計算機的編程結構課件

1、計算機的編程結構課件計算機的編程結構課件默認16位段+偏移尋址組合段偏移地址主要用途CSIP指令地址SSSP或BP堆棧地址DSBX,SI,DI,變量名，8或16位數(shù)數(shù)據(jù)地址ESDI（目的串偏移地址）目的串地址 牛牛文庫文檔分享默認16位段+偏移尋址組合段偏移地址主要用途CSIP指令地址默認32位段+偏移尋址組合段偏移地址主要用途CSEIP指令地址SSESP或EBP堆棧地址DSEAX,EBX,ECX,EDX,ESI,EDI,變量名，8或32位數(shù)數(shù)據(jù)地址ESEDI（目的串偏移地址）目的串地址FS無默認一般地址GS無默認一般地址 牛牛文庫文檔分享默認32位段+偏移尋址組合段偏移地址主要用途CSEIP

2、指令地微機硬件系統(tǒng)用總線將微處理器、存儲器和各種輸入輸出設備接口電路連接在一起的計算機體系結構存儲器 ROM存儲器 RAM微處理器CPU I/O接口 I/O設備ABDBCB 牛牛文庫文檔分享微機硬件系統(tǒng)用總線將微處理器、存儲器和各種輸入輸出設備接口電計算機的編程結構1.連接系統(tǒng)各部件2.在部件間傳送數(shù)據(jù)3.數(shù)據(jù)分類：數(shù)值、地址、命令或狀態(tài)總線部件算術運算和邏輯運算寄存器：分別命名內(nèi)存：按字節(jié)統(tǒng)一編址I/O端口：每一個端口分配1個地址 牛牛文庫文檔分享計算機的編程結構1.連接系統(tǒng)各部件總線部件算術運算和邏輯運算寄存器1)通用寄存器8個32位寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、

3、ESI和EDI8個16位寄存器：AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI和DI8個8位寄存器：AH、BH、CH、DH、AL、BL、CL和DL2)段寄存器：CS、DS、ES、SS、FS和GS 3)指令指針寄存器：EIP(32位)和IP(16位)4)FLAGS（標志）寄存器：EFR(32位)和FR(16位) 牛牛文庫文檔分享寄存器1)通用寄存器 牛牛文庫文檔寄存器16位AXBXCXDXSPBPSIDI8位 8位32位AH ALBH BLCH CLDH DLEAXEBXECXEDXESPEBPESIEDIIPFLAGSEIPEFLAGSCSDSESSSFSGS 牛牛文庫文檔分享寄存器16位AXBXC

4、XDXSPBPSIDI8位 通用寄存器作用：通用寄存器經(jīng)常被用來存放操作數(shù)和運算結果，有些也可以存放地址各個寄存器的專用目的EAX/AX/AL累加器（Accumulator）使用頻度最高，用于算術和邏輯運算，串操作及I/O操作指令EBX/BX基址寄存器（Base Address Register）在某些尋址方式中存放地址偏移量ECX/CX計數(shù)寄存器（Count Register）在循環(huán)、移位和串操作等指令中作隱含計數(shù)器EDX/DX數(shù)據(jù)寄存器（Data Register）在雙/四字長運算中存放高位數(shù)據(jù)，且DX存放I/O端口地址 牛牛文庫文檔分享通用寄存器作用：通用寄存器經(jīng)常被用來存放操作數(shù)和運算

5、結果，有通用寄存器ESP/SP堆棧指針寄存器（Stack Pointer Register）作用：存放當前堆棧棧頂單元的偏移地址注意：ESP/SP只能在棧操作中提供棧頂偏移地址EBP/BP基址指針寄存器（Base Pointer Register） 在某些尋址方式中，參與形成堆棧存儲單元的有效地址注意：ESP/SP和EBP/BP與SS聯(lián)合使用，確定堆棧段中存儲單元的物理地址，用于堆棧內(nèi)存單元的尋址BX作為基址寄存器指向數(shù)據(jù)段；BP作為基址寄存器指向堆棧段。 牛牛文庫文檔分享通用寄存器ESP/SP堆棧指針寄存器BX作為基址寄存器指向通用寄存器ESI/SI和EDI/DI的作用：在內(nèi)存操作數(shù)尋址中提

6、供內(nèi)存單元的偏移地址在串操作中，2寄存器的專用目的：ESI/SI源變址寄存器（Source Index Register）在串操作中存放源串偏移地址EDI/DI目的變址寄存器（Destination Index Register）在串操作中存放目的串的偏移地址EBX/BX、ESI/SI和EDI/DI作為地址指針默認地指向數(shù)據(jù)段；而EBP/BP作為地址指針默認地指向堆棧段 牛牛文庫文檔分享通用寄存器ESI/SI和EDI/DI的作用：EBX/BX、E段寄存器存儲器分段管理的原因：8086有20條地址線最大可編址：220=1MB內(nèi)存空間8086CPU內(nèi)部地址寄存器為16位16位寄存器尋址范圍：216

7、=64KB 牛牛文庫文檔分享段寄存器存儲器分段管理的原因： 牛段寄存器解決方案：用2個16位寄存器描述內(nèi)存單元地址分段管理內(nèi)存實施辦法：將正運行程序的指令、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)暫存數(shù)據(jù)分別放在不同段中段寄存器提供各段首地址的高16位（段基值）由段基值和有效地址（偏移地址）合成內(nèi)存單元的物理地址段容量：64KB 牛牛文庫文檔分享段寄存器解決方案： 牛牛文庫文檔分段寄存器CS代碼段寄存器（Code segment Register）代碼段：存放當前正在運行的程序的指令SS堆棧段寄存器（Stack segment Register）堆棧段：存放按“后進先出”原則存取的數(shù)據(jù)DS數(shù)據(jù)段寄存器（Data segme

8、nt Register）數(shù)據(jù)段：存放原始數(shù)據(jù)和程序運行結果ES附加段寄存器（Extra segment Register）附加段：存放原始數(shù)據(jù)和程序運行的中間結果在串操作中存放目的操作數(shù)FS和GS32位微處理器中的附加段寄存器每個段寄存器用來確定一個邏輯段的起始地址 牛牛文庫文檔分享段寄存器CS代碼段寄存器（Code segment Reg段寄存器當前段1個程序劃分段的數(shù)目是任意的；由CS、SS、DS、ES、FS和GS指向的段是當前段；在一個程序運行的任一時刻，最多有6個當前段在一個程序運行的任一時刻，最少有1個當前段：即由CS指向的代碼段。需要時，編程更換段寄存器的內(nèi)容，可使其它段成為當前段

9、。例：某程序已建立2個數(shù)據(jù)段D1和D2：當DS指向D1時，D1是當前段；如程序需要訪問D2某存儲單元，必須編程將D2段首地址裝入DS，使D2成為當前數(shù)據(jù)段。 牛牛文庫文檔分享段寄存器當前段 牛牛文庫文檔分享段寄存器段基值：段寄存器內(nèi)容段基址：段首地址（20位）偏移地址/偏移量（有效地址）：一個內(nèi)存單元與它所在段的段基址之間的距離（以字節(jié)計算）。位移量：一個內(nèi)存單元與所在段內(nèi)另一內(nèi)存單元之間的距離（以字節(jié)計算）。注意：默認情況，每個段第一個字節(jié)的偏移地址等于0。偏移地址段基址段基值CSDSSSES位移量 牛牛文庫文檔分享段寄存器段基值：段寄存器內(nèi)容偏移地址段基址段基值CSDSSS代碼段(Code

10、 Segment)用途：存放程序的指令序列代碼段地址形成：段寄存器CS：提供代碼段段基值指令指針寄存器EIP/IP：指示代碼段的偏移地址CPU利用CSEIP(IP)合成欲取指令的物理地址 牛牛文庫文檔分享代碼段(Code Segment)用途：存放程序的指令序列w堆棧段(Stack Segment用途：1.存放中斷調(diào)用及子程序調(diào)用時程序保存的斷點2.存放程序使用的原始數(shù)據(jù)及中間結果堆棧段地址形成：堆棧段寄存器SS堆棧指針寄存器ESP/SP：指示堆棧棧頂?shù)钠频刂稢PU利用SSESP(SP)在堆棧頂部內(nèi)存單元存取數(shù)據(jù) 牛牛文庫文檔分享堆棧段(Stack Segment用途：www.niuwk數(shù)據(jù)

11、段(Data segment用途：存放運行程序所用原始數(shù)據(jù)及中間和最終結果數(shù)據(jù)段地址形成：數(shù)據(jù)段寄存器DS有效地址（EA）：各種存儲器尋址方式得到的內(nèi)存操作數(shù)的偏移地址CPU利用DSEA存取數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)串操作指定將數(shù)據(jù)段作為源操作數(shù)的存放區(qū)域，其地址由DSSI給出 牛牛文庫文檔分享數(shù)據(jù)段(Data segment用途：www.niuwk.附加段(Extra segment)用途：保存數(shù)據(jù)附加段地址形成：附加段寄存器ES有效地址（EA）：各種存儲器尋址方式得到的內(nèi)存操作數(shù)的偏移地址CPU利用ESEA存取附加段中的數(shù)據(jù)串操作指定將附加段作為目的操作數(shù)的存放區(qū)域，其地址由ESDI給出。 牛牛文庫文

12、檔分享附加段(Extra segment)用途：保存數(shù)據(jù)www.n指令指針寄存器（EIP/IP）（Instruction Pointer Register）功能：指示代碼段中要取出指令的偏移地址與代碼段段寄存器合成下一條欲取指令的物理地址CPU通過CSIP控制指令序列執(zhí)行的流程注意：程序運行過程中，IP值不斷修改 牛牛文庫文檔分享指令指針寄存器（EIP/IP）（Instruction Po標志寄存器（EFR/FR）（Extended Flag Register，縮寫EFR或Flags）（Flag Register，縮寫FR或Flag）功能：記錄程序執(zhí)行時的狀態(tài)或控制指令執(zhí)行8086提供1個16

13、位的標志寄存器其中共有9個常用標志位 牛牛文庫文檔分享標志寄存器（EFR/FR）（Extended Flag Re標志寄存器常用標志的分類6個狀態(tài)標志：名稱：CF，ZF，SF，PF，OF，AF功能：記錄程序運行結果的狀態(tài)信息3個控制標志名稱：DF，IF，TF 功能：控制微處理器的操作和系統(tǒng)所處的工作方式 牛牛文庫文檔分享標志寄存器常用標志的分類 牛牛文庫進位標志CF(Carry Flag)進位標志：CF作用：當運算結果的最高有效位有進位(加法)或借位(減法)時CF1，否則CF0。例1：3AH7CH=B6H 例2：AAH+7CH=(1)26H 00111010+ 01111100 1011011

14、0 10101010+ 01111100 100100110進位沒有進位：CF0有進位：CF1 牛牛文庫文檔分享進位標志CF(Carry Flag)進位標志：CF例1：3A零標志ZF(Zero Flag)零標志:ZF作用：若運算結果為0，則ZF=1；否則ZF=0例1：3AH+7CH=例2：84H+7CH= B6H結論：運算結果不是零，ZF0 (1)00H結論：運算結果是零，ZF1，CF=1 牛牛文庫文檔分享零標志ZF(Zero Flag)零標志:ZF例1：3AH+7符號標志SF(Sign Flag)符號標志：SF作用：運算結果最高位為1，SF=1；否則SF=0帶符號數(shù)的符號位指示了符號標志的狀

15、態(tài)例1： 3AH+7CH=B6H例2： 84H+7CH=(1)O0H 最高位D71，SF1 最高位D70，SF0 牛牛文庫文檔分享符號標志SF(Sign Flag)符號標志：SF例1： 3A奇偶標志PF(Parity Flag)奇偶標志：PF作用：運算結果低8位有偶數(shù)個“l(fā)” 時，PFl；否則PF0注意：置標志結果與操作數(shù)的長度無關例：3AH+7CH=B6H因為：B6H =10110110B結果中有5個1，是奇數(shù)，故PF0 牛牛文庫文檔分享奇偶標志PF(Parity Flag)奇偶標志：PF例：3A溢出標志OF(Overflow Flag)溢出標志：OF作用：若帶符號數(shù)算術運算結果超出給定位數(shù)

16、所能表示的范圍稱為溢出，則OF=1；否則OF=0下面以帶符號數(shù)加法為例例1：58+124=182換算為16進制：3AH+7CH=B6H結果產(chǎn)生溢出，OF1 牛牛文庫文檔分享溢出標志OF(Overflow Flag)溢出標志：OF下面何謂溢出CPU內(nèi)部用補碼表示符號數(shù)8位符號二進制整數(shù)數(shù)值范圍：-128 +12716位二進制數(shù)數(shù)值范圍：-32768+32767若運算結果超出上述范圍，就產(chǎn)生了溢出有溢出，說明運算結果出錯 牛牛文庫文檔分享何謂溢出CPU內(nèi)部用補碼表示符號數(shù)何謂溢出實例分析： 3AH+7CH=B6H分析1：因為上例即58+124=182，結果超出 128127范圍，故產(chǎn)生溢出，OF1

17、分析2：結果B6H的真值是74，原題為兩正數(shù)相加，結果顯然不應該是負數(shù)，故產(chǎn)生溢出，OF1 牛牛文庫文檔分享何謂溢出實例分析： 3AH+7CH=B6Hwww.niuwk如何判斷溢出判斷運算結果是否溢出的規(guī)則：兩個同號數(shù)相加(或兩個異號數(shù)相減)時，若運算結果的符號與原數(shù)據(jù)符號相反，表示溢出。其他情況，不會產(chǎn)生溢出 牛牛文庫文檔分享如何判斷溢出判斷運算結果是否溢出的規(guī)則：www.niuwk.CF和OF對比CF判斷無符號數(shù)運算結果是否超出范圍：8位運算：025616位運算：065535運算結果正確OF判斷符號數(shù)運算結果是否超出范圍：8位符號整數(shù)數(shù)值范圍: 128+12716位數(shù)數(shù)值范圍：32768+

18、32767運算結果不正確（數(shù)值部分進位至符號位） 牛牛文庫文檔分享CF和OF對比CF判斷無符號數(shù)運算結果是否超出范圍：www.如何使用CF和OFCPU對兩操作數(shù)進行運算時，按照無符號數(shù)求得結果，并設置CF；同時，根據(jù)該結果是否超出符號數(shù)數(shù)值范圍設置OF。在程序中具體應該利用哪個標志控制程序流向，由程序員決定。即如果參加運算的數(shù)被認為是無符號數(shù)，就應該關心CF，若認為是符號數(shù)，則要注意結果是否溢出。 牛牛文庫文檔分享如何使用CF和OFCPU對兩操作數(shù)進行運算時，按照無符號數(shù)求練習：符號數(shù)補碼運算練習1： 01100100+ 01100100 11001000結論：CF0 OF=1 結果出錯練習2

19、：練習3： 10101011+ 11111111 110101010結論：CF1 OF=0 結果正確 10101011+ 10001011 100110110結論：CF1 OF=1 結果出錯 牛牛文庫文檔分享練習：符號數(shù)補碼運算練習1： 01100100 11輔助進位標志AF（Auxiliary Carry Flag)輔助進位標志：AF作用：在進行字節(jié)算術運算時，若D3位(低半字節(jié))向D4位有進位（加法）或借位（減法）時，AFl；否則AF0說明：字加/減法、雙字加/減法則以D7位向D8位或D15位向D16位有無進/借位判斷應用： AF可用于BCD碼運算的調(diào)整例：3AH+2CH=66H 0011

20、1010+ 00101100 01100110半進位結果：D3有進位；AF1 牛牛文庫文檔分享輔助進位標志AF（Auxiliary Carry Flag)方向標志DF(Direction Flag)方向標志：DF作用：用于在串操作中控制地址變化的方向。設置DF=0，變址寄存器ESI/SI和EDI/DI自動增量設置DF=1，變址寄存器ESI/SI和EDI/DI自動減量 牛牛文庫文檔分享方向標志DF(Direction Flag)方向標志：DFw中斷允許標志IF(Interrupt-enable Flag)中斷允許標志：IF作用：用于控制外部可屏蔽中斷是否可以被CPU響應。設置IF=l，開中斷，C

21、PU響應外部可屏蔽中斷請求；設置IF=0，關中斷，CPU不響應外部可屏蔽中斷請求。 牛牛文庫文檔分享中斷允許標志IF(Interrupt-enable Fla單步標志TF(Trap Flag)單步標志：TF作用：用于控制CPU進入單步操作方式設置TF=0，CPU正常工作設置TF=l，CPU執(zhí)行完當前指令后產(chǎn)生單步中斷，然后由單步中斷服務程序把IF置0 。應用：在調(diào)試程序DEBUG中，可利用單步命令，在每條指令執(zhí)行完后停下來查看結果。 牛牛文庫文檔分享單步標志TF(Trap Flag)單步標志：TFwww.ni存儲器(Memory)CPU與內(nèi)存間的信息交換內(nèi)存單元簡介32位微處理器的工作方式存儲

22、器的段結構邏輯地址與物理地址 牛牛文庫文檔分享存儲器(Memory)CPU與內(nèi)存間的信息交換www.niu地址譯碼電路 MAR MDR 內(nèi)存控制電路控制CPUCPU地址CPU數(shù)據(jù)CPU與內(nèi)存間的信息交換內(nèi)存框圖內(nèi)存單元 牛牛文庫文檔分享地址譯碼電路 MDR 內(nèi)存控制電路控制C內(nèi)存單元簡介內(nèi)存單元：內(nèi)存中信息存取的基本單位（1個字節(jié)）內(nèi)存單元地址：無符號二進制整數(shù)內(nèi)存單元編號（例如8086系統(tǒng)）：內(nèi)存單元內(nèi)容：存放程序運行時使用的指令和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)以字節(jié)/字/雙字等數(shù)據(jù)類型存儲于內(nèi)存單元D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D021010H 牛牛文庫文檔分享內(nèi)存單元簡介內(nèi)存單元：內(nèi)存中信息存取的

23、基本單位（1個字節(jié)）D32位微處理器的工作方式實地址方式Real Address Mode虛擬地址方式(保護方式)Protected Virtual Address Mode虛擬8086方式Virtual 8086 Mode 牛牛文庫文檔分享32位微處理器的工作方式實地址方式32位微處理器的工作方式8086只能工作于實地址方式80286以上的微處理器工作于實模式或保護模式80386以上的微處理器可工作于實模式、保護模式和虛擬8086模式注意：1.DOS要求微處理器工作于實模式2.32位微處理器為向下兼容仍保留實模式3.80286以上的微處理器每次加電或復位后都默認地以實模式開始工作4.實模式下

24、，為8086編寫的程序可在32位微處理器直接運行 牛牛文庫文檔分享32位微處理器的工作方式8086只能工作于實地址方式www.實地址方式實模式只允許微處理器尋址第1個1MB存儲器空間注意：1.第1個1MB存儲器亦稱為常規(guī)內(nèi)存2.32位地址線中的A31A20不起作用！以8086為例，學習實地址方式！8086CPU有20條地址線(A19A0)最大可尋址的內(nèi)存空間為220=1MB內(nèi)存物理地址范圍從00000H0FFFFFH注意：每一個內(nèi)存單元都有唯一的物理地址 牛牛文庫文檔分享實地址方式實模式只允許微處理器尋址第1個1MB存儲器空間ww8086的數(shù)據(jù)格式字節(jié)數(shù)據(jù)：以無符號數(shù)和符號整數(shù)形式存儲于1個內(nèi)

25、存單元中字節(jié)： D7D0例：12H12H20101H20102H20103H20104H 牛牛文庫文檔分享8086的數(shù)據(jù)格式字節(jié)數(shù)據(jù)：12H20101H201028086數(shù)據(jù)格式字數(shù)據(jù)（由相鄰兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)組成）：用地址較小的內(nèi)存單元的地址作為該字單元的地址數(shù)據(jù)的低8位存放在地址較小的內(nèi)存單元中，數(shù)據(jù)的高8位存放在地址較大的內(nèi)存單元中8086要在訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)前定義其數(shù)據(jù)類型字： D15D0例：1234H34H20101H20102H20103H20104H12H 牛牛文庫文檔分享8086數(shù)據(jù)格式字數(shù)據(jù)（由相鄰兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)組成）：348086數(shù)據(jù)格式雙字數(shù)據(jù)（由相鄰4個字節(jié)的數(shù)據(jù)組成）：用地址

26、最小的內(nèi)存單元的地址作為該雙字數(shù)據(jù)的地址；數(shù)據(jù)的低8位存放在地址最小的內(nèi)存單元中，數(shù)據(jù)的高8位存放在地址最大的內(nèi)存單元中；雙字： D31D0例：12345678H34H20101H20102H20103H20104H12H56H78H 牛牛文庫文檔分享8086數(shù)據(jù)格式雙字數(shù)據(jù)（由相鄰4個字節(jié)的數(shù)據(jù)組成）：38086的數(shù)據(jù)格式多字節(jié)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)多個存儲單元。Intel系列微處理器采用“低對低、高對高”的存儲方式，稱為小端方式（Little Endian）；Motorola系列微處理器采用“低對高、高對低”的存儲方式，稱為大端方式（Big Endian）。例：在內(nèi)存中存儲數(shù)據(jù)1234567

27、8H56H20101H20102H20103H20104H78H34H12H34H20101H20102H20103H20104H12H56H78H小端方式大端方式 牛牛文庫文檔分享8086的數(shù)據(jù)格式多字節(jié)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)多個存儲單元。存儲器的段結構8086分段管理1MB內(nèi)存邏輯段：在源程序中用段定義偽指令定義的段物理段：內(nèi)存中由段寄存器指定的段每個段是1個可獨立尋址的邏輯單位：段基址=段寄存器(CS,DS,ES,SS)10H段基址高16位由段寄存器提供，低4位為0000B默認情況下，段基址為16的整數(shù)倍段內(nèi)偏移地址由16位寄存器（IP, SP, BP, BX, SI, DI）提供段容量：216=64KB 牛牛文庫文檔分享存儲器的段結構8086分段管理1MB內(nèi)存www.niuwk.邏輯地址與物理地址邏輯地址定義：用段基值和偏移地址表示內(nèi)存單元地址的形式格式：段基值段內(nèi)偏移地址優(yōu)點：在程序設計中使用邏輯地址有利于程序開發(fā)和對內(nèi)存的動態(tài)管理物理地址定義：對應每個內(nèi)存單元的唯一的20位二進