微機(jī)原理與接口技術(shù)課件錢(qián)曉捷3版02-1

第2章第2章：微處理器指令系統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)8088/8086的尋址方式8088/8086的基本指令數(shù)據(jù)傳送加減運(yùn)算邏輯運(yùn)算、移位控制轉(zhuǎn)移、功能調(diào)用匯編語(yǔ)言程序段2.1微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從應(yīng)用角度（不是從內(nèi)部工作原理）展開(kāi)典型8位微處理器的基本結(jié)構(gòu)8088/8086的功能結(jié)構(gòu)8088/8086的寄存器結(jié)構(gòu)8088/8086的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)為學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)打好基礎(chǔ)例如：關(guān)心用戶(hù)“可編程”寄存器，不關(guān)心無(wú)法操縱的“透明”寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)控制總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)地址總線(xiàn)暫存器累加器ALU標(biāo)志寄存器指令寄存指令譯碼時(shí)序和控制邏輯通用寄存器組地址寄存器組地址總線(xiàn)控制數(shù)據(jù)總線(xiàn)控制2.1.1微處理器的基本結(jié)構(gòu)1.算術(shù)邏輯單元（運(yùn)算器）2.寄存器組3.指令處理單元（控制器）2.1.28088/8086的功能結(jié)構(gòu)8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從功能上分成兩個(gè)單元1.總線(xiàn)接口單元BIU管理8088與系統(tǒng)總線(xiàn)的接口負(fù)責(zé)CPU對(duì)存儲(chǔ)器和外設(shè)進(jìn)行訪問(wèn)2.執(zhí)行單元EU負(fù)責(zé)指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運(yùn)算兩個(gè)單元相互獨(dú)立，分別完成各自操作，還可以并行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)指令預(yù)?。ㄖ噶钭x取和執(zhí)行的流水線(xiàn)操作）2.1.38088/8086的寄存器結(jié)構(gòu) 8088/8086的寄存器組有8個(gè)通用寄存器4個(gè)段寄存器1個(gè)標(biāo)志寄存器1個(gè)指令指針寄存器它們均為16位!圖示

匯編語(yǔ)言程序員看到的處理器，就是寄存器所以，一定要熟悉這些寄存器的名稱(chēng)和作用1.通用寄存器8088有8個(gè)通用的16位寄存器（1）數(shù)據(jù)寄存器:AXBXCXDX（2）變址寄存器:SIDI（3）指針寄存器:BPSP4個(gè)數(shù)據(jù)寄存器還可以分成高8位和低8位兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，這樣又形成8個(gè)通用的8位寄存器AX：AHAL BX：BHBLCX：CHCL DX：DHDL（1）數(shù)據(jù)寄存器AX稱(chēng)為累加器（Accumulator）使用頻度最高。用于算術(shù)、邏輯運(yùn)算以及與外設(shè)傳送信息等BX稱(chēng)為基址寄存器（BaseaddressRegister）常用做存放存儲(chǔ)器地址CX稱(chēng)為計(jì)數(shù)器（Counter）作為循環(huán)和串操作等指令中的隱含計(jì)數(shù)器DX稱(chēng)為數(shù)據(jù)寄存器（Dataregister）常用來(lái)存放雙字長(zhǎng)數(shù)據(jù)的高16位，或存放外設(shè)端口地址（2）變址寄存器16位變址寄存器SI和DI常用于存儲(chǔ)器變址尋址方式時(shí)提供地址SI是源地址寄存器（SourceIndex）DI是目的地址寄存器（DestinationIndex）在串操作類(lèi)指令中，SI、DI還有較特殊的用法

現(xiàn)在不必完全理解，以后會(huì)詳細(xì)展開(kāi)（3）指針寄存器指針寄存器用于尋址內(nèi)存堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)SP為堆棧指針寄存器（StackPointer）,指示堆棧段棧頂?shù)奈恢茫ㄆ频刂罚〣P為基址指針寄存器（BasePointer），表示數(shù)據(jù)在堆棧段中的基地址SP和BP寄存器與SS段寄存器聯(lián)合使用以確定堆棧段中的存儲(chǔ)單元地址堆棧（Stack）是主存中一個(gè)特殊的區(qū)域，采用“先進(jìn)后出”或“后進(jìn)先出”存取操作方式、而不是隨機(jī)存取方式。用8088/8086形成的微機(jī)系統(tǒng)中，堆棧區(qū)域被稱(chēng)為堆棧段2.指令指針寄存器IP（InstructionPointer）為指令指針寄存器，指示主存儲(chǔ)器指令的位置隨著指令的執(zhí)行，IP將自動(dòng)修改以指示下一條指令所在的存儲(chǔ)器位置IP寄存器是一個(gè)專(zhuān)用寄存器IP寄存器與CS段寄存器聯(lián)合使用以確定下一條指令的存儲(chǔ)單元地址3.標(biāo)志寄存器標(biāo)志（Flag）用于反映指令執(zhí)行結(jié)果或控制指令執(zhí)行形式8088處理器的各種標(biāo)志形成了一個(gè)16位的標(biāo)志寄存器FLAGS（程序狀態(tài)字PSW寄存器）

程序設(shè)計(jì)需要利用標(biāo)志的狀態(tài)標(biāo)志寄存器-分類(lèi)狀態(tài)標(biāo)志－－用來(lái)記錄程序運(yùn)行結(jié)果的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應(yīng)地設(shè)置它CFZFSFPFOFAF控制標(biāo)志－－可由程序根據(jù)需要用指令設(shè)置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方式DFIFTFOF111512DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0標(biāo)志寄存器FLAGS進(jìn)位標(biāo)志CF（CarryFlag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高有效位有進(jìn)位（加法）或借位（減法）時(shí)，進(jìn)位標(biāo)志置1，即CF＝1；否則CF＝03AH+7CH＝B6H，沒(méi)有進(jìn)位：CF=0AAH+7CH＝（1）26H，有進(jìn)位：CF=1零標(biāo)志ZF（ZeroFlag）若運(yùn)算結(jié)果為0，則ZF＝1；否則ZF＝03AH＋7CH＝B6H，結(jié)果不是零：ZF＝084H＋7CH＝（1）00H，結(jié)果是零：ZF＝1

注意：ZF為1表示的結(jié)果是0符號(hào)標(biāo)志SF（SignFlag）運(yùn)算結(jié)果最高位為1，則SF＝1；否則SF＝03AH＋7CH＝B6H，最高位D7＝1：SF＝184H＋7CH＝（1）00H，最高位D7＝0：SF＝0

有符號(hào)數(shù)據(jù)用最高有效位表示數(shù)據(jù)的符號(hào)所以，最高有效位就是符號(hào)標(biāo)志的狀態(tài)奇偶標(biāo)志PF（ParityFlag）當(dāng)運(yùn)算結(jié)果最低字節(jié)中“1”的個(gè)數(shù)為零或偶數(shù)時(shí)，PF＝1；否則PF＝03AH＋7CH＝B6H＝10110110B結(jié)果中有5個(gè)“1”，是奇數(shù)：PF＝0PF標(biāo)志僅反映最低8位中“1”的個(gè)數(shù)是

偶或奇，即使是進(jìn)行16位字操作溢出標(biāo)志OF（OverflowFlag）若算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果有溢出，則OF＝1；否則OF＝03AH+7CH＝B6H，產(chǎn)生溢出：OF＝1AAH+7CH＝（1）26H，沒(méi)有溢出：OF＝0？什么是溢出處理器內(nèi)部以補(bǔ)碼表示有符號(hào)數(shù)8位表達(dá)的整數(shù)范圍是：＋127~－12816位表達(dá)的范圍是：＋32767~－32768如果運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，就產(chǎn)生了溢出有溢出，說(shuō)明有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果不正確3AH＋7CH＝B6H，就是58＋124＝182，已經(jīng)超出－128～＋127范圍，產(chǎn)生溢出，故OF＝1；補(bǔ)碼B6H表達(dá)真值是－74，顯然運(yùn)算結(jié)果也不正確B6H＝10110110B，最高位為1，作為有符號(hào)數(shù)是負(fù)數(shù)對(duì)B6H求反加1等于：01001001B＋1＝01001010B＝4AH＝74

所以，B6H表達(dá)有符號(hào)數(shù)的真值為－74溢出和進(jìn)位的區(qū)別溢出標(biāo)志OF和進(jìn)位標(biāo)志CF是兩個(gè)意義不同的標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志表示無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍，運(yùn)算結(jié)果仍然正確溢出標(biāo)志表示有符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍，運(yùn)算結(jié)果已經(jīng)不正確？溢出和進(jìn)位的對(duì)比例1：3AH＋7CH＝B6H無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算： 58＋124＝182

范圍內(nèi)，無(wú)進(jìn)位有符號(hào)數(shù)運(yùn)算： 58＋124＝182

范圍外，有溢出例2：AAH＋7CH＝（1）26H無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算： 170＋124＝294

范圍外，有進(jìn)位有符號(hào)數(shù)運(yùn)算： －86＋124＝28

范圍內(nèi)，無(wú)溢出溢出和進(jìn)位的應(yīng)用場(chǎng)合處理器對(duì)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，按照無(wú)符號(hào)數(shù)求得結(jié)果，并相應(yīng)設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志CF；同時(shí)，根據(jù)是否超出有符號(hào)數(shù)的范圍設(shè)置溢出標(biāo)志OF應(yīng)該利用哪個(gè)標(biāo)志，則由程序員來(lái)決定。也就是說(shuō)，如果將參加運(yùn)算的操作數(shù)認(rèn)為是無(wú)符號(hào)數(shù)，就應(yīng)該關(guān)心進(jìn)位；認(rèn)為是有符號(hào)數(shù)，則要注意是否溢出溢出的判斷判斷運(yùn)算結(jié)果是否溢出有一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則：只有當(dāng)兩個(gè)相同符號(hào)數(shù)相加（包括不同符號(hào)數(shù)相減），而運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)與原數(shù)據(jù)符號(hào)相反時(shí)，產(chǎn)生溢出；因?yàn)?，此時(shí)的運(yùn)算結(jié)果顯然不正確其他情況下，則不會(huì)產(chǎn)生溢出例1：3AH＋7CH＝B6H 溢出例2：AAH＋7CH 無(wú)溢出例3：3AH－7CH 無(wú)溢出例4：AAH－7CH＝2DH 溢出輔助進(jìn)位標(biāo)志AF（AuxiliaryCarryFlag）3AH＋7CH＝B6H，D3有進(jìn)位：AF＝1運(yùn)算時(shí)D3位（低半字節(jié)）有進(jìn)位或借位時(shí)，AF＝1；否則AF＝0方向標(biāo)志DF（DirectionFlag）用于串操作指令中，控制地址的變化方向：設(shè)置DF＝0，存儲(chǔ)器地址自動(dòng)增加；設(shè)置DF＝1，存儲(chǔ)器地址自動(dòng)減少CLD指令復(fù)位方向標(biāo)志：DF＝0STD指令置位方向標(biāo)志：DF＝1中斷允許標(biāo)志IF（Interrupt-enableFlag）控制可屏蔽中斷是否可以被處理器響應(yīng)：設(shè)置IF＝1，則允許中斷；設(shè)置IF＝0，則禁止中斷CLI指令復(fù)位中斷標(biāo)志：IF＝0STI指令置位中斷標(biāo)志：IF＝1陷阱標(biāo)志TF（TrapFlag）用于控制處理器進(jìn)入單步操作方式：設(shè)置TF＝0，處理器正常工作；設(shè)置TF＝1，處理器單步執(zhí)行指令單步執(zhí)行指令——處理器在每條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)編號(hào)為1的內(nèi)部中斷這種內(nèi)部中斷稱(chēng)為單步中斷所以TF也稱(chēng)為單步標(biāo)志利用單步中斷可對(duì)程序進(jìn)行逐條指令的調(diào)試這種逐條指令調(diào)試程序的方法就是單步調(diào)試2.1.48088/8086的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的地方。掌握數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，以及存儲(chǔ)器的分段管理對(duì)以后的匯編程序設(shè)計(jì)非常重要你能區(qū)別寄存器、存儲(chǔ)器(主存)、外存(包括硬盤(pán)、光盤(pán)、磁帶等存儲(chǔ)介質(zhì))嗎？答案寄存器、存儲(chǔ)器和外存的區(qū)別寄存器是處理器（CPU）內(nèi)部暫存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，以名稱(chēng)表示，例如：AX，BX..….等存儲(chǔ)器也就是平時(shí)所說(shuō)的主存，也叫內(nèi)存，可直接與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主存利用地址區(qū)別外存主要指用來(lái)長(zhǎng)久保存數(shù)據(jù)的外部存儲(chǔ)介質(zhì)，常見(jiàn)的有硬盤(pán)、光盤(pán)、磁帶、U盤(pán)等。外存的數(shù)據(jù)只能通過(guò)主存間接地與CPU交換數(shù)據(jù)程序及其數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)久存放在外存，在運(yùn)行需要時(shí)才進(jìn)入主存1.數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式計(jì)算機(jī)中信息的單位二進(jìn)制位Bit：存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)：0或1字節(jié)Byte：8個(gè)二進(jìn)制位，D7～D0字Word：16位，2個(gè)字節(jié)，D15～D0雙字DWord：32位，4個(gè)字節(jié)，D31～D0最低有效位LSB：數(shù)據(jù)的最低位，D0位最高有效位MSB：數(shù)據(jù)的最高位，對(duì)應(yīng)字節(jié)、字、雙字分別指D7、D15、D31位圖示存儲(chǔ)單元及其存儲(chǔ)內(nèi)容每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)；被稱(chēng)為存儲(chǔ)器地址每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容圖示0002H單元存放有一個(gè)數(shù)據(jù)34H表達(dá)為 [0002H]＝34H多字節(jié)數(shù)據(jù)存放方式多字節(jié)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中占連續(xù)的多個(gè)存儲(chǔ)單元：存放時(shí)，低字節(jié)存入低地址，高字節(jié)存入高地址；表達(dá)時(shí)，用它的低地址表示多字節(jié)數(shù)據(jù)占據(jù)的地址空間。圖2-5中0002H“字”單元的內(nèi)容為：[0002H]=1234H0002H號(hào)“雙字”單元的內(nèi)容為：[0002H]=78561234H圖示80x86處理器采用“低對(duì)低、高對(duì)高”的存儲(chǔ)形式，被稱(chēng)為“小端方式LittleEndian”。相對(duì)應(yīng)還存在“大端方式BigEndian”。數(shù)據(jù)的地址對(duì)齊同一個(gè)存儲(chǔ)器地址可以是字節(jié)單元地址、字單元地址、雙字單元地址等等字單元安排在偶地址（xxx0B）、雙字單元安排在模4地址（xx00B）等，為“地址對(duì)齊（Align）”（N字節(jié)數(shù)據(jù)安排的起始地址能夠被N整除）對(duì)于不對(duì)齊地址的數(shù)據(jù)，處理器訪問(wèn)時(shí)，需要額外的訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)間應(yīng)該將數(shù)據(jù)的地址對(duì)齊，以取得較高的存取速度2.存儲(chǔ)器的分段管理8088CPU有20條地址線(xiàn)最大可尋址空間為220＝1MB物理地址范圍從00000H～FFFFFH8088CPU將1MB空間分成許多邏輯段（Segment）每個(gè)段最大限制為64KB段地址的低4位為0000B這樣，一個(gè)存儲(chǔ)單元除具有一個(gè)唯一的物理地址外，還具有多個(gè)邏輯地址物理地址和邏輯地址8088CPU存儲(chǔ)系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)每個(gè)物理存儲(chǔ)單元都有一個(gè)唯一的20位編號(hào)，就是物理地址，從00000H~FFFFFH分段后在用戶(hù)編程時(shí)，采用邏輯地址，形式為段基地址

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段內(nèi)偏移地址分隔符物理地址14700H邏輯地址1460H:100H邏輯地址段地址說(shuō)明邏輯段在主存中的起始位置8088規(guī)定段地址必須是模16地址：xxxx0H省略低4位0000B，段地址就可以用16位數(shù)據(jù)表示，就能用16位段寄存器表達(dá)段地址偏移地址說(shuō)明主存單元距離段起始位置的偏移量每段不超過(guò)64KB，偏移地址也可用16位數(shù)據(jù)表示物理地址和邏輯地址的轉(zhuǎn)換將邏輯地址中的段地址左移4位，加上偏移地址就得到20位物理地址一個(gè)物理地址可以有多個(gè)邏輯地址邏輯地址 1460:100、1380:F00物理地址 14700H14700H14600H＋100H14700H13800H＋F00H14700H段地址左移4位加上偏移地址得到物理地址3.段寄存器8088有4個(gè)16位段寄存器CS指明代碼段的起始地址SS指明堆棧段的起始地址DS指明數(shù)據(jù)段的起始地址ES指明附加段的起始地址每個(gè)段寄存器用來(lái)確定一個(gè)邏輯段的起始地址，每種邏輯段均有各自的用途代碼段寄存器CS（CodeSegment）代碼段用來(lái)存放程序的指令序列代碼段寄存器CS存放代碼段的段地址指令指針寄存器IP指示下條指令的偏移地址處理器利用CS:IP取得下一條要執(zhí)行的指令堆棧段寄存器SS（StackSegment）堆棧段確定堆棧所在的主存區(qū)域堆棧段寄存器SS存放堆棧段的段地址堆棧指針寄存器SP指示堆棧棧頂?shù)钠频刂诽幚砥骼肧S:SP操作堆棧頂?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)據(jù)段寄存器DS（DataSegment）數(shù)據(jù)段存放運(yùn)行程序所用的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)段寄存器DS存放數(shù)據(jù)段的段地址各種主存尋址方式（有效地址EA）得到存儲(chǔ)器中操作數(shù)的偏移地址處理器利用DS:EA存取數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)附加段寄存器ES（ExtraSegment）附加段是附加的數(shù)據(jù)段，也保存數(shù)據(jù)：附加段寄存器ES存放附加段的段地址各種主存尋址方式（有效地址EA）得到存儲(chǔ)器中操作數(shù)的偏移地址處理器利用ES:EA存取附加段中的數(shù)據(jù)串操作指令將附加段作為其目的操作數(shù)的存放區(qū)域如何分配各個(gè)邏輯段程序的指令序列必須安排在代碼段程序使用的堆棧一定在堆棧段程序中的數(shù)據(jù)默認(rèn)是安排在數(shù)據(jù)段，也經(jīng)常安排在附加段，尤其是串操作的目的區(qū)必須是附加段數(shù)據(jù)的存放比較靈活，實(shí)際上可以存放在任何一種邏輯段中段超越前綴指令沒(méi)有指明時(shí)，一般的數(shù)據(jù)訪問(wèn)在DS段；使用BP訪問(wèn)主存，則在SS段默認(rèn)的情況允許改變，需要使用段超越前綴指令；8088指令系統(tǒng)中有4個(gè)：CS: ；代碼段超越，使用代碼段的數(shù)據(jù)SS: ；堆棧段超越，使用堆棧段的數(shù)據(jù)DS: ；數(shù)據(jù)段超越，使用數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)ES: ；附加段超越，使用附加段的數(shù)據(jù)示例段超越的示例沒(méi)有段超越的指令實(shí)例：MOVAX,[2000H] ;AX←DS:[2000H]；從默認(rèn)的DS數(shù)據(jù)段