CPU资源和存储器.pptx
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1、第二章第二章 CPU资源和存储器资源和存储器2.1 寄存器组寄存器组2.2 存储器的管理模式存储器的管理模式微机系统组成结构图微机系统组成结构图I/O接接口口主存储器主存储器系统总线系统总线辅助存储器辅助存储器输入设备输入设备输出设备输出设备CPU寄存器寄存器控制器控制器运算器运算器时钟时钟8086 CPU的内部结构的内部结构8086内部结构有两个功能模块:内部结构有两个功能模块:1.执行单元(执行单元(Execution Unit,EU):):负责指令的译码和执行负责指令的译码和执行2.总线接口单元(总线接口单元(Bus Inference Unit,BIU)主要负责读取指令和操作数主要负责
2、读取指令和操作数10 八月 20243内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器通用寄存器地址加法器地址加法器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件(EU)总线接口部件总线接口部件(BIU)16位位20位位16位位8位位2.1 寄存器组寄存器组CPU中中为什么要使用寄存器为什么要使用寄存器寄存器比存储器存取速度快寄存器比存储器存取速度快使用灵活使用灵活(如暂存运算的中间数据
3、如暂存运算的中间数据)、控制方便(如、控制方便(如IP)寄存器的分类寄存器的分类通用寄存器通用寄存器:传送和暂存数据;参与算术逻辑运算并保存运:传送和暂存数据;参与算术逻辑运算并保存运算结果;算结果;段寄存器段寄存器:保存段地址,用于寻址时构成物理地址;:保存段地址,用于寻址时构成物理地址;专用寄存器专用寄存器:CPU运行的辅助工具。运行的辅助工具。10 八月 20245通通 用用 寄寄 存存 器器10 八月 20246类别类别32位位16位位8位位名称名称作用作用数据寄数据寄存器存器EAXAXAH、AL累加器累加器常作隐含操作数,可通用常作隐含操作数,可通用EBXBXBH、BL基地址寄存器基
4、地址寄存器常作地址指针,可通用常作地址指针,可通用ECXCXCH、CL计数器计数器常存放计数值,可通用常存放计数值,可通用EDXDXDH、DL数据寄存器数据寄存器常与累加器配合,可通用常与累加器配合,可通用变址寄变址寄存器存器ESISI无无源变址寄存器源变址寄存器保存源操作数地址保存源操作数地址EDIDI无无目的变址寄存器目的变址寄存器保存目的操作数地址保存目的操作数地址ESPSP无无栈顶指针栈顶指针只能保存堆栈栈顶地址只能保存堆栈栈顶地址EBPBP无无堆栈指针堆栈指针可保存堆栈任意位置地址可保存堆栈任意位置地址堆栈指堆栈指针寄存针寄存器器数据寄存器数据寄存器AX、BX、CX和和DX16位寄存
5、器位寄存器高低高低8位位可分为两个独立寄存器使用;可分为两个独立寄存器使用;主要用于暂存指令执行过程中的数据;主要用于暂存指令执行过程中的数据;特殊用途特殊用途AX:累加器累加器,ALU运算核心部件、某些指令的默认寄存器;运算核心部件、某些指令的默认寄存器;BX:基址寄存器基址寄存器,存放存储单元的有效地址;,存放存储单元的有效地址;CX:计数器计数器,串操作指令和循环指令中的默认计数器;,串操作指令和循环指令中的默认计数器;DX:与:与AX合用保存合用保存32位数据;位数据;I/O指令中存放端口地址。指令中存放端口地址。10 八月 20247累加器累加器AX16位寄存器可以存储位寄存器可以存
6、储2个字节的数据;个字节的数据;例如,数值例如,数值2008H存放于存放于AX累加器中。累加器中。AX可分做两个可分做两个8位的寄存器使用,分别为位的寄存器使用,分别为AH和和AL。(AX)=2008H,则(,则(AH)=20H,(,(AL)=08H;BX、CX、DX类似。类似。10 八月 20248AX0123456789101112131415无符号数范围为无符号数范围为065535有符号数范围为有符号数范围为-32768+327670 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0AHAL变址寄存器变址寄存器SI、DI16位寄存器;位寄存器;常作为指针常作为指针,存放存储单元
7、有效地址,也可暂存数据;,存放存储单元有效地址,也可暂存数据;特殊用法:特殊用法:SI、DI中保存的地址信息可以随着指令的执行而自动改变;中保存的地址信息可以随着指令的执行而自动改变;SI:源变址寄存器源变址寄存器,串操作中存放源串地址,默认,串操作中存放源串地址,默认DS段;段;DI:目的变址寄存器目的变址寄存器,串操作中存放目的串地址,默认,串操作中存放目的串地址,默认ES段;段;该特殊用法只在字符串操作中有效该特殊用法只在字符串操作中有效,其它场合下作一般的指,其它场合下作一般的指针寄存器使用;针寄存器使用;10 八月 20249堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP、BP堆栈是一个先进后出的
8、数据结构,栈底位堆栈是一个先进后出的数据结构,栈底位置不变;置不变;栈顶指针栈顶指针SP其中始终存放栈顶单元的有效地址;其中始终存放栈顶单元的有效地址;其值是其值是由出入栈指令自动更改由出入栈指令自动更改的,一的,一般不允许随意对该寄存器赋值;般不允许随意对该寄存器赋值;堆栈指针堆栈指针BP其中数据一般作为地址进行访存;其中数据一般作为地址进行访存;默认对应于默认对应于SS段段,可寻址堆栈中的任,可寻址堆栈中的任何单元。何单元。10 八月 202410堆栈堆栈栈底栈底 1 2 31 2 3 3 2 1 栈顶栈顶段段 寄寄 存存 器器类别类别16位位8位位名称名称作用作用段寄存器段寄存器无无代码
9、段段寄存器代码段段寄存器存放代码段段地址存放代码段段地址无无数据段段寄存器数据段段寄存器存放数据段段地址存放数据段段地址无无附加段段寄存器附加段段寄存器存放附加段段地址存放附加段段地址无无堆栈段段寄存器堆栈段段寄存器存放堆栈段段地址存放堆栈段段地址一段汇编语言程序一段汇编语言程序至少有一个逻辑段至少有一个逻辑段代码段,用于存放代码段,用于存放代码;代码;一段汇编语言程序一段汇编语言程序最多有最多有4个逻辑段个逻辑段1个代码段,个代码段,3个数据个数据段,分别用于存放代码和数据;段,分别用于存放代码和数据;10 八月 202411CSDSESSSCS (Code Segment)代码段代码段用来
10、存放要执行的用来存放要执行的指令序列指令序列;段首地址段首地址用代码段寄存器用代码段寄存器CS来保存;来保存;指令指针寄存器指令指针寄存器IP指示本段中的地址;指示本段中的地址;n将要执行的下条指令的有效地址;将要执行的下条指令的有效地址;CPU利用利用CS:IP形成存储单元的物理地址,以获取下条形成存储单元的物理地址,以获取下条要执行指令的代码。要执行指令的代码。10 八月 202412DS (Data Segment)数据段数据段用来存放程序运行所需要的数据;用来存放程序运行所需要的数据;段首地址段首地址用数据段寄存器用数据段寄存器DS来保存;来保存;CPU利用利用DS:EA形成存储单元的
11、物理地址,以获取数形成存储单元的物理地址,以获取数据段中的数据;据段中的数据;nEA的形成方式详见第的形成方式详见第3章寻址方式的介绍。章寻址方式的介绍。10 八月 202413ES(Extra Segment)附加段附加段即即附加的数据段附加的数据段,保存程序运行所需要的数据;,保存程序运行所需要的数据;段首地址段首地址用附加段寄存器用附加段寄存器ES来保存;来保存;CPU利用利用ES:EA形成存储单元的物理地址,以获取附加形成存储单元的物理地址,以获取附加段中的数据;段中的数据;串操作指令串操作指令常将附加段常将附加段ES作为目的操作数的存放区域。作为目的操作数的存放区域。10 八月 20
12、2414SS (Stack Segment)堆栈堆栈用于存储程序运行中用于存储程序运行中需要临时保护的数据需要临时保护的数据;段首地址段首地址用堆栈段寄存器用堆栈段寄存器SS来保存;来保存;堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP保存堆栈栈顶的有效地址;保存堆栈栈顶的有效地址;CPU利用利用SS:SP对堆栈栈顶单元进行操作;对堆栈栈顶单元进行操作;利用利用SS:BP对堆栈中的任一单元进行操作。对堆栈中的任一单元进行操作。10 八月 202415专专 用用 寄寄 存存 器器指令指针指令指针IP保存将要执行指令的有效地址;保存将要执行指令的有效地址;该寄存器的内容是该寄存器的内容是不允许人为更改不允许人为
13、更改的,通过指令的执行而自的,通过指令的执行而自动改变。动改变。标志寄存器标志寄存器FLAG该寄存器是利用其中的该寄存器是利用其中的每一位每一位来反映当前来反映当前CPU执行指令的执行指令的结果或控制指令执行形式。结果或控制指令执行形式。10 八月 202416类别类别16位位8位位名称名称作用作用专用专用寄存器寄存器IP无无指令指针寄存器指令指针寄存器 保存将要取出的指令有效地址保存将要取出的指令有效地址FLAG 无无标志寄存器标志寄存器保存保存CPU当前的状态标志信息当前的状态标志信息16位标志寄存器位标志寄存器仅用到其中仅用到其中9位,且按位使用;位,且按位使用;6位状态标志位:反映位状
14、态标志位:反映ALU的执行状态;的执行状态;n按照按照ALU指令执行的结果设置各状态标志位;指令执行的结果设置各状态标志位;3位控制标志位:控制位控制标志位:控制CPU的某些功能;的某些功能;10 八月 2024171514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF进位标志进位标志零标志零标志符号标志符号标志溢出标志溢出标志方向标志方向标志中断允许标志中断允许标志陷阱标志陷阱标志奇偶标志奇偶标志辅助进位标志辅助进位标志常用的状态标志位常用的状态标志位进位标志位进位标志位CF运算结果有进位或借位时,运算结果有进位或借位时,CF=1,否则,否则CF=0;溢出标志位溢出
15、标志位OF运算结果超出了数据表示范围时,运算结果超出了数据表示范围时,OF=1,否则,否则OF=0;符号标志位符号标志位SF运算结果为负数时,运算结果为负数时,SF=1,否则,否则SF=0;零标志位零标志位ZF运算结果为运算结果为0时,时,ZF=1,否则,否则ZF=0;10 八月 202418标志位设置标志位设置例例1:3AH+7CH例例2:0AAH+7CH10 八月 2024193A H=0011 1010 B+)7C H=0111 1100 B1011 0110 B=0B6HCF=SF=ZF=OF=1010AA H=1010 1010 B+)7C H=0111 1100 B1 0010 0
16、110 B=(1)26HCF=SF=ZF=OF=0100问题:问题:什么是溢出?什么是溢出?溢出和进位有何区别?溢出和进位有何区别?如何判断溢出?如何判断溢出?10 八月 202420什么是溢出?什么是溢出?微机中常用补码来表示有符号数;微机中常用补码来表示有符号数;8位表达的范围是:位表达的范围是:-128 +12716位表达的有符号数范围是位表达的有符号数范围是:-32768 +32767如果运算结果超出这个范围,就产生了溢出,则表示该运如果运算结果超出这个范围,就产生了溢出,则表示该运算结果不正确!算结果不正确!注意:只有加减法运算中才会出现溢出现象,在其他运算注意:只有加减法运算中才会
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