微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用：第2章 80x86系列結(jié)構(gòu)微處理器與8086

1、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用2.1 80 x86系列微處理器是8086的延伸2.2 8086的功能結(jié)構(gòu)2.3 8086微處理器的執(zhí)行環(huán)境第2章 80 x86系列結(jié)構(gòu)微處理器與808622.1 x86系列微處理器是8086的延伸2.1.1 8086功能的擴(kuò)展2.1.2 8086性能的提高32.1.1 8086功能的擴(kuò)展1.從16位擴(kuò)展為32位8086是16位微處理器。它的內(nèi)部寄存器的主體是16位的。它的主要用于存放操作數(shù)的數(shù)據(jù)寄存器是16位的。它的主要的用作為地址指針的指針寄存器也是16位的。依賴分段機(jī)制，用20位段基地址加上16位的偏移量形成了20位的地址，可以尋址1MB的物理地址。用16位作為地址，

2、它只能表示64KB，是一個(gè)十分小的地址范圍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用的需要。因而，于1985年，Intel公司推出了第一個(gè)32位的微處理器 - 80386，開創(chuàng)了微處理器的32位時(shí)代。目前，計(jì)算機(jī)正從32位向64位轉(zhuǎn)移。432位，無論從能表示的數(shù)的范圍，還是能尋址的物理地址，特別是能尋址的物理地址都極大的擴(kuò)展了。使得微處理器能取代以前的所謂“大型機(jī)”，能應(yīng)用于各種領(lǐng)域，從而極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)中的應(yīng)用。32位地址能尋址4GB物理地址。到目前，仍遠(yuǎn)大于主流計(jì)算機(jī)的實(shí)際內(nèi)存配置，仍有廣闊的應(yīng)用余地。52.從實(shí)模式至保護(hù)模式當(dāng)1981年，IBM公司剛推出IBM-PC時(shí)，主頻是5MHz，內(nèi)存是64KB

3、-128KB，沒有硬盤，只有單面單密度的軟盤，到了PC/XT，才有10MB硬盤。在這樣的硬件資源下，采用的操作系統(tǒng)是PC-DOS（MS-DOS）。這是單用戶、單任務(wù)的磁盤操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)本身沒有程序隔離、沒有保護(hù)。這是DOS遭受病毒泛濫的內(nèi)因。隨著PC機(jī)的大量普及，隨著硬件性能的迅速提高。要求有能保護(hù)操作系統(tǒng)核心軟件的多任務(wù)操作系統(tǒng)。為使這樣的操作系統(tǒng)能在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用與普及，要求微處理器本身為這樣的操作系統(tǒng)提供支持。于是，從80286開始，在80386中真正完善保護(hù)模式。在保護(hù)模式下，程序運(yùn)行于四個(gè)特權(quán)級(jí)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)核心程序與應(yīng)用程序的嚴(yán)格的隔離。保護(hù)模式支持多任務(wù)機(jī)制，

4、任務(wù)之間完全隔離。63.片內(nèi)存儲(chǔ)管理單元(MMU)32位地址，可尋址4GB物理地址。但大多數(shù)PC機(jī)的物理內(nèi)存配置遠(yuǎn)小于4GB。但應(yīng)用程序卻需要龐大的地址空間。因此，在操作系統(tǒng)中提供了虛擬存儲(chǔ)器管理機(jī)制，而這要求硬件支持。因而，在80386中提供了片內(nèi)的MMU。提供了4K頁(yè)、頁(yè)表等支持。以上三點(diǎn)是80386相對(duì)于8086的主要功能擴(kuò)展。4.浮點(diǎn)支持工程應(yīng)用、圖形處理、科學(xué)計(jì)算等要求浮點(diǎn)支持（實(shí)數(shù)運(yùn)算）。因此，自80486芯片開始，在x86系列微處理器中集成了x87（及其增強(qiáng)）浮點(diǎn)單元。75.MMX技術(shù)為支持多媒體技術(shù)的應(yīng)用，如音樂合成、語音合成。語音識(shí)別、音頻和視頻壓縮（編碼）和解壓縮（譯碼）、

5、2D 和 3D 圖形（包括 3D 結(jié)構(gòu)映像）和流視頻等等。x86系列處理器中增加MMX技術(shù)及相應(yīng)的指令。6.流SIMD擴(kuò)展（SSE） 自Pentium III處理器開始，在x86系列微處理器中引進(jìn)了流SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）擴(kuò)展（SSE）技術(shù)。SSE擴(kuò)展把由Intel MMX引進(jìn)的SIMD執(zhí)行模式擴(kuò)展為新的128位XMM寄存器和能在包裝的單精度浮點(diǎn)數(shù)上執(zhí)行SIMD操作。8奔騰4處理器又進(jìn)一步擴(kuò)展為流SIMD擴(kuò)展2（SSE2）：用144條新指令擴(kuò)展Intel MMX技術(shù)和SSE擴(kuò)展，它包括支持： 128位SIMD整數(shù)算術(shù)操作。 128位SIMD雙精度浮點(diǎn)操作。128 位指令設(shè)計(jì)以支持媒體和科學(xué)應(yīng)

6、用。由這些指令所用的向量操作數(shù)允許應(yīng)用程序在多個(gè)向量元素上并行操作。元素能是整數(shù)（從字節(jié)至四字）或浮點(diǎn)數(shù)（單精度或雙精度）。算術(shù)運(yùn)算產(chǎn)生有符號(hào)的、無符號(hào)的和/或混合的結(jié)果。92.1.2 8086性能的提高x86系列系列芯片的發(fā)展的一個(gè)重要方面是提高性能。1.利用流水線技術(shù)提高操作的并行性提高性能的一個(gè)重要方面是利用超大規(guī)模集成電路的工藝與制造技術(shù)提高芯片的主頻。即減少一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。提高性能的另一重要方面是縮短執(zhí)行指令的時(shí)鐘周期數(shù)。在8086中，利用流水線把取指令與執(zhí)行指令重疊，減少了等待取指令的時(shí)間，從而使大部分指令的執(zhí)行為四個(gè)時(shí)鐘周期。80386利用芯片內(nèi)由6個(gè)能并行操作的功能部件組成

7、，從而使執(zhí)行一條指令縮短為兩個(gè)時(shí)鐘周期。1080486將80386處理器的指令譯碼和執(zhí)行部件擴(kuò)展成五級(jí)流水線，進(jìn)一步增強(qiáng)了其并行處理能力，在五級(jí)流水線中最多可有五條指令被同時(shí)執(zhí)行，每級(jí)都能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，80486微處理器最快能夠在每個(gè)CPU時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。到了奔騰處理器增加了第二個(gè)執(zhí)行流水線以達(dá)到超標(biāo)量性能（兩個(gè)已知的流水線u和v，一起工作能實(shí)現(xiàn)每個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行兩條指令）。Intel Pentium 4處理器是第一個(gè)基于Intel NetBurst微結(jié)構(gòu)的處理器。Intel NetBurst微結(jié)構(gòu)是新的32bit微結(jié)構(gòu)，它允許處理器能在比以前的X86系列處理器更高的時(shí)鐘速度

8、和性能等級(jí)上進(jìn)行操作。Intel Pentium 4處理器有快速的執(zhí)行引擎、Hyper流水線技術(shù)與高級(jí)的動(dòng)態(tài)執(zhí)行。使指令執(zhí)行的并行性進(jìn)一步提高，從而做到在一個(gè)時(shí)鐘周期中可以執(zhí)行多條指令。112.引入片內(nèi)緩存（CACHE）隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的集成度和工作速度都有了極大的提高。但是，相對(duì)于CPU的工作速度仍然至少差一個(gè)數(shù)量級(jí)。為了減少?gòu)拇鎯?chǔ)器中取指令與數(shù)據(jù)的時(shí)間，利用指令執(zhí)行的局部性原理，把近期可能要用到的指令與數(shù)據(jù)放在工作速度比主存儲(chǔ)器更高（當(dāng)然，容量更小）的緩存中。這樣的思想，進(jìn)一步在處理器中實(shí)現(xiàn)，即在處理器芯片中實(shí)現(xiàn)了緩存。目前，通常在處理器芯片上有指令和數(shù)據(jù)分開的一級(jí)緩

9、存與指令與數(shù)據(jù)混合的二級(jí)緩存。且緩存的容量越來越大。從而進(jìn)一步提高了處理器的性能。總之，x86系列系列處理器芯片就是沿著這樣的思路發(fā)展的。因此，8086是x86系列系列處理器的基礎(chǔ)。而且，任一種x86系列處理器芯片在上電后，就是處在8086的實(shí)模式。根據(jù)需要，用指令進(jìn)入各種操作模式。所以，學(xué)習(xí)x86系列處理器必須學(xué)習(xí)掌握8086，也只能從8086入手。12從指令，從編程來說，幾乎沒有用匯編語言來使用浮點(diǎn)指令、MMX指令與XMM指令的，都是通過高級(jí)語言來使用這些指令的。因而，絕大部分程序員，除了編寫操作系統(tǒng)代碼的外，面對(duì)x86系列處理器的指令，實(shí)際上是面對(duì)8086指令。因此，本書從8086入手來

10、學(xué)習(xí)與掌握x86系列處理器。13148086/8088 CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同均由兩個(gè)獨(dú)立的工作部件組成 一個(gè)稱為執(zhí)行部件（EU） 一個(gè)稱為總線接口部件 （BIU）2.2 8086的功能結(jié)構(gòu)BIU包括：4個(gè)16位的段地址寄存器(CS、DS、SS、ES)；1個(gè)16位的指令指針寄存器IP；1個(gè)20位的地址加法器；指令隊(duì)列寄存器；內(nèi)部寄存器；輸入輸出總線控制邏輯；EU包括：4個(gè)16位的通用數(shù)據(jù)寄存器(AX、BX、CX、DX)；4個(gè)16位的專用寄存器(BP、SP、SI、DI)；1個(gè)16位的標(biāo)志寄存器FR；2.2 8086的功能結(jié)構(gòu)158086CPU從功能上來說分成兩大部分：總線接口單元BIU（Bus

11、 Interface Unit）和執(zhí)行單元EU（Execution Unit）。BIU負(fù)責(zé)8086CPU與存儲(chǔ)器之間的信息傳送。具體地說，即BIU負(fù)責(zé)從內(nèi)存的指定單元取出指令，送至指令流隊(duì)列中排隊(duì)（8086的指令流隊(duì)列是6個(gè)字節(jié)）；在執(zhí)行指令時(shí)所需的操作數(shù)，也由BIU從內(nèi)存的指定區(qū)域取出，傳送給EU部分去執(zhí)行。EU部分負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。其中主要由數(shù)據(jù)寄存器、指針寄存器與算術(shù)邏輯單元（ALU）組成。這樣，取指部分與執(zhí)行指令部分是分開的，于是在一條指令的執(zhí)行過程中，就可以取出下一條（或多條）指令，在指令流隊(duì)列中排隊(duì)。在一條指令執(zhí)行完以后就可以立即執(zhí)行下一條指令，減少了CPU為取指令而等待的時(shí)間，提高

12、了CPU的利用率，提高了整個(gè)運(yùn)行速度。168086CPU外部數(shù)據(jù)總線為16位、指令隊(duì)列為6字節(jié)指令隊(duì)列的設(shè)置使指令的取出與執(zhí)行并行進(jìn)行，以提高了程序的運(yùn)行速度 178086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)寄存器是中央處理器內(nèi)的組成部份寄存器是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、數(shù)據(jù)和地址。指令:確定運(yùn)算與操作數(shù)據(jù):運(yùn)算或讀寫操作的對(duì)象地址:標(biāo)記和確定內(nèi)存空間中具體的存儲(chǔ)位置地址加法器的作用是根據(jù)段寄存器存放的段基地址與EU送出的16位偏移地址計(jì)算得到20位的實(shí)際地址 輸出輸入控制電路實(shí)現(xiàn)總線控制，決定讀或?qū)?、?duì)內(nèi)存或?qū)/O接口 取指令、指令譯碼、產(chǎn)生并傳送操作信號(hào) 18算術(shù)邏輯單元（運(yùn)

13、算器）8個(gè)通用寄存器1個(gè)標(biāo)志寄存器EU部分控制電路執(zhí)行部件EU的組成及作用取指令，指令譯碼執(zhí)行指令，完成運(yùn)算19總線接口部件BIU的組成及作用地址加法器6字節(jié)指令隊(duì)列緩沖器4個(gè)16位段寄存器16位指令指針寄存器輸入輸出控制電路計(jì)算20位的存儲(chǔ)器地址完成CPU與內(nèi)存間以及CPU與I/O接口間的信息傳送分兩種情況:預(yù)取指令時(shí)：利用CPU執(zhí)行指令而總線空閑，從內(nèi)存中取出指令放入指令隊(duì)列(等待CPU取走)EU執(zhí)行指令時(shí)：按EU的指令，向內(nèi)存或I/O接口寫運(yùn)算結(jié)果，從內(nèi)存或I/O接口取數(shù)據(jù)控制外部總線，保證各種信息的正確傳送指令隊(duì)列緩沖器指令隊(duì)列緩沖器8086 的指令隊(duì)列為6個(gè)字節(jié)8088 的指令隊(duì)列為

14、4個(gè)字節(jié)指令隊(duì)列緩沖器的指令存放狀態(tài)順序指令執(zhí)行：指令隊(duì)列存放緊接在執(zhí)行指令后面的那一條指令執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令：立即清除指令隊(duì)列中的內(nèi)容，從新的地址取入指令，并立即送往執(zhí)行單元，然后再?gòu)男聠卧_始重新填滿隊(duì)列實(shí)現(xiàn)CPU的流水線處理操作指令隊(duì)列是用來暫存指令的一組寄存器，按“先進(jìn)先出”原則讀寫。在8086/8088 CPU中，只要指令隊(duì)列未填滿，BIU就從外部存儲(chǔ)器取指令并放入指令隊(duì)列中；另一方面，只要指令隊(duì)列中不空，EU就可將指令隊(duì)列中已有的指令取出執(zhí)行，這樣BIU和EU按并行方式重疊操作，大大提高了CPU的利用率，也降低了CPU對(duì)存儲(chǔ)器、I/O端口存取速度的要求。8086CPU中的指令隊(duì)列緩沖器長(zhǎng)

15、度為6個(gè)字節(jié)，而8088CPU只有4個(gè)字節(jié)。21如前所述，在8080與8085以及標(biāo)準(zhǔn)的8位微處理器中，程序的執(zhí)行是由取指和執(zhí)行指令的循環(huán)來完成的。即執(zhí)行的順序?yàn)槿〉谝粭l指令，執(zhí)行第一條指令；取第二條指令，執(zhí)行第二條指令；直至取最后一條指令，執(zhí)行最后一條指令。這樣，在每一條指令執(zhí)行完以后，CPU必須等待到下一條指令取出來以后才能執(zhí)行。所以，它的工作順序如圖2-2所示。但在8086中，由于BIU和EU是分開的，所以，取指和執(zhí)行可以重疊并行。它的執(zhí)行順序如圖2-3所示。于是就大大減少了等待對(duì)取指所需的時(shí)間，提高了CPU的利用率。一方面可以提高整個(gè)程序的執(zhí)行速度，另一方面又降低了與之相配的存儲(chǔ)器的存

16、取速度的要求。這種重疊的操作技術(shù)，過去只在大型機(jī)中才使用稱為流水線，在X86系列系列微處理器中得到了廣泛的使用與提高。在遇到系統(tǒng)復(fù)位或執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令等特殊情況，指令隊(duì)列被刷新時(shí)，EU才需要等待BIU進(jìn)行取指操作?；蛘咴贓U需要操作數(shù)而BIU正忙時(shí)， EU需要等待BIU執(zhí)行完當(dāng)前的操作，再去取操作數(shù)，等到EU得到操作數(shù)以后，才能進(jìn)行這條指令的執(zhí)行操作。232.3 8086微處理器的執(zhí)行環(huán)境本節(jié)描述匯編語言程序員看到的8086處理器的執(zhí)行環(huán)境。它描述處理器如何執(zhí)行指令及如何存儲(chǔ)和操作數(shù)據(jù)。執(zhí)行環(huán)境包括內(nèi)存（地址空間）、通用數(shù)據(jù)寄存器、段寄存器、標(biāo)志寄存器（EFLAGES）和指令指針寄存器等。242.

17、3.1 基本執(zhí)行環(huán)境概要在8086處理器上執(zhí)行的程序或任務(wù)都有一組執(zhí)行指令的資源用于存儲(chǔ)代碼、數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。這些資源構(gòu)成了8086處理器的執(zhí)行環(huán)境。地址空間。8086處理器上運(yùn)行的任一任務(wù)或程序能尋址1MB（220）字節(jié)的線性地址空間?；境绦驁?zhí)行寄存器。八個(gè)通用寄存器、四個(gè)段寄存器、標(biāo)志寄存器FLAGS和IP（指令指針）寄存器組成了執(zhí)行通用指令的基本執(zhí)行環(huán)境。這些指令執(zhí)行字節(jié)、字整型數(shù)的基本整數(shù)算術(shù)運(yùn)算，處理程序流程控制，在字節(jié)串上操作并尋址存儲(chǔ)器。25堆棧（stack）。為支持過程或子程序調(diào)用并在過程或子程序之間傳遞參數(shù)，堆棧和堆棧管理資源包含在基本執(zhí)行環(huán)境中。堆棧定位在內(nèi)存中。I/O端

18、口。8086結(jié)構(gòu)支持?jǐn)?shù)據(jù)在處理器和輸入輸出（I/O）端口之間的傳送。8086處理器的基本執(zhí)行環(huán)境如圖2-4所示。26272.3.2 基本的程序執(zhí)行寄存器處理器為了應(yīng)用程序編程提供了如圖2-4所示的14個(gè)基本程序執(zhí)行寄存器。這些寄存器能分組如下： 通用寄存器。這八個(gè)寄存器能用于存放操作數(shù)和指針。 段寄存器。這些寄存器最多能保存四個(gè)段選擇子。 FLAGS（程序狀態(tài)和控制）寄存器。FLAGS寄存器報(bào)告正在執(zhí)行的程序的狀態(tài)，并允許有限地（應(yīng)用程序級(jí)）控制處理器。 IP（指令指針）寄存器。IP寄存器包合下一條要執(zhí)行的指令的16位指針。281通用寄存器八個(gè)32位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SI、DI

19、、BP和SP用于處理以下項(xiàng)： 邏輯和算術(shù)操作的操作數(shù)； 用于地址計(jì)算的操作數(shù)； 內(nèi)存指針。雖然所有這些寄存器都可用于存放操作數(shù)、結(jié)果和指針，但在引用SP寄存器時(shí)要特別小心。SP寄存器保持堆棧指針，通常不要用于其它目的。2930這些通用寄存器中的前四個(gè)，即AX、BX、CX、DX通常稱為數(shù)據(jù)寄存器，用以存放操作數(shù)。后四個(gè)，即SI、DI、BP、SP通常稱為指針寄存器。雖然它們也可以存放操作數(shù)，但主要用作地址指針。數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX和DX又可以分別作為AH、BH、CH和DH（高字節(jié)）以及AL、BL、CL和DL（低字節(jié)）8位寄存器引用，如圖2-5所示。SP是堆棧指針，稱為堆棧指針寄存器，它與段寄

20、存器SS一起確定在堆棧操作時(shí)，堆棧在內(nèi)存中的位置。BP（Base Pointer Register），稱作基址指針寄存器，尋址堆棧操作數(shù)時(shí)，也是尋址堆棧段。SI（Source Index Register）和DI（Destination Index Register）常用于串操作。SP給出棧頂?shù)钠频刂?。BP則是用來存放位于堆棧段中的一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)基址的偏移地址的。31堆棧是一個(gè)按照后進(jìn)先出（LIFO）的原則存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域。堆棧的作用是為了在調(diào)用子程序（或轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序）時(shí)，把斷點(diǎn)及有關(guān)的寄存器、標(biāo)志位及時(shí)正確地保存下來，并保證逐次正確返回。利用堆棧指針SP可以實(shí)現(xiàn)對(duì)棧區(qū)的自動(dòng)管理。例如：要

21、把AX寄存器中的內(nèi)容壓入堆棧，用入棧指令PUSH AX（設(shè)SP原值為1000H），其操作過程如下所示：第一步：先把SPlSP，然后把AH（高位字節(jié)）送入SP所指單元（即SP=1FFFH）；第二步：再次使SP1SP，把AL（低位字節(jié)）送至SP所指單元（此時(shí)SP=1FFEH）；數(shù)據(jù)出棧操作與入棧過程正相反：彈出時(shí)，先把AL內(nèi)容彈出，然后修改SP1SP；再把AH內(nèi)容彈出，再修改SP1SP。322段寄存器段寄存器（CS、DS、SS、ES）保存16位段選擇子。一個(gè)段選擇子是標(biāo)志內(nèi)存中一個(gè)段的特殊指針。為訪問在內(nèi)存中的具體段，此段的段選擇子必須存在于適當(dāng)?shù)亩渭拇嫫髦小．?dāng)寫應(yīng)用程序代碼時(shí)，程序用匯編程序的命

22、令和符號(hào)建立段選擇子。然后匯編程序和別的工具建立與這些命令和符號(hào)相關(guān)的實(shí)際段選擇子值。若寫系統(tǒng)代碼，程序員可能需要直接建立段選擇子。當(dāng)使用分段存儲(chǔ)模式時(shí)，初始，每一個(gè)段寄存器用不同的段選擇子加載，所以每個(gè)段寄存器指向線性地址空間中的不同的段。如圖2-6所示。任何時(shí)候，一個(gè)程序能訪問多至線性地址空間中的四個(gè)段。為訪問未由一個(gè)段寄存器指向的段，程序必須首先把要訪問的段的段選擇子加載至一個(gè)段寄存器。3334每個(gè)段寄存器與三種存儲(chǔ)類型之一相關(guān)：代碼、數(shù)據(jù)或堆棧。例如，CS寄存器包含代碼段的段選擇子，其中存放正在執(zhí)行的指令。處理器用在CS寄存器中的段選擇子和IP寄存器中的內(nèi)容組成的邏輯地址取下一條要執(zhí)行

23、的指令。CS寄存器不能由應(yīng)用程序直接加載，而是由改變程序控制的指令或內(nèi)部處理器指令（例如，過程調(diào)用、中斷處理）隱含加載。DS、ES寄存器指向兩個(gè)數(shù)據(jù)段。兩個(gè)數(shù)據(jù)段的可用性，允許有效而又安全地訪問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同類型。例如，可只建立兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)段：一個(gè)用于當(dāng)前模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，另一個(gè)用于從較高級(jí)模塊輸出的數(shù)據(jù)。為了訪問附加的數(shù)據(jù)段，應(yīng)用程序必須按需要把這些段的段選擇子加載至DS、ES寄存器中。SS寄存器包含堆棧段的段選擇子。所有的堆棧操作都用SS以找到堆棧段。不像CS寄存器，SS寄存器能顯式加載。它允許應(yīng)用程序設(shè)置多個(gè)堆棧并在堆棧之間切換。353FLAGS寄存器16位FLAGS寄存器包含一組狀態(tài)標(biāo)

24、志、一個(gè)控制標(biāo)志一個(gè)系統(tǒng)標(biāo)志。反映處理器的狀態(tài)和運(yùn)算結(jié)果的某些特征。圖2-7定義了此寄存器中的標(biāo)志。在處理器初始化（由RESET腳或INIT腳有效）之后，F(xiàn)LAGS寄存器是0002H。此寄存器的位1、3、5、12-15保留。軟件不能用或依賴于這些位中的任一個(gè)。FLAGS寄存器中以下指令能用于標(biāo)志組與堆?；駻X寄存器之間的移動(dòng)：LAHF、SAHF、PUSHF、POPF。在FLAGS寄存器的內(nèi)容已經(jīng)傳送至過程堆?；駻X寄存器之后，標(biāo)志能作修改。當(dāng)調(diào)用中斷或異常處理時(shí)，處理器自動(dòng)保存FLAGS寄存器的狀態(tài)至堆棧上。36（1）狀態(tài)標(biāo)志FLAGS寄存器的狀態(tài)標(biāo)志（位0、2、4、6、7和11）指示算術(shù)指令

25、，例如ADD、SUB、MUL和DIV指令的結(jié)果的一些特征。狀態(tài)標(biāo)志的功能如下： 進(jìn)位標(biāo)志CF（Carry Flag）當(dāng)結(jié)果的最高位（字節(jié)操作時(shí)的D7或字操作時(shí)的Dl5、雙字操作的D31）產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位或借位，則C1，否則為0。這個(gè)標(biāo)志主要用于多字節(jié)數(shù)的加、減法運(yùn)算。移位和循環(huán)指令也能夠把存儲(chǔ)器或寄存器中的最高位（左移時(shí)）或最低位（右移時(shí)）放入標(biāo)志CF中。 輔助進(jìn)位標(biāo)志AF（Auxitiary Carry Flag）在字節(jié)操作時(shí)，則由低半字節(jié)（一個(gè)字節(jié)的低4位）向高半字節(jié)有進(jìn)位或借位，則AF1，否則為0。這個(gè)標(biāo)志用于十進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算指令中。37 溢出標(biāo)志OF（Overflow Flag）在算術(shù)運(yùn)算中

26、，帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超出了8位、16位帶符號(hào)數(shù)能表達(dá)的范圍，即在字節(jié)運(yùn)算時(shí)+127或128，在字運(yùn)算時(shí)+32767或32768此標(biāo)志置位，否則復(fù)位。一個(gè)任選的溢出中斷指令，在溢出情況下能產(chǎn)生中斷。 符號(hào)標(biāo)志SF（Sign Flag）它的值與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同。即結(jié)果的最高位（字操作時(shí)為D15）為1，則SF1；否則，SF0。 由于在X86系列結(jié)構(gòu)微處理器中，符號(hào)數(shù)是用補(bǔ)碼表示的，所以S表示了結(jié)果的符號(hào)，SF=0為正，SF=1為負(fù)。 奇偶標(biāo)志PF（Parity Flag）若操作結(jié)果中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則PF1，否則PF0。這個(gè)標(biāo)志可用于檢查在數(shù)據(jù)傳送過程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。 38 零標(biāo)志ZF（Ze

27、ro Fiag）若運(yùn)算的結(jié)果為0，則ZF1，否則ZF0在這些狀態(tài)標(biāo)志中，只有進(jìn)位標(biāo)志CF能用指令STC（設(shè)置進(jìn)位位）、CLC（清除進(jìn)位位）和CMC（進(jìn)位位取反）直接進(jìn)行修改。也可以用位操作指令（BT、BTS、BTR和BTC）拷貝規(guī)定位至CF標(biāo)志。這些狀態(tài)標(biāo)志允許單算術(shù)操作以產(chǎn)生三種不同數(shù)據(jù)類型的結(jié)果：無符號(hào)整數(shù)、符號(hào)整數(shù)和BCD整數(shù)。若算術(shù)操作的結(jié)果作為無符號(hào)整數(shù)對(duì)待，CF標(biāo)志指示超出范圍（進(jìn)位或借位）；若作為符號(hào)整數(shù)（2的補(bǔ)碼值）對(duì)待，OF標(biāo)志指示是否超出范圍；若作為BCD數(shù)對(duì)待，AF標(biāo)志指示進(jìn)位或借位。 SF標(biāo)志指示符號(hào)整數(shù)的符號(hào)。ZF標(biāo)志指示符號(hào)整數(shù)或無符號(hào)整數(shù)是否為0；CF用于與帶進(jìn)位

28、加/減指令一起產(chǎn)生適當(dāng)?shù)倪M(jìn)位或借位。39（2）控制標(biāo)志EFLAGS寄存器的控制標(biāo)志（位8、9、10）指示程序和機(jī)器運(yùn)行的狀況?？刂茦?biāo)志的功能如下： 方向標(biāo)志D（Direction Flag） 若用指令置DF1，則引起串操作指令為自動(dòng)減量指令，也就是從高地址到低地址或是“從右到左”來處理串；若使DF0，則串操作指令就為自動(dòng)增量指令。STD和CLD指令分別地設(shè)置和清除 DF 標(biāo)志。 中斷允許標(biāo)志IF（Interrupt-enable Flag）若指令中置IF1，則允許CPU去接收外部的可屏蔽的中斷請(qǐng)求；若使IF0，則屏蔽上述的中斷請(qǐng)求；對(duì)內(nèi)部產(chǎn)生的中斷不起作用。40 追蹤標(biāo)志TF（Trace Fl

29、ag）置IF標(biāo)志，使處理進(jìn)入單步方式，以便于調(diào)試。在這個(gè)方式下，CPU在每條指令執(zhí)行以后，產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部的中斷，允許程序在每條指令執(zhí)行完以后進(jìn)行檢查。414指令指針指令指針（IP）寄存器包含下一條要執(zhí)行的指令在當(dāng)前碼段中的偏移。指向微處理器在程序中順序?qū)ぶ反a段中的下一條指令。通常，它是順序增加的，從一條指令邊界至下一條指令，但在執(zhí)行JMP、Jcc、CALL、RET和IRET等指令時(shí)，它可以向前或向后移動(dòng)若干條指令。IP寄存器不能直接由軟件訪問；它由控制傳送指令（例如，JMP、Jcc、CALL和RET）、中斷和異常隱含控制。讀IP寄存器的唯一方法是執(zhí)行一條CALL指令，然后從堆棧中讀指令指針的返

30、回值。IP寄存器能由修改過程堆棧上指令指針的返回值并執(zhí)行返回指令（RET或IRET）來間接修改。422.3.3 存儲(chǔ)器組織處理器在它的總線上尋址的存儲(chǔ)器稱為物理存儲(chǔ)器。物理存儲(chǔ)器按字節(jié)序列組織。每個(gè)字節(jié)賦予一個(gè)唯一的地址，稱為物理地址。物理地址空間的范圍從02201（1MB）的最大值。事實(shí)上設(shè)計(jì)與8086處理器一起工作的任何操作系統(tǒng)和執(zhí)行程序都使用處理器的存儲(chǔ)管理設(shè)施訪問存儲(chǔ)器。這些設(shè)施提供例如分段特性以允許有效地和可靠地管理存儲(chǔ)器。438086有20條地址引線，它的直接尋址能力為2201M字節(jié)。所以，在一個(gè)8086組成的系統(tǒng)中，可以有多達(dá)1M字節(jié)的存儲(chǔ)器。這1M字節(jié)邏輯上可以組織成一個(gè)線性矩

31、陣。地址從00000H到FFFFFH。給定一個(gè)20位的地址，就可以從這1M字節(jié)中取出所需要的指令或操作數(shù)；但是，在8086內(nèi)部，這20位地址是如何形成的呢?如前所述，8086內(nèi)部的ALU能進(jìn)行16位運(yùn)算，有關(guān)地址的寄存器如SP、IP，以及BP、SI、DI等也都是16位的，因而8086對(duì)地址的運(yùn)算也只能是16位。這就是說，對(duì)于8086來說，各種尋址方式，尋找操作數(shù)的范圍最多只能是64K字節(jié)。 44所以，整個(gè)1M字節(jié)存儲(chǔ)器以64K為范圍分為若干段。在尋址一個(gè)具體物理單元時(shí)，必須要由一個(gè)基地址再加上由SP或IP或BP或SI或DI等可由CPU處理的16位偏移量來形成實(shí)際的20位物理地址。這個(gè)基地址就是

32、由8088中的段寄存器，即代碼段寄存器CS、堆棧段寄存器SS、數(shù)據(jù)段寄存器DS以及附加段寄存器ES中的一個(gè)來形成的。在形成20位物理地址時(shí)，段寄存器中的16位數(shù)會(huì)自動(dòng)左移4位，然后與16位偏移量相加，如圖2-8所示。 4546存儲(chǔ)器地址的兩種表示方式物理地址和邏輯地址是兩種存儲(chǔ)單元地址的表示和標(biāo)記方法物理地址：存儲(chǔ)單元所具有的實(shí)際地址由20位二進(jìn)制代碼構(gòu)成邏輯地址：在程序中（指令中）書寫和使用的地址由兩部分構(gòu)成段基地址 ：偏移地址例：假設(shè) （ DS）=3200H若指令中給出的偏移地址： 1050H物理地址 = 3200H10H +1050H= 33050H邏輯地址到物理地址的變換例邏輯地址也稱

33、相對(duì)地址或虛擬地址，它是目標(biāo)程序中的地址。物理地址也稱絕對(duì)地址或?qū)嵉刂?，它是物理存貯器的單元地址。物理地址段基地址16偏移地址。BIU中的地址加法器，實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換左移4位48每次在需要產(chǎn)生一個(gè)20位地址的時(shí)候，一個(gè)段寄存器會(huì)自動(dòng)被選擇，且能自動(dòng)左移4位再與一個(gè)16位的地址偏移量相加，以產(chǎn)生所需要的20位物理地址。每當(dāng)是取指令的時(shí)候，則自動(dòng)選擇代碼段寄存器CS，再加上由IP所決定的16位偏移量，計(jì)算得到要取的指令的物理地址。每當(dāng)是涉及到一個(gè)堆棧操作時(shí)，則自動(dòng)選擇堆棧段寄存器SS，再加上由SP所決定的16位偏移量，計(jì)算得到堆棧操作所需要的20位物理地址。每當(dāng)涉及到一個(gè)操作數(shù)，則自動(dòng)

34、選擇數(shù)據(jù)段寄存器DS或附加段寄存器ES，再加上16位偏移量，計(jì)算得到操作數(shù)的20位物理地址。而16位偏移量，可以是包含在指令中的直接地址，也可以是某一個(gè)16位地址寄存器的值，也可以是指令中的位移量加上16位地址寄存器中的值等等，這取決于指令的尋址方式。49在8086系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器的訪問，如圖2-9所示。段首地址、段基地址和偏移地址70002H12H70000H0 0 0 0段基地址（16位）段首地址(20位) 偏移地址=0002H每個(gè)段都從低4位為0的存儲(chǔ)單元開始段首地址的高16位稱為段基地址偏移地址為相對(duì)于段首地址的偏移量00H一定為051存儲(chǔ)器的邏輯分段原則 編程時(shí)，存儲(chǔ)器單元地址由段地址

35、和偏移量表示，二者結(jié)合稱為邏輯地址。段寄存器16位，存放段起始地址的高16位，稱為段基址，低4位指定為0000B。在存儲(chǔ)器管理中，從0地址單元開始，每16個(gè)字節(jié)為一小段，稱為節(jié)（Paragraph）。節(jié)起始地址的低4位也是0000B，顯然段起始地址必須是節(jié)起始地址。 將段基址左移4位與偏移地址相加，即為某一存儲(chǔ)器單元的物理地址，也稱為絕對(duì)地址。物理地址段基址16偏移地址 52在不改變段寄存器值的情況下，尋址的最大范圍是64KB。所以，若有一個(gè)任務(wù)，它的程序長(zhǎng)度、堆棧長(zhǎng)度以及數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度都不超過64KB，則可在程序開始時(shí)，分別給DS、SS、ES置值，然后在程序中就可以不再考慮這些段寄存器，程序就可以在各自的區(qū)域中正常地進(jìn)行工作。若某一個(gè)任務(wù)所需的總的存儲(chǔ)器長(zhǎng)度（包括程序長(zhǎng)度、堆棧長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等）不超過64KB，則可在程序開始時(shí)使CS、SS、DS相等，程序也能正常地工作。 53規(guī)則字與非規(guī)則字存放一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)地址如果是偶數(shù)地址，則稱為“規(guī)則字”存放一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)地址如果是奇數(shù)地址，則稱為“非規(guī)則字”存取“規(guī)則字”與“非規(guī)則字”，其操作過程不同(即所使用的總線周期數(shù)不同)54在8086系