《匯編語(yǔ)言》講稿_02.ppt

1、第2章 寄存器(CPU工作原理),章節(jié)分布,2.1 通用寄存器 2.2 字在寄存器中的存儲(chǔ) 2.3 幾條匯編指令 2.4 物理地址 2.5 16位結(jié)構(gòu)的CPU 2.6 8086CPU給出物理地址的方法,2.7 “段地址16+偏移地址 =物理地址”的本質(zhì)含義 2.8 段的概念 2.9 段寄存器 2.10 CS和IP 2.12 代碼段,CPU概述,一個(gè)典型的CPU由運(yùn)算器、控制器、寄存器等器件組成，這些器件靠?jī)?nèi)部總線(xiàn)相連。 內(nèi)部總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)CPU內(nèi)部各個(gè)器件之間的聯(lián)系。 外部總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)CPU和主板上其它器件的聯(lián)系。,寄存器概述,8086CPU有14個(gè)寄存器 它們的名稱(chēng)為： AX、BX、CX、DX、SI、

2、DI、SP、BP、 IP、CS、SS、DS、ES、PSW。,2.1 通用寄存器,8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放兩個(gè)字節(jié)。 AX、BX、CX、DX 通常用來(lái)存放一般性數(shù)據(jù)被稱(chēng)為通用寄存器。 下面以AX為例，我們看一下寄存器的邏輯結(jié)構(gòu)。,一個(gè)16位寄存器可以存儲(chǔ)一個(gè)16位的數(shù)據(jù)。（數(shù)據(jù)的存放情況） 一個(gè)16位寄存器所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的最大值為多少？ 答案：216-1。,2.1 通用寄存器,16位數(shù)據(jù)在寄存器中的存放情況,數(shù)據(jù)：18 二進(jìn)制表示：10010 在寄存器AX中的存儲(chǔ)：,16位數(shù)據(jù)在寄存器中的存放情況,數(shù)據(jù)：20000 二進(jìn)制表示：0100111000100000 在寄存器A

3、X中的存儲(chǔ)：,2.1 通用寄存器,8086上一代CPU中的寄存器都是8位的； 為保證兼容性，這四個(gè)寄存器都可以分為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器使用。 AX可以分為AH和AL； BX可以分為BH和BL； CX可以分為CH和CL； DX可以分為DH和DL。 8086CPU的8位寄存器存儲(chǔ)邏輯,2.1 通用寄存器,以AX為例，8086CPU的16位寄存器分為兩個(gè)8位寄存器的情況：,2.1 通用寄存器,AX的低8位（0位7位）構(gòu)成了AL寄存器，高8位（8位15位）構(gòu)成了AH寄存器。 AH和AL寄存器是可以獨(dú)立使用的8位寄存器。 8086CPU的8位寄存器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)情況 一個(gè)8位寄存器所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的最大值是多少

4、？ 答案：28-1。,2.1 通用寄存器,2.2 字在寄存器中的存儲(chǔ),一個(gè)字可以存在一個(gè)16位寄存器中，這個(gè)字的高位字節(jié)和低位字節(jié)自然就存在這個(gè)寄存器的高8位寄存器和低8位寄存器中。,關(guān)于數(shù)制的討論,由于一個(gè)內(nèi)存單元可以存放 8位數(shù)據(jù)，CPU中的寄存器又可存放 n 個(gè) 8位數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)大多是由1N個(gè)8位數(shù)據(jù)構(gòu)成的。 用十六進(jìn)制來(lái)表示數(shù)據(jù)可以直觀(guān)的看 出這個(gè)數(shù)據(jù)是由哪些8位數(shù)據(jù)構(gòu)成的。,2.3 幾條匯編指令,匯編指令不區(qū)分大小寫(xiě),2.3 幾條匯編指令,CPU執(zhí)行下表中的程序段的每條指令后，對(duì)寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行的改變。,2.3 幾條匯編指令,2.3 幾條匯編指令,這里的丟失，指的

5、是進(jìn)位制不能在 8 位寄存器中保存，但是 CPU并不是真的丟棄這個(gè)進(jìn)位值，這個(gè)問(wèn)題會(huì)在后面的課程中討論。,特別提示,檢測(cè)點(diǎn)2.1（Page 19）,2.4 物理地址,CPU訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存單元時(shí)要給出內(nèi)存單元的地址。所有的內(nèi)存單元構(gòu)成的存儲(chǔ)空間是一個(gè)一維的線(xiàn)性空間。 每一個(gè)內(nèi)存單元在這個(gè)空間中都有唯一的地址，這個(gè)唯一的地址稱(chēng)為物理地址。,2.5 16位結(jié)構(gòu)的CPU,概括的講，16位結(jié)構(gòu)描述了一個(gè)CPU具有以下幾個(gè)方面特征： 1、運(yùn)算器一次最多可以處理16位的數(shù)據(jù)。 2、寄存器的最大寬度為16位。 3、寄存器和運(yùn)算器之間的通路是16位的。,2.6 8086CPU給出物理地址的方法,8086有20位地址總

6、線(xiàn)，可傳送20位地址，尋址能力為1M。 8086內(nèi)部為16位結(jié)構(gòu)，它只能傳送16位的地址，表現(xiàn)出的尋址能力卻只有64K。,如何解決這個(gè)矛盾？,2.6 8086CPU給出物理地址的方法,8086CPU采用一種在內(nèi)部用兩個(gè)16位地址合成的方法來(lái)形成一個(gè)20位的物理地址。 8086CPU相關(guān)部件的邏輯結(jié)構(gòu),在8086CPU內(nèi)部用兩個(gè)16位地址合成的方法來(lái)形成一個(gè)20位的物理地址,地址加法器,地址加法器合成物理地址的方法： 物理地址=段地址16+偏移地址 例如： 8086CPU訪(fǎng)問(wèn)地址為123C8H的內(nèi)存單元 由段地址16引發(fā)的討論,觀(guān)察移位次數(shù)和各種形式數(shù)據(jù)的關(guān)系： （1）一個(gè)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制形式左移1

7、位，相當(dāng)于該數(shù)據(jù)乘以2； （2）一個(gè)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制形式左移N位，相當(dāng)于該數(shù)據(jù)乘以2的N次方； （3）地址加法器如何完成段地址16的運(yùn)算？ 以二進(jìn)制形式存放的段地址左移4位。,由段地址16引發(fā)的討論,2.7 “段地址16+偏移地址=物理地址”的本質(zhì)含義,兩個(gè)比喻說(shuō)明： 說(shuō)明“基礎(chǔ)地址+偏移地址 = 物理地址” 的思想：第一個(gè)比喻 說(shuō)明“段地址16+偏移地址=物理地址”的思想：第二個(gè)比喻 8086CPU就是這樣一個(gè)只能提供兩張3位數(shù)據(jù)紙條的CPU。,“基礎(chǔ)地址+偏移地址 = 物理地址”,比如說(shuō)，學(xué)校、體育館同在一條筆直的單行路上（學(xué)校位于路的起點(diǎn)0米處）。 讀者在學(xué)校，要去圖書(shū)館，問(wèn)我那里的地址，我

8、可以用幾種方式描述這個(gè)地址？,“基礎(chǔ)地址+偏移地址 = 物理地址”,（1）從學(xué)校走2826m到圖書(shū)館。這2826可以認(rèn)為是圖書(shū)館的物理地址。 （2）從學(xué)校走2000m到體育館，從體育館再走826m到圖書(shū)館。 第一個(gè)距離2000m是相對(duì)于起點(diǎn)的基礎(chǔ)地址； 第二個(gè)距離826m是將對(duì)于基礎(chǔ)地址的偏移地址。,“段地址16+偏移地址=物理地址”,比如我們只能通過(guò)紙條來(lái)通信，讀者問(wèn)我圖書(shū)館的地址，我只能將它寫(xiě)在紙上告訴讀者。 顯然我必須有一張可以容納 4 位數(shù)據(jù)的紙條才能寫(xiě)下2826這個(gè)數(shù)據(jù)：,“段地址16+偏移地址=物理地址”,不巧的是，沒(méi)有能容納4位數(shù)據(jù)的紙條，僅有兩張可以容納3位數(shù)據(jù)的紙條。 這樣我

9、只能以這種方式告訴讀者2826這個(gè)數(shù)據(jù)：,2.8 段的概念,錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)： 內(nèi)存被劃分成了一個(gè)一個(gè)的段，每一個(gè)段有一個(gè)段地址。 其實(shí)： 內(nèi)存并沒(méi)有分段，段的劃分來(lái)自于CPU，由于8086CPU用“（段地址16）+偏移地址=物理地址”的方式給出內(nèi)存單元的物理地址，使得我們可以用分段的方式來(lái)管理內(nèi)存。,2.8 段的概念,我們可以認(rèn)為：地址10000H100FFH的內(nèi)存單元組成一個(gè)段，該段的起始地址（ 基礎(chǔ)地址）為10000H，段地址為1000H，大小為100H。,2.8 段的概念,我們也可以認(rèn)為地址10000H1007FH、10080H100FFH 的內(nèi)存單元組成兩個(gè)段，它們的起始地址（ 基礎(chǔ)地址 ）

10、為10000H和10080H，段地址為：1000H 和1008H，大小都為80H。,2.8 段的概念,以后，在編程時(shí)可以根據(jù)需要，將若干地址連續(xù)的內(nèi)存單元看作一個(gè)段，用段地址16定位段的起始地址（基礎(chǔ)地址），用偏移地址定位段中的內(nèi)存單元。 兩點(diǎn)需要注意 內(nèi)存單元地址小結(jié) 特別提示,兩點(diǎn)需要注意,（1）段地址16 必然是 16的倍數(shù)，所以一個(gè)段的起始地址也一定是16的倍數(shù)； （2）偏移地址為16位，16 位地址的尋址能力為 64K，所以一個(gè)段的長(zhǎng)度最大為64K。,內(nèi)存單元地址小結(jié),CPU訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存單元時(shí)，必須向內(nèi)存提供內(nèi)存單元的物理地址。 8086CPU在內(nèi)部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最

11、終的物理地址。 思考兩個(gè)問(wèn)題,（1）觀(guān)察下面的地址，讀者有什么發(fā)現(xiàn)？ 結(jié)論：CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一個(gè)物理地址。,內(nèi)存單元地址小結(jié),內(nèi)存單元地址小結(jié),（2）如果給定一個(gè)段地址，僅通過(guò)變化偏移地址來(lái)進(jìn)行尋址，最多可以定位多少內(nèi)存單元？ 結(jié)論：偏移地址16位，變化范圍為0FFFFH，僅用偏移地址來(lái)尋址最多可尋64K個(gè)內(nèi)存單元。 比如：給定段地址1000H，用偏移地址尋址，CPU的尋址范圍為：10000H1FFFFH。,內(nèi)存單元地址小結(jié),在8086PC機(jī)中，存儲(chǔ)單元的地址用兩個(gè)元素來(lái)描述。即段地址和偏移地址。 “數(shù)據(jù)在21F60H內(nèi)存單元中?！睂?duì)于8086PC機(jī)的兩種描述： （a）

12、數(shù)據(jù)存在內(nèi)存2000:1F60單元中； （b）數(shù)據(jù)存在內(nèi)存的2000段中的1F60H單元中。 可根據(jù)需要，將地址連續(xù)、起始地址為16的倍數(shù)的一組內(nèi)存單元定義為一個(gè)段。,特別提示,檢測(cè)點(diǎn)2.2（Page 25）,2.9 段寄存器,段寄存器就是提供段地址的。 8086CPU有4個(gè)段寄存器： CS、DS、SS、ES 當(dāng)8086CPU要訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存時(shí)，由這4個(gè)段寄存器提供內(nèi)存單元的段地址。,2.10 CS和IP,CS和IP是8086CPU中最關(guān)鍵的寄存器，它們指示了CPU當(dāng)前要讀取指令的地址。 CS為代碼段寄存器； IP為指令指針寄存器。,8086PC讀取和執(zhí)行指令相關(guān)部件,8086PC讀取和執(zhí)行指令演示

13、 8086PC工作過(guò)程的簡(jiǎn)要描述,8086PC工作過(guò)程的簡(jiǎn)要描述,（1）從CS:IP指向內(nèi)存單元讀取指令，讀取的指令進(jìn)入指令緩沖器； （2）IP = IP + 所讀取指令的長(zhǎng)度，從而指向下一條指令； （3）執(zhí)行指令。 轉(zhuǎn)到步驟 （1），重復(fù)這個(gè)過(guò)程。,8086PC工作過(guò)程的簡(jiǎn)要描述,在 8086CPU 加電啟動(dòng)或復(fù)位后（ 即 CPU剛開(kāi)始工作時(shí)）CS和IP被設(shè)置為CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，CPU從內(nèi)存FFFF0H單元中讀取指令執(zhí)行，F(xiàn)FFF0H單元中的指令是8086PC機(jī)開(kāi)機(jī)后執(zhí)行的第一條指令。,2.10 CS和IP,內(nèi)存中指令和數(shù)據(jù)沒(méi)有任何區(qū)別，都是二進(jìn)

14、制信息，CPU在工作的時(shí)候把有的信息看作指令，有的信息看作數(shù)據(jù)。 CPU根據(jù)什么將內(nèi)存中的信息看作指令？ CPU將CS:IP指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容看作指令。,2.10 CS和IP,在任何時(shí)候，CPU將CS、IP中的內(nèi)容當(dāng)作指令的段地址和偏移地址，用它們合成指令的物理地址，到內(nèi)存中讀取指令碼，執(zhí)行。 如果說(shuō)，內(nèi)存中的一段信息曾被CPU執(zhí)行過(guò)的話(huà)，那么，它所在的內(nèi)存單元必然被CS:IP指向過(guò)。,2.11 修改CS、IP的指令,在CPU中，程序員能夠用指令讀寫(xiě)的部件只有寄存器，程序員可以通過(guò)改變寄存器中的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的控制。 CPU從何處執(zhí)行指令是由CS、IP中的內(nèi)容決定的，程序員可以通過(guò)改變C

15、S、IP中的內(nèi)容來(lái)控制CPU執(zhí)行目標(biāo)指令。 我們?nèi)绾胃淖僀S、IP的值呢？,2.11 修改CS、IP的指令,8086CPU必須提供相應(yīng)的指令 先回想我們?nèi)绾涡薷腁X中的值？ mov指令不能用于設(shè)置CS、IP的值， 8086CPU沒(méi)有提供這樣的功能。 8086CPU為CS、IP提供了另外的指令來(lái)改變它們的值：轉(zhuǎn)移指令,如何修改AX中的值？,mov 指令 如：mov ax,123 mov指令可以改變8086CPU大部分寄存器的值，被稱(chēng)為傳送指令。 能夠通過(guò)mov 指令改變CS、IP的值嗎？,2.11 修改CS、IP的指令,同時(shí)修改CS、IP的內(nèi)容： jmp 段地址：偏移地址 jmp 2AE3:3

16、jmp 3:0B16 功能：用指令中給出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。,2.11 修改CS、IP的指令,僅修改IP的內(nèi)容： jmp 某一合法寄存器 jmp ax （類(lèi)似于 mov IP,ax） jmp bx 功能：用寄存器中的值修改IP。,內(nèi)存中存放的機(jī)器碼和對(duì)應(yīng)匯編指令情況： （初始：CS=2000H，IP=0000H） 請(qǐng)寫(xiě)出指令執(zhí)行序列：,問(wèn)題分析,問(wèn)題分析結(jié)果：,（1）mov ax,6622 （2）jmp 1000:3 （3）mov ax,0000 （4）mov bx,ax （5）jmp bx （6）mov ax,0123H （7）轉(zhuǎn)到第（3）步執(zhí)行,2.12 代碼段,對(duì)于808

17、6PC機(jī)，在編程時(shí)，可以根據(jù)需要，將一組內(nèi)存單元定義為一個(gè)段。 可以將長(zhǎng)度為 N（ N64KB ）的一組代碼，存在一組地址連續(xù)、起始地址為 16的倍數(shù)的內(nèi)存單元中，這段內(nèi)存是用來(lái)存放代碼的，從而定義了一個(gè)代碼段。 例如,2.12 代碼段,這段長(zhǎng)度為 10 字節(jié)的指令，存在從123B0H123B9H的一組內(nèi)存單元中，我們就可以認(rèn)為，123B0H123B9H這段內(nèi)存單元是用來(lái)存放代碼的 ，是一個(gè)代碼段 ，它的段地址為123BH，長(zhǎng)度為10字節(jié)。,2.12 代碼段,如何使得代碼段中的指令被執(zhí)行呢？ 將一段內(nèi)存當(dāng)作代碼段，僅僅是我們?cè)诰幊虝r(shí)的一種安排，CPU 并不會(huì)由于這種安排，就自動(dòng)地將我們定義得代碼段中的指令當(dāng)作指令來(lái)執(zhí)行。 CPU 只認(rèn)被 CS:IP 指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容為指令。 所以要將CS:IP指向所定義的代碼段中的第一條指令的首地址。 CS = 123BH，IP = 0000H。,2.9節(jié)2.12節(jié) 小結(jié),1、段地址在8086CPU的寄存器中存放。當(dāng)8086CPU要訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存時(shí)，由段寄存器