微型計算機結構

^第2章微型計算機結構

第2章微型計算機結構

■2」80x86微處理器概述

■2.2基于微處理器的計算機系統(tǒng)構成

■23微處理器

■2.4存儲器

■習題2

<Back4

t贏第2章微型計算機結構_______________________

引言及基本概念

■匯編語言是直接在硬件之上工作的編程

語言，首先要了解硬件系統(tǒng)的結構，才

能有效的應用匯編語言對其編程。

■匯編課程的研究重點放在如何利用硬件

系統(tǒng)的編程結構和指令集有效靈活的控

制系統(tǒng)進行工作。

第2章微型計算機結構

22基于微處理器的計算機硬件系統(tǒng)構成

1

存儲器

運算器

輸接接輸

入口控制器口出

設設

微處理器CPU

備備

主機

-I

輸入/輸出芯片

t鼐:第2章微型計算機結構

2.3CPU概述(P26)

■一個典型的CPU由運算器、控制器、寄存器

等器件組成，這些器件靠內部總線相連。

■內部總線實現(xiàn)CPU內部各個器件之間的聯(lián)系。

■外部總線實現(xiàn)CPU和主板上其它器件的聯(lián)系。

第2章微型計算機結構

圖2.38086CPU內部結構

力就第2章微型計算機結構________________________

寄存器概述

■8086CPU有14個寄存器它們的名稱為：

通用寄存器：AX、BX、CX、DX、SLDL

SP、BP

專用寄存器：IP、PSW

段寄存器：CS、SS、DS、ES

■這些寄存器以后會陸續(xù)介紹

t鼐:第2章微型計算機結構

2.3.1通用寄存器（P29）

■8086CPU所有的寄存器都是16位的，可

以存放兩個字節(jié)。

■AX、BX、CX、DX通常用來存放一般

性數(shù)據(jù)被稱為通用寄存器。

■下面以AX為例，我們看一下寄存器的邏

輯結構。

第2章微型計算機結構

2.3.1通用寄存器

151413121110

16位寄存器的邏輯結構

■一個16位寄存器可以存儲一個16位的數(shù)據(jù)。

（數(shù)據(jù)的存放情況）

■一個16位寄存器所能存儲的數(shù)據(jù)的最大值為

多少？

答案：216-1。

第2章微型計算機結構

16位數(shù)據(jù)在寄存器中的存放情況

■數(shù)據(jù):18

■二進制表示：10010

■在寄存器AX中的存儲：

AX

(---------------------------------------------------------------------------------------------------

1514131211109876543210

0000000000010010

第2章微型計算機結構

16位數(shù)據(jù)在寄存器中的存放情況

■數(shù)據(jù)：20000

■二進制表示：0100111000100000

■在寄存器AX中的存儲：

AX

<-------------------------------------------------

1514131211109876543210

0100111000100000

第2章微型計算機結構

2.3.1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，這四個寄存器都可以分為兩個獨立

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位寄存器存儲邏輯

海區(qū)第2章微型計算機結構________________________

2.3.1通用寄存器

■以AX為例，8086CPU的16位寄存器分

為兩個8位寄存器的情況：

1514131211109876543210

--匚---,Vr￥**■a.-.a*a.-.?A-*-??,,

7654321076543210

AHAL

第2章微型計算機結構

2.3.1通用寄存器

■AX的低8位（0位?7位）構成了AL寄存器,

高8位（8位?15位）構成了AH寄存器。

■AH和AL寄存器是可以獨立使用的8位寄存

-O

■8086CPU的8位寄存器數(shù)據(jù)存儲情況

■一個8位寄存器所能存儲的數(shù)據(jù)的最大值

是多少？

答案：28-1。

微型計算機結構

2.3.1通用寄存器

AX

八

1514131211109876543210

00100000

7654321076543210

7JL

AH

寄存器寄存器中的數(shù)據(jù)所表示的值

AXO1OO111OOO1OOOOO20000(4E20H)

AH0100111078(4EH)

AL0010000032(20H)

第2章微型計算機結構

2.3.2字在寄存器中的存儲

■一個字可以存在一個16位寄存器中,

這個字的高位字節(jié)和低位字節(jié)自然

就存在這個寄存器的高8位寄存器和

低8位寄存器中。

字：0100111000100000

<~一~~~)

高位字節(jié)低位字節(jié)

t鼐:第2章微型計算機結構

2.4存儲器

■CPU是計算機的核心部件.它控制整

個計算機的運作并進行運算，要想讓

一個CPU工作，就必須向它提供指令

和數(shù)據(jù)。

■指令和數(shù)據(jù)在存儲器中存放，也就是

平時所說的內存。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.4存儲器

■在一臺PC機中內存的作用僅次于CPU。

■離開了內存，性能再好的CPU也無法工

作。

■磁盤不同于內存，磁盤上的數(shù)據(jù)或程序

如果不讀到內存中，就無法被CPU使用。

t鼐:第2章微型計算機結構

2.6存儲單元

■存儲器被劃分為若干個存儲單元，每個

存儲單元從o開始順序編號；：三

■例如：；日

一個存儲器有128個存儲單元，；；

編號從0-127。展日

如右圖示：II

第2章微型計算機結構

2.6存儲單元

■對于大容量的存儲器一般還用以下單位來計

量容量（以下用B來代表Byte）：

1KB=1O24B

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

■磁盤的容量單位同內存的一樣，實際上以上

單位是微機中常用的計量單位。

t鼐:第2章微型計算機結構

2.7CPU對存儲器的讀寫

■CPU要想進行數(shù)據(jù)的讀寫，必須和外部器件

（標準的說法是芯片）進行三類信息的交互:

-存儲單元的地址（地址信息）

-器件的選擇，讀或寫命令（控制信息）

-讀或寫的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)信息）

t鼐:第2章微型計算機結構

2.7CPU對存儲器的讀寫

■那么CPU是通過什么將地址、數(shù)據(jù)和

控制信息傳到存儲芯片中的呢？

■電子計算機能處理、傳輸?shù)男畔⒍际?/p>

電信號，電信號當然要用導線傳送。

第2章微型計算機結構

2.7CPU對存儲器的讀寫

■在計算機中專門有連接CPU和其他芯片的導線,

通常稱為總線。

-物理上：一根根導線的集合；

-邏輯上劃分為：

?地址總線

?數(shù)據(jù)總線

■控制總線

—S/K

力就第2章微型計算機結構________________________

2.7CPU對存儲器的讀寫

■總線在邏輯上劃分的圖示：

t鼐:第2章微型計算機結構

2.7CPU對存儲器的讀寫

■CPU在內存中讀或寫的數(shù)據(jù)演示：

-讀演示

-寫演示

■從上面我們知道CPU是如何進行數(shù)據(jù)讀寫的o

可是我們如何命令計算機進行數(shù)據(jù)的讀寫呢?

第2章微型計算機結構

1.7CPU對存儲器的讀寫

CPU從內存中3號單元處讀取數(shù)據(jù)的過程

OO

第2章微型計算機結構

1.7CPU對存儲器的讀寫

CPU向內存中3號單元寫入數(shù)據(jù)26的過程

CO.OOt

t鼐:第2章微型計算機結構

2.7CPU對存儲器的讀寫

■對于8086CPU,下面的機器碼能夠完成從3

號單元讀數(shù)據(jù)：

-機器碼：101000000000001100000000

-含義：從3號單元讀取數(shù)據(jù)送入寄存器AX

-CPU接收這條機器碼后將完成上面所述的

讀寫工作。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.7CPU對存儲器的讀寫

■機器碼難于記憶，用匯編指令來表示，情況

如下：

-機器碼：101000000000001100000000

-對應的匯編指令：MOVAX,[3]

-含義：傳送3號單元的內容到AX

t鼐:第2章微型計算機結構

2.8地址總線

■CPU是通過地址總線來指定存儲單元

的。

■地址總線上能傳送多少個不同的信息,

CPU就可以對多少個存儲單元進行尋

址。

第2章微型計算機結構

2.8地址總線

■地址總線發(fā)送地址信息演示

第2章微型計算機結構

2.8地址總線

力就第2章微型計算機結構________________________

2.8地址總線

■一個CPU有N根地址總線，則可以說

這個CPU的地址總線的寬度為N。

■這樣的CPU最多可以尋找2的N次方

個內存單元。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.9數(shù)據(jù)總線

■CPU與內存或其它器件之間的數(shù)據(jù)傳送是

通過數(shù)據(jù)總線來進行的。

■數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU和外界的數(shù)據(jù)

傳送速度。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.9數(shù)據(jù)總線

■我們來分別看一下它們向內存中寫入

數(shù)據(jù)89D8H時，是如何通過數(shù)據(jù)總線

傳送數(shù)據(jù)的：

-8088CPU數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送情

況

-8086CPU數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送情

況

微型計算機結構

2.9數(shù)據(jù)總線

8位數(shù)據(jù)總線上傳送的信息

d

第2章微型計算機結構

2.9數(shù)據(jù)總線

蛀就第2章微型計算機結構

2.10控制J總線

■CPU對外部器件的控制是通過控制總線來進行

的。在這里控制總線是個總稱，控制總線是一

些不同控制線的集合。

■有多少根控制總線，就意味著CPU提供了對外

部器件的多少種控制。

所以，控制總線的寬度決定了CPU對外部器件

的控制能力。

■控制點、線上發(fā)送的控制信息

第2章微型計算機結構

2.10控制總線

地址總線

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.10控制總線

■前面所講的內存讀或寫命令是由幾根控制

線綜合發(fā)出的：

-其中有一根名為讀信號輸出控制線負責

由CPU向外傳送讀信號，CPU向該控制

線上輸出低電平表示將要讀取數(shù)據(jù)；

-有一根名為寫信號輸出控制線負責由

CPU向外傳送寫信號。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

小結

1.CPU可以直接使用的信息在存儲器中存放。

2.存儲單元從零開始順序編號。

3.一個存儲單元可以存儲8個bit（用作單

位寫成“b”），即8位二進制數(shù)。

1B=8b1KB=1024B

1MB=1024KB1GB=1024MB

第2章微型計算機結構

小結

4.每一個CPU芯片都有許多管腳，這些管腳和總線相連。

也可以說，這些管腳引出總線。一個CPU可以引出三種

總線，總線的寬度標志了這個CPU的不同方面的性能：

-地址總線的寬度決定了CPU的尋址能力；

-數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU與其它器件進行數(shù)據(jù)傳

送時的一次數(shù)據(jù)傳送量；

-控制總線寬度決定了CPU對系統(tǒng)中其它器件的控制

能力。

第2章微型計算機結構

2.4存儲器（P33）

■CPU訪問內存單元時要給出內存單元的

地址。所有的內存單元構成的存儲空間

是一個一維的線性空間。

■每一個內存單元在這個空間中都有唯一

的地址，這個唯一的地址稱為物理地址。

第2章微型計算機結構

76543210

N地址

(a)字節(jié)

15870

高位字節(jié)低位字節(jié)

N+1N地址

(b)字

3116150

高位字低位字

11

N+3N+2N+1N地址

(c)雙字

6332310

高位雙字低位雙字

111111

N+7N+6N+5N+4N+3N+2N+1N地址

(d)4字

圖2.6數(shù)據(jù)類型

第2章微型計算機結構

2.4存儲器

■2.4.1存儲單元的地址和內容

■計算機存儲信息的基本單位是一個二進制位，一位可存

儲一個二進制數(shù)：0或1。每8位組成一個字節(jié)，位編號如

圖2.6(a)所示。

■8086、80286的字長為16位，由兩個字節(jié)組成，位編號如

圖2.6(b)所示。

■80386到PentiumII機的字長為32位，由兩個字即4個字節(jié)組

成，在80x86系列中稱其為雙字，位編號如圖2.6(c)所示。

■此外，還有一種由8個字節(jié)即字長為64位組成的4字，位編

號如圖2.6(d)所不。

第2章微型計算機結構

■在機器里，地址也是用二進制數(shù)來表示的，是無符號

整數(shù)，書寫格式使用十六進制數(shù)形式。

■既然每個字節(jié)單元有一個二進制數(shù)表示地址，那么16

位二進制數(shù)可以表示多少個字節(jié)單元的地址呢？

■顯然答案應該是有216個，所以它可以表示的地址范圍應

該是0?65535,即64KB,其地址編號的范圍用十六進制

數(shù)表示為0000H?FFFFH。

力就第2章微型計算機結構________________________

■8086/8088的地址總線為20位，可訪問的字節(jié)單元地址

范圍為00000H-FFFFFH。

■一個存儲單元中存放的信息稱為該存儲單元的內容，

圖2.7表示了存儲器里存放信息的情況?？梢钥闯?，地

址為0004H單元中存放的信息為78H。

力就第2章微型計算機結構

字節(jié)

0000H

0001H

0002H

0003H

78H0004H

56H0005H

34H0006H

12H0007H

*

1EH5678H

2FH5679H

567AH

567BH

圖2.7存儲單元的地址和內容

第2章微型計算機結構

■也就是說，該單元的內容為78H,可表示為

■(0004H)=78H

■當機器字長是16位時，大部分數(shù)據(jù)都是以字為

單位表示的。一個字存入存儲器要占用相繼的兩個字

節(jié)，存放時低位字節(jié)存入低地址，高位字節(jié)存入高地

址。這樣兩個字節(jié)單元就構成了一個字單元，字單元

的地址采用它的低地址來表示。

力就第2章微型計算機結構________________________

■圖2.7中所示：0004H字單元的內容為5678H

■即低地址0004H的值為78H,高地址0005H的值為56H,

兩個地址合在一起就形成了0004H字單元，內容為

5678H

■表示為（0004H尸5678H

第2章微型計算機結構

■可以看出，同一個地址既可看作字節(jié)單元的地址，又

可看作字單元、雙字單元或4字單元的地址，這要根據(jù)

使用情況確定。字單元的地址可以是偶數(shù)，也可以是

奇數(shù)。但是，在8086和80286中，訪問存儲器（要求取

數(shù)或存數(shù)）都是以字為單位進行的，也就是說，機器是

以偶地址訪問存儲器的。

第2章微型計算機結構

如上所述，如果用X表示某存儲單元的地址，

則X單元的內容可以表示為(X)；假如X單元中存放著Y,

而Y又是一個地址，則可用(Y)=((X))來表示Y單元的

內容。

力就第2章微型計算機結構________________________

■如圖2.7中

■(0004H尸5678H

■而(5678H尸2F1EH

■則也可記作((0004H)尸2F1EH

■存儲器有這樣的特性：它的內容是取之不盡的。

也就是說，從某個單元取出其內容后，該單元仍然保

存著原來的內容不變，可以重復取出，只有存入新的

信息后，原來保存的內容才自動丟失。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.11內存地址空間（補充）

■什么是內存地址空間呢？

■一個CPU的地址線寬度為10,那么可以尋

址1024個內存單元，這1024個可尋到的內

存單元就構成這個CPU的內存地址空間。

下面深入討論。

■首先需要介紹兩部分基本知識，主板和接

口卡。一

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.12主板

■在每一臺PC機中，都有一個主板，主板

上有核心器件和一些主要器件。

■這些器件通過總線（地址總線、數(shù)據(jù)總

線、控制總線）相連。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.13接口卡

■計算機系統(tǒng)中，所有可用程序控制其工

作的設備，必須受到CPU的控制。

■CPU對外部設備不能直接控制，如顯示

器、音箱、打印機等。直接控制這些設

備進行工作的是插在擴展插槽上的接口

卡。

第2章微型計算機結構

2.14各類存儲器芯片

■從讀寫屬性上看分為兩類：

隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）

■從功能和連接上分類：

-隨機存儲器RAM

-裝有BIOS的ROM

-接口卡上的RAM

■PC機中各類存儲器的邏輯連接情況

第2章微型計算機結構

2.14各類存儲器芯片

■裝有BIOS的ROM

BIOS：BasicInput/OutputSystem,基本

輸入輸出系統(tǒng)。

BIOS是由主板和各類接口卡（如：顯

卡、網卡等）廠商提供的軟件系統(tǒng)，可

以通過它利用該硬件設備進行最基本的

輸入輸出。在主板和某些接口卡上插有

存儲相應BIOS的ROM。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.15內存地址空間

■上述的那些存儲器在物理上是獨立的

器件。

■但是它們在以下兩點上相同：

1、都和CPU的總線相連。

2、CPU對它們進行讀或寫的時候都通

過控制線發(fā)出內存讀寫命令。

t鼐:第2章微型計算機結構

2.15內存地址空間

■將各各類存儲器看作一個邏輯存儲器：

-所有的物理存儲器被看作一個由若干存儲單

元組成的邏輯存儲器；

-每個物理存儲器在這個邏輯存儲器中占有一

個地址段，即一段地址空間；

-CPU在這段地址空間中讀寫數(shù)據(jù)，實際上就

是在相對應的物理存儲器中讀寫數(shù)據(jù)。

[RAM（主存儲器）

ROM（裝有系統(tǒng)BIOS）

主存儲器

地址空間

I

RAM（主存儲器）

K內里7獷展插槽

總

線顯存地址空間

顯卡BIOSR0加

1地址空間

獷展插槽

網卡BIOSRON

地址空間

■inF

系統(tǒng)BIOSROF網卡

地址空間/獷展插槽

其他器件

將各類存儲器看作一個邏輯存儲器

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.15內存地址空間

■假設，上圖中的內存空間地址段分配如下：

-地址0?7FFFH的32KB空間為主隨機存儲

器的地址空間；

-地址8000H?9FFFH的8KB空間為顯存地址

空間；

-地址AOOOH?FFFFH的24KB空間為各個

ROM的地址空間。

力就第2章微型計算機結構________________________

2.15內存地址空間

■不同的計算機系統(tǒng)的內存地址空間分

配情況是不同的。

■8086PC機內存地址空間分配的基本情

況

微型計算機結構

8086PC機的內存地址空間分配

00000

主存儲器地址空間

(RAM)

9FFFF

A0000

顯存地址空間

BFFFF

C0000

各類ROM地址空間

FFFFF

t鼐:第2章微型計算機結構

2.15內存地址空間

■內存地址空間：

-最終運行程序的是CPU,我們用匯編編程的

時候，必須要從CPU角度考慮問題。

-對CPU來講，系統(tǒng)中的所有存儲器中的存儲

單元都處于一個統(tǒng)一的邏輯存儲器中，它的

容量受CPU尋址能力的限制。這個邏輯存儲

器即是我們所說的內存地址空間。

t鼐:第2章微型計算機結構

關于數(shù)制的討論

■由于一個內存單元可以存放8位數(shù)據(jù)，CPU

中的寄存器又可存放n個8位數(shù)據(jù)。也就

是說，計算機中的數(shù)據(jù)大多是由1?N個8位

數(shù)據(jù)構成的。

■用十六進制來表示數(shù)據(jù)可以直觀的看出這

個數(shù)據(jù)是由哪些8位數(shù)據(jù)構成的。

■如：20000=010011100010000B=4E20H

力就第2章微型計算機結構

2.3.3幾條匯編指令

匯編指令控制CPU完成的操作用高級語言的語法描述

movax,18將8送入AXAX=18

movah,78將78送入AHAH=78

addax,8將寄存器AX中的數(shù)值加上8AX=AX+8

movax,bx將寄存器BX中的數(shù)據(jù)送入寄存器AXAX=BX

addax,bx將AX,BX中的內容相加，結果存在AX中AX=AX+BX

匯編指令舉例

匯編指令不區(qū)分大小寫

第2章微型計算機結構

2.3.3幾條匯編指令

■CPU執(zhí)行下表中的程序段的每條指令后,

對寄存器中的數(shù)據(jù)進行的改變。

程序段中指令執(zhí)行情況之一（原AX中的值：0000H,原BX中的值：0000H）

程序段中的指令指令執(zhí)行后AX中的數(shù)據(jù)指令執(zhí)行后BX中的數(shù)據(jù)

movax,4E20H4E20H0000H

addax,1406H6226H0000H

movbx,2000H6226H2000H

addax,bx8226H2000H

movbx,ax8226H8226H

addax,bx?8226H?

力就第2章微型計算機結構

2.3.3幾條匯編指令

程序段中指令執(zhí)行情況之二（原AX中的值：0000H,原BX中的值：0000H）

程序段中的指令指令執(zhí)行后AX中的數(shù)據(jù)指令執(zhí)行后BX中的數(shù)據(jù)

movax,OO1AHOO1AH0000H

movbx,0026HOO1AH0026H

addal,bl0040H0026H

addah,bl2640H0026H

addbh,al2640H4026H

movah,00040H4026H

addal,85H00C5H4026H

addal,93H9.4026H

t鼐:第2章微型計算機結構

2.3.3幾條匯編指令

■在匯編指令計算結果中，我們發(fā)現(xiàn)超出寄存器

位數(shù)的最高位會丟失掉。

■這里的丟失，指的是進位制不能在8位寄存器

中保存，但是CPU不是并真的不丟棄這個進

位值，而是將進位放到另外一個寄存器中。這

個問題會在后面的課程中討論。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.3.3幾條匯編指令

■所以，在進行數(shù)據(jù)傳送或者運算時，要注意

指令的兩個操作對象的位數(shù)應當一致。

■如：movax,bx

moval,18H

第2章微型計算機結構

2.4.2實模式存儲器尋址

■概括的講，16位結構描述了一個CPU具有

以下幾個方面特征：

-1、運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、寄存器和運算器之間的通路是16位的。

第2章微型計算機結構

2.68086CPU給出物理地址的方法

常規(guī)內存，是微機系

■8086有20位地址總線，統(tǒng)的基本存儲空間

地址，尋址能力為

■8086內部為16位結構，它只能傳送

16位的地址，表現(xiàn)出的尋址能力卻

只有64K。

廠；問題提出：16位的CPU結

構如何處理20位的地址？二〉

o°

力就第2章微型計算機結構________________________

■程序員在編制程序時要把1M空間的存儲器劃分成

I段，在每個段內地址空間是線性增長的。每個段的大小可

達64KB,這樣段內地址可以用16位表示。實際上，可以

根據(jù)需要來確定段的大小，它可以是IB、100B、1000B或

在64KB范圍內的任意個字節(jié)。段不能起始于任意地址，

而必須從任一小段(Paragraph)的首地址開始。機器規(guī)定：

從0地址開始，每16個字節(jié)為一小段。下面列出了存儲器

最低地址區(qū)的三個小段的地址空間，每行為一小段。

第2章微型計算機結構

00000,00001,00002,..0000E,0000F；

00010,00011,00012,...0001E,0001F；

00020,00021,00022,..0002E,0002F；

FFFFO,FFFF1,FFFF2,.FFFFE,FFFFF

力就第2章微型計算機結構________________________

其中，第一列就是每個小段的首地址。其特征是：在十

六進制表示的地址中，最低位為0（即20位地址的低4位

為0）。在1MB的地址空間里，共有64K個小段首地址,

可表示如下：

00000H

00010H

41230H

41240H

FFFE0H

FFFF0H

力就第2章微型計算機結構________________________

2.68086CPU給出物理地址的方法

■8086CPU采用一種在內部用兩個16位

地址合成的方法來形成一個20位的物

理地址。

■8086CPU相關部件的邏輯結構

第2章微型計算機結構

U

第2章微型計算機結構

150

16位段地址0000

150

+16位偏移地址

190

20位物理地址20位物理地址

圖2.8實模式存儲器尋址時物理地址的形成與計算過程

力就第2章微型計算機結構________________________

地址加法器

■地址加法器合成物理地址的方法：

物理地址=段地址義16+偏移地址

■例如:

8086CPU訪問地址為123c8H的內存單元

而迎第2章微型計算機結構

第2章微型計算機結構

由段地址X16引發(fā)的討論

移位位數(shù)二進制十六進制十進制

010B2H2

1100B4H4

21000B8H8

310000B10H16

4100000B20H32

■觀察移位次數(shù)和各種形式數(shù)據(jù)的關系：

-(1)一個數(shù)據(jù)的二進制形式左移1位，相當于該數(shù)

據(jù)乘以2；

-(2)一個數(shù)據(jù)的二進制形式左移N位，相當于該數(shù)

據(jù)乘以2的N次方；

-(3)地址加法器如何完成段地址X16的運算？

以二進制形式存放的段地址左移4,

力就第2章微型計算機結構________________________

2.7“段地址*16+偏移地址=物理地址”的本質含義

■兩個比喻說明：

-說明“基礎地址+偏移地址=物理地址”的思

想：第一個比喻

-說明“段地址X16+偏移地址=物理地址”的思

想：第二個比喻

8086CPU就是這樣一個只能提供兩張3位數(shù)據(jù)紙

條的CPU。

第2章微型計算機結構

“基礎地址+偏移地址=物理地址”

學校體育館圖書館

?_____________________________________________?_____________________?

0m2000m2826m

■比如說，學校、體育館同在一條筆直

的單行路上（學校位于路的起點0米

處）。

■讀者在學校，要去圖書館，問我那里

的地址，我可以用幾種方式描述這個

地址?.

第2章微型計算機結構

“基礎地址+偏移地址=物理地址”

學校體育館圖書館

?________________________________________?___________________?

0m2000m2826m

■(1)從學校走2826m到圖書館。這2826可以認為是

圖書館的物理地址。

■(2)從學校走2000m到體育館，從體育館再走826m

到圖書館。

-第一個距離2000m是相對于起點的基礎地址；

-第二個距離826m是將對于基礎地址的偏移地址。

力就第2章微型計算機結構________________________

“段地址X16+偏移地址=物理地址”

■比如我們只能通過紙條來通信，讀者

問我圖書館的地址，我只能將它寫在

紙上告訴讀者。

■顯然我必須有一張可以容納4位數(shù)據(jù)

的紙條才能寫下2826這個數(shù)據(jù)：

可以寫下四位數(shù)據(jù)的紙條

2826

第2章微型計算機結構

“段地址X16+偏移地址=物理地址”

■不巧的是，沒有能容納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。

■這樣我只能以這種方式告訴讀者2826這

個數(shù)據(jù).

兩張可以寫下3位數(shù)據(jù)的紙條

700

826

第2章微型計算機結構

2.8段的概念

■錯誤認識：

-內存被劃分成了一個一個的段，每一個段有一個段地

址。

■其實：

-內存并沒有分段，段的劃分來自于CPU,由于

8086CPU用“（段地址X16）+偏移地址二物理地址”

的方式給出內存單元的物理地址，使得我們可以用分

段的方式來管理內存。

第2章微型計算機結構

150

16位段地址0000

150

+16位偏移地址

190

20位物理地址20位物理地址

圖2.8實模式存儲器尋址時物理地址的形成與計算過程

力就第2章微型計算機結構________________________

存儲器的分段管理1

■2.存儲器的分段管理

■①為何分段：8086的地址總線寬度為20位，尋址范圍

22』1MB,但一個地址寄存器只有16位，無法直接形成20位

地址，故把1M空間分成許多“段”，用一個寄存器表示某

段在1M空間內的起始地址（民班紡，用另一個寄存器表示表

示段內某單元相對本段起始地址的偏移地址。（用兩個16位

寄存器形成20位地址）

■②地址的表示方法：段（基）地址:偏移地址

■為能用16位寄存器表示段的起始地址（xxxxxH）,并不是任意

一個單元的地址都能作段的起始地址，只有那些形式為

xxxxO”的地址才能作段的起始地址，該起始地址存入16位寄

存器時，將0省略即可。偏移地址為16位，可直接放入16位

寄存器。

第2章微型計算機結構

③邏輯地址和物理地址

邏輯地址：存儲單元地址的表達形式。

即段地址:偏移地址

物理地址：存儲單元在1M空間內的實際地址。

④已知邏輯地址，求牧理

①段地址乘以16（也就

如205AH：3B06H是將保存段地址時省略

AOH的0補回。）

物理地址XH②位對齊，加偏移地址

TTOA6H

力就第2章微型計算機結構________________________

分段管理3

⑤地址的唯一性

一個存儲單元的物理地址是唯一的，但邏輯地址并不是唯一的,

例如4106H:400AH,42AEH:258AH,……都表示同一個存儲

單元，其物理地址為4506AH。

⑥涉及分段的其他問題

a)1M內存空間總共可以分多少個段？xxxxOh

b)每個段最大可以包括多少個存儲單元？

c)xxxxH:0000H是段內哪一個單元？其物理地址是多少？

第2章微型計算機結構

3.段寄存器

8086專門存放段地址的寄存器稱為段寄存器，共有4個：CS

代碼段段寄存器；

DS—數(shù)據(jù)段段寄存器；

ES—附加段段寄存器；

SS一堆棧段段寄存器。

①段寄存器的作用：程序的不同部分放入相應段；

②段超越：取指令時，段地址只能是CS；

堆棧操作時，段地址只能是SS；

讀取數(shù)據(jù)時，默認的段寄存器為DS,

但也可以指定使用其他段寄存器。

力就第2章微型計算機結構

■段寄存器使用規(guī)定

訪問存儲默認可超越的偏移地址

方式段寄存器-段-/泣不~零：---左--m+罌--:;好》與本---

取指令CS無IP

堆棧操作SS無SP

一般數(shù)據(jù)訪問DSCS,ES,SS啟效地址EA

［串的源操作數(shù)J

DSCS,ES,SSSI

串的目的操作數(shù)ES無DI

BP作基址時SSCS,ES,SSW效地址EA

注意：雖然有些操作允許段超越，但除了編寫COM程序，一般

情況下不使用段超越，特別是堆棧段只用于堆棧操作。

第2章微型計算機結構

段大于64K示意圖

事個段最大空

|0段寄存器指向活：

64K

苴疊，取決于

)4K,只要在

直(程序有多

修改段寄存器值64K

使其指向新地址

返回1.5

第2章微型計算機結構

2.8段的概念

■以后，在編程時可以根據(jù)需要，將若

干地址連續(xù)的內存單元看作一個段，

用段地址義16定位段的起始地址（基

礎地址），用偏移地址定位段中的內

存單元。

■兩點需要注意

■內存單元地址小結

■特別提示

t鼐:第2章微型計算機結構

兩點需要注意

■(1)段地址x16必然是16的倍數(shù)，所

以一個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,所以一個段的長度最大為

64Ko

第2章微型計算機結構

內存單元地址小結

■CPU訪問內存單元時，必須向內存提

供內存單元的物理地址。

■8086CPU在內部用段地址和偏移地址

移位相加的方法形成最終的物理地址。

■思考兩個問題

第2章微型計算機結構

內存單元地址小結

■(1)觀察下面的地址，讀者有什么

發(fā)現(xiàn)？

物理地址段地址偏移地址

21F60H2000H1F60H

2100H0F60H

21F0H0060H

21F6H0000H

1F00H2F60H

■結論：CPU可以用不同的段地址和

偏移地址形成同一個物理地址。

第2章微型計算機結構

內存單元地址小結

■(2)如果給定一個段地址，僅通過變化偏移地址來進

行尋址，最多可以定位多少內存單元？

-結論：偏移地址16位，變化范圍為0?FFFFH,僅用

偏移地址來尋址最多可尋64K個內存單元。

-比如：給定段地址1000H,用偏移地址尋址，CPU

的尋址范圍為：10000H?1FFFFH。

第2章微型計算機結構

內存單元地址小結

■在8086PC機中，存儲單元的地址用兩個元素來描述。即段

地址和偏移地址。

■“數(shù)據(jù)在21F60H內存單元中?！睂τ?086PC機的兩種描

述：

-(a)數(shù)據(jù)存在內存2000:lF60單元中；

-(b)數(shù)據(jù)存在內存的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

存單元定義為一個段。

力就第2章微型計算機結構

2.9段寄存器

■段寄存器就是提供段地址的O

8086CPU有4個段寄存器：

CS、DS、SS、ES

■當8086CPU要訪問內存時，由這4個段

寄存器提供內存單元的段地址。

t贏第2章微型計算機結構_______________________

2.10CS和IP

■CS和IP是8086CPU中最關鍵的寄存器，

它們指示了CPU當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。

力就第2章微型計算機結構________________________

8086PC讀取和執(zhí)行指令相關部件

內存匯編指令

B820000]

20001IBOVax,0123H

23

0120002J

BB20003]

20004\?°ubx,00。3H