控制標(biāo)志控制處理器的操作，要通過(guò)專門的指令才能使控制標(biāo)志發(fā)生變化。 以下控制標(biāo)志對(duì) 8086Pentium CPU均有效。IF （Interrupt Flag ）：中斷允許標(biāo)志，當(dāng) IF=1 時(shí)允許 CPU響應(yīng)外部可屏蔽中斷請(qǐng)89求（INTR）；當(dāng)

26、 IF=0 時(shí)禁止響應(yīng) INTR。IF 的控制只對(duì) INTR起作用。DF（Direction Flag ）：方向標(biāo)志，專門服務(wù)于字符串操作指令。當(dāng) DF=1時(shí)，表示串操作指令中操作數(shù)地址為自動(dòng)減量， 這樣使得對(duì)字符串的處理是從高地址向低地址方向進(jìn)行；當(dāng) DF=0時(shí)，表示串操作指令中操作數(shù)地址為自動(dòng)增量。TF（Trap Flag ）：陷阱標(biāo)志，用于程序調(diào)試。當(dāng) TF=1時(shí)，CPU處于單步方式； TF=0時(shí)，CPU處于連續(xù)方式。狀態(tài)標(biāo)志位的符號(hào)表示見(jiàn)表 1.2 。表 1.2 狀態(tài)標(biāo)志位的符號(hào)表示標(biāo)志位 標(biāo)志為 1 標(biāo)志為 0CF進(jìn)位（有/ 否） CY NCPF奇偶（偶/ 奇） PE POAF半進(jìn)位

27、 AC NAZF全零（是/ 否） ZR NZSF符號(hào)（負(fù)/ 正） NG PLIF 中斷（允許 / 禁止） EI DIDF方向（增量 / 減量） DN UPOF溢出（是/ 否） OV NV 以下控制標(biāo)志只對(duì) 80286以上 CPU有效。IOPL（I/O Privilege Level ）：特權(quán)標(biāo)志，占 D13和 D12兩位。當(dāng)在保護(hù)模式下工作時(shí)，IOPL指定要求執(zhí)行 I/O 指令的特權(quán)級(jí)。若當(dāng)前任務(wù)的特權(quán)級(jí)比 IOPL高（級(jí)數(shù)越小特權(quán)級(jí)越高，OO級(jí)是最高級(jí)），則執(zhí)行 I/O 指令；否則會(huì)檢查該任務(wù)的 I/O 許可位圖，若位圖中的值為 1 則發(fā)生一個(gè)保護(hù)異常，導(dǎo)致執(zhí)行程序被掛起。NT（Nested

28、 Task）：嵌套任務(wù)標(biāo)志，用于保護(hù)模式操作，在執(zhí)行中斷返回指令 IRET時(shí)要測(cè)試 NT值。當(dāng) NT=1時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)嵌套于另一任務(wù)之中，執(zhí)行完該任務(wù)后要返回到另一任務(wù)， IRET指令的執(zhí)行是通過(guò)任務(wù)切換實(shí)現(xiàn)的。當(dāng) NT=0時(shí)，用堆棧中保存的值恢復(fù)標(biāo)志寄存器、 代碼段寄存器和指令指針寄存器的內(nèi)容， 以執(zhí)行常規(guī)的 IRET中斷返回操作。 以下控制標(biāo)志只對(duì) 80386以上 CPU有效。RF（Resume Flag）：重啟動(dòng)標(biāo)志，該標(biāo)志控制是否接受調(diào)試故障，它與調(diào)試寄存器一起使用。當(dāng) RF=0時(shí)接受， RF=1時(shí)忽略。VM（Virtual 8086 Model ）：虛擬方式標(biāo)志，當(dāng) CPU處

29、于保護(hù)模式時(shí)，若 VM=1則切換到虛擬方式，以允許執(zhí)行多個(gè) DOS程序，否則 CPU工作在實(shí)模式或保護(hù)模式。 以下控制標(biāo)志只對(duì) 80486 SX以上 CPU有效。AC（Alignment Check ）：地址對(duì)齊檢查標(biāo)志，若 AC=1時(shí)進(jìn)行地址對(duì)齊檢查，當(dāng)出現(xiàn)地址不對(duì)齊時(shí)會(huì)引起地址對(duì)齊異常， 只有在特權(quán)級(jí) 3 運(yùn)行的應(yīng)用程序才檢查引起地址對(duì)齊故障。若 AC=0時(shí)不進(jìn)行地址對(duì)齊檢查。只有 80486 SX微處理器使用該位，主要用910來(lái)同它配套的協(xié)處理器 80487 SX 同步工作。所謂地址不對(duì)齊是指以下情形： 1 個(gè)字從奇地址開始，或 1 個(gè)雙字不是從 4 的倍數(shù)的地址開始。 以下控制標(biāo)志只對(duì)

30、 Pentium 以上 CPU有效。ID（Identification ）：標(biāo)識(shí)標(biāo)志， 若 ID=1，則表示 Pentium 支持 CPUID指令，CPUID指令給系統(tǒng)提供 Pentium 微處理器有關(guān)版本號(hào)及制造商等信息。VIP（Virtual Interrupt Pending ）：虛擬中斷掛起標(biāo)志，與 VIF 配合，用于多任務(wù)環(huán)境下，給操作系統(tǒng)提供虛擬中斷掛起信息。VIF（Virtual Interrupt Flag ）：虛擬中斷標(biāo)志，是虛擬方式下中斷標(biāo)志位的映像。1.3 存 儲(chǔ) 器1.3.2 基本概念計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)信息的基本單位是 1 個(gè)二進(jìn)制位，簡(jiǎn)稱位（ bit ），可用小寫字母 b

31、表示，一位可存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)。IBM PC機(jī)中常用的數(shù)據(jù)類型如下。字節(jié)（byte ）：IBM PC 機(jī)中存取信息的基本單位，可用大寫字母 B 表示。1 個(gè)字節(jié)由 8 位二進(jìn)制數(shù)組成，其位編號(hào)自左至右為 b7、b6、b5、b4、b3、b2、b1、b0。1 個(gè)字節(jié)占用 1 個(gè)存儲(chǔ)單元。字：1 個(gè)字 16 位，其位編號(hào)為 b15b0。1 個(gè)字占用 2 個(gè)存儲(chǔ)單元。雙字：1 個(gè)雙字 32 位，其位編號(hào)為 b31b0。1 個(gè)雙字占用 4 個(gè)存儲(chǔ)單元。四字：1 個(gè)四字 64 位，其位編號(hào)為 b63b0。1 個(gè)四字占用 8 個(gè)存儲(chǔ)單元。為了正確地區(qū)分不同的內(nèi)存單元，給每個(gè)單元分配一個(gè)存儲(chǔ)器地址，地址從 0

32、開始編號(hào)，順序遞增 1。在計(jì)算機(jī)中地址用無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)表示， 可簡(jiǎn)寫為十六進(jìn)制數(shù)形式。一個(gè)存儲(chǔ)單元中存放的信息稱為該單元的內(nèi)容。例如 2 號(hào)單元中存放了一個(gè)數(shù)字 8，則表示為：（2）=8。對(duì)于字、雙字、四字?jǐn)?shù)據(jù)類型，由于它們每個(gè)數(shù)據(jù)都要占用多個(gè)單元，訪問(wèn)時(shí)只需給出最低單元的地址號(hào)即可，然后依次存取后續(xù)字節(jié)。注意按照 Intel 公司的習(xí)慣，對(duì)于字、雙字、四字?jǐn)?shù)據(jù)類型，其低地址中存放低位字節(jié)數(shù)據(jù)，高地址中存放高位字節(jié)數(shù)據(jù)，這就是有些資料中稱為“逆序存放”的含義。例如內(nèi)存現(xiàn)有以下數(shù)據(jù)（后綴 H表示是十六進(jìn)制數(shù)）。地址：0 1 2 3 4 5 ,內(nèi)容：12H 34H 45H 67H 89H 0AH

33、,存儲(chǔ)情況如圖 1.5 所示，則對(duì)于不同的數(shù)據(jù)類圖 1.5 存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容型，從 1 號(hào)單元取到的數(shù)據(jù)是：1011（1）字節(jié)=34H（1）字=4534H（1）雙字=89674534H1.5.2 實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址IBMPC機(jī)的存儲(chǔ)器采用分段管理的方法。存儲(chǔ)器采用分段管理后，一個(gè)內(nèi)存單元地址要用段基地址和偏移量?jī)蓚€(gè)邏輯地址來(lái)描述，表示為段地址 : 偏移量，其段地址和偏移量的限定、物理地址的形成要視 CPU工作模式?jīng)Q定。80386以上型號(hào)的 CPU有3 種工作模式：實(shí)模式、保護(hù)模式和虛擬 86 模式。在實(shí)模式下，這些 CPU就相當(dāng)于一個(gè)快速的 8086 處理器， DOS操作系統(tǒng)運(yùn)行在實(shí)模式。計(jì)

34、算機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，也自動(dòng)進(jìn)入實(shí)模式。保護(hù)模式是它們的主要工作模式，提供了 4GB的段尺寸、多任務(wù)、內(nèi)存分段分頁(yè)管理和特權(quán)級(jí)保護(hù)等功能， Windows和 Linux 等操作系統(tǒng)都需要在保護(hù)模式下運(yùn)行。 為了既能充分發(fā)揮處理器的功能， 又能繼續(xù)運(yùn)行原有的 DOS和DOS應(yīng)用程序（向下兼容），還提供了一種虛擬 86 模式（Virtual86 模式），它實(shí)際上是保護(hù)模式下的一種工作方式。在 V86 模式下，存儲(chǔ)器尋址類似于 8086，可以運(yùn)行 DOS及其應(yīng)用 程序。顯然，實(shí)模式是 80x86 CPU工作的基礎(chǔ)，本節(jié)討論實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址。 8086和 8088微處理器只能工作在實(shí)模式， 80286以上的微

35、處理器既可以工作在實(shí)模式也可以工作在保護(hù)模式。在實(shí)模式下微處理器只可以尋址最低的 1MB內(nèi)存，即使計(jì)算機(jī)實(shí)際有 64MB或更多的內(nèi)存也是如此。在實(shí)模式下存儲(chǔ)器的物理地址由段基址和偏移量給出。由于 8086、8088、80286 的寄存器均為 16 位，為了與它們兼容，無(wú)論是哪一種微處理器，其段基址必須定位在地址為 16 的整數(shù)倍上，這種段起始邊界通常稱做節(jié)或小段，其特征是：在十六進(jìn)制表示的地址中，最低位為 0。有了這樣的規(guī)定，1MB空間的 20位地址的低 4 位可以不表示出，而高 16 位就可以放入段寄存器了。 同樣由于 16 位長(zhǎng)的原因， 在實(shí)模式下段長(zhǎng)不能超過(guò)64KB，但是對(duì)最小的段并沒(méi)有限制，因此可以定義只包含 1 個(gè)字節(jié)的段。段間位置可以相鄰、不相鄰或重疊。存儲(chǔ)器采用分段管理后，其物理地址的計(jì)算方法為：10H 段基址+