《微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用》課件第2章

第2章微機(jī)系統(tǒng)中的微處理器2.18086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.28086的寄存器結(jié)構(gòu)

2.38086的存儲器組織2.48086的I/O組織2.58086的尋址方式2.6高檔微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)和存儲器組織簡介

小結(jié)

習(xí)題二 2.18086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

與奔騰系列微處理器相比，8086微處理器是比較簡單的。但是通過對它的學(xué)習(xí)，可以掌握微處理器的主要功能和計(jì)算機(jī)的基本工作原理。第3章匯編語言程序設(shè)計(jì)和以下幾章的學(xué)習(xí)正是以8086微處理器為基礎(chǔ)的。

微處理器是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件，它的結(jié)構(gòu)必須與它要完成的基本功能相適應(yīng)。處理器的基本功能如下：

(1)支持功能完善的指令系統(tǒng)，進(jìn)行各種算術(shù)邏輯運(yùn)算，通過程序完成復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算。

(2)支持各種結(jié)構(gòu)的程序的執(zhí)行，如程序的分支、循環(huán)、嵌套、子程序的調(diào)用和返回、中斷服務(wù)程序等。

(3)控制與存儲器、外部設(shè)備等相連接，組成完整的微機(jī)系統(tǒng)。

圖2.1是8086的功能結(jié)構(gòu)圖。它由兩個獨(dú)立的邏輯單元組成，一個稱為總線接口單元BIU(BusInterfaceUnit)，另一個稱為執(zhí)行單元EU(ExecutionUnit)。

總線接口單元BIU的任務(wù)是：

(1)對存儲器的訪問，包括從存儲器取出程序中的指令，暫存起來待用；從存儲器中讀取參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和把運(yùn)算的中間結(jié)果及最后結(jié)果寫入存儲器。圖2.18086功能結(jié)構(gòu)

(2)與I/O設(shè)備之間的信息傳輸。其中的段寄存器(CS、DS、ES、SS)、指令指針I(yè)P(相當(dāng)于程序計(jì)數(shù)器PC)以及數(shù)據(jù)總線上的代碼，共同形成訪問存儲器地址和I/O設(shè)備的地址。指令隊(duì)列寄存器暫存多條指令等待執(zhí)行。訪問存儲器和I/O設(shè)備要通過CPU總線實(shí)現(xiàn)。CPU總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。

微處理器CPU、CPU總線與存儲器和輸入輸出設(shè)備之間的連接關(guān)系如圖2.2所示。圖2.28086與存儲器、I/O設(shè)備的連接執(zhí)行單元EU由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、暫存器、標(biāo)志寄存器(即PSW寄存器)、通用寄存器組和EU控制器構(gòu)成。其任務(wù)是執(zhí)行指令，進(jìn)行全部算術(shù)邏輯運(yùn)算、完成偏移地址的計(jì)算，向總線接口單元BIU提供指令執(zhí)行結(jié)果的數(shù)據(jù)和訪問存儲器需要的偏移地址，并對通用寄存器和標(biāo)志寄存器進(jìn)行管理。

指令和程序的執(zhí)行過程如圖2.3所示。

除了了解8086CPU基本操作過程之外，討論CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要目的是為匯編語言程序設(shè)計(jì)和輸入輸出接口的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。所以，我們重點(diǎn)討論CPU與程序設(shè)計(jì)有關(guān)的部分。下面討論的8086的寄存器結(jié)構(gòu)、存儲器組織、I/O組織和尋址方式將達(dá)到這個目的。圖2.38086CPU程序執(zhí)行過程

2.28086的寄存器結(jié)構(gòu)

8086CPU內(nèi)部具有14個16位寄存器，用于提供參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，控制指令執(zhí)行和對指令及操作數(shù)尋址，其寄存器結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。圖2.48086CPU的寄存器結(jié)構(gòu)2.2.1通用寄存器組

圖2.4中8個16位通用寄存器分為兩組：數(shù)據(jù)寄存器及地址指針和變址寄存器。

1.數(shù)據(jù)寄存器

數(shù)據(jù)寄存器包括AX、BX、CX和DX。在指令執(zhí)行過程中既可用來寄存操作數(shù)，也可用于寄存操作的結(jié)果。它們中的每一個又可將高8位和低8位分成獨(dú)立的兩個8位寄存器來使用。16位數(shù)據(jù)寄存器主要用于存放數(shù)據(jù)，也可以用來存放地址。而8位寄存器(AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL)只能用于存放數(shù)據(jù)。

2.地址指針和變址寄存器

地址指針和變址寄存器包括SP、BP、SI和DI。這組寄存器在功能上的共同點(diǎn)是，在對存儲器操作數(shù)尋址時，用于形成20位物理地址碼的組成部分。在任何情況下，它們都不能獨(dú)立地形成訪問內(nèi)存的地址碼，因?yàn)樗鼈兌贾挥?6位。訪問存儲器的地址碼由段地址(存放在段寄存器中)和段內(nèi)偏移地址兩部分構(gòu)成。而這4個寄存器用于存放段內(nèi)偏移地址的全部或一部分。后面我們將說明段寄存器和地址形成的方法。

SP(StackPointer)堆棧指針：用于存放堆棧操作(壓入、彈出，或入棧、出棧)地址的段內(nèi)偏移地址。其段地址由段寄存器SS提供。

BP(BasePointer)基址指針：用于在某些間接尋址方式中存放段內(nèi)偏移地址的一部分(后面討論尋址方式時將進(jìn)一步說明)。特別值得注意的是，凡包含有BP的尋址方式中，如果無特別說明，其段地址由段寄存器SS提供。就是說，該尋址方式是對堆棧區(qū)的存儲單元尋址的。

SI(SourceIndex)和DI(DestinationIndex)變址寄存器：用于在某些間接尋址方式中存放段內(nèi)偏移地址的全部或一部分。在字符串操作指令中，SI用作源變址寄存器；DI用作目的變址寄存器，用于存放目的區(qū)的偏移地址。這組寄存器主要用來存放地址，也可以存放數(shù)據(jù)。

以上8個16位通用寄存器在一般情況下都具有通用性，?從而提高了指令系統(tǒng)的靈活性。通用寄存器還各自具有特定的用法，有些指令中還隱含地使用這些寄存器。表2.1給出了通用寄存器的特定用法。表2.1通用寄存器的特定用法2.2.2段寄存器組

前面已經(jīng)指出，訪問存儲器的地址碼由段地址和段內(nèi)偏移地址兩部分組成。段寄存器用來存放段地址。總線接口單元BIU設(shè)置4個段寄存器。CPU可通過這4個段寄存器訪問存儲器中4個不同的段(每段64KB)。

1.代碼段寄存器

代碼段寄存器CS(CodeSegment)用于存放當(dāng)前執(zhí)行程序所在段的段地址。CS的內(nèi)容左移四位再加上指令指針I(yè)P的內(nèi)容就是下一條要執(zhí)行的指令地址。

2.數(shù)據(jù)段寄存器

數(shù)據(jù)段寄存器DS(DataSegment)用于存放當(dāng)前數(shù)據(jù)段的段地址。?通常數(shù)據(jù)段用來存放數(shù)據(jù)和變量。DS的內(nèi)容左移四位再加上按指令中存儲器尋址方式計(jì)算出來的偏移地址，即為對數(shù)據(jù)段指定單元進(jìn)行讀寫的地址。

3.堆棧段寄存器

堆棧段寄存器SS(StackSegment)用于存放當(dāng)前堆棧段的段地址。堆棧是存儲器中開辟的按后進(jìn)先出原則組織的一個特別存儲區(qū)，主要用于調(diào)用子程序時，保留返回主程序的地址和保存進(jìn)入子程序?qū)⒁淖兤渲档募拇嫫鞯膬?nèi)容。對堆棧進(jìn)行操作(入?；虺鰲?的地址由SS的內(nèi)容左移四位加上SP的內(nèi)容得到。

4.附加段寄存器

附加段寄存器ES(ExtraSegment)用于存放附加段的段地址。附加段是一個附加數(shù)據(jù)段。附加段是在進(jìn)行字符串操作時作為目的區(qū)地址使用的。

DS和ES都要由用戶用程序設(shè)置初值。若DS和ES的初值相同，則數(shù)據(jù)段和附加段重合。2.2.3控制寄存器組

1.指令指針I(yè)P(InstructionPointer)

指令指針I(yè)P相當(dāng)于其它微處理器術(shù)語中的程序計(jì)數(shù)器PC。?它保存下一條要執(zhí)行的指令的偏移地址。在用戶程序中不能使用該寄存器，但可以用調(diào)試程序DEBUG中的命令改變其值，以改變程序執(zhí)行地址，用于調(diào)試程序。某些指令如轉(zhuǎn)移指令、過程調(diào)用指令和返回指令等可改變IP的內(nèi)容。

2.標(biāo)志寄存器(FLAG)

8086CPU含有一個兩字節(jié)的標(biāo)志寄存器，用于保存處理器狀態(tài)字PSW(ProcessorStatusWord)。已經(jīng)用了9個標(biāo)志位，其中，6個標(biāo)志位是反映前一次涉及ALU操作結(jié)果的狀態(tài)標(biāo)志，3個標(biāo)志位是控制CPU操作特征的控制標(biāo)志，如下所示：狀態(tài)標(biāo)志有：

CF(CarryFlag)：進(jìn)位標(biāo)志。如果加法時最高位(對字節(jié)操作是D7位，對字操作是D15位)產(chǎn)生進(jìn)位或減法時最高位產(chǎn)生借位，則CF=1，否則CF=0。

PF(ParityFlag)：?奇偶標(biāo)志。如果操作結(jié)果的低8位中含有偶數(shù)個1，則PF=1，否則PF=0。

AF(AuxiliaryCarryFlag)：輔助進(jìn)位標(biāo)志。如果在加法時D3位有進(jìn)位或減法時D3位有借位，則AF=1，否則AF=0。這個標(biāo)志位用于實(shí)現(xiàn)BCD(即二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù))碼算術(shù)運(yùn)算結(jié)果的調(diào)整。

ZF(ZeroFlag)：零標(biāo)志。如果運(yùn)算結(jié)果各位都為零，則ZF=1，否則ZF=0。

SF(SignFlag)：符號標(biāo)志。它總是和結(jié)果的最高位(字節(jié)操作時是D7位，字操作時是D15位)相同。因?yàn)樵谘a(bǔ)碼運(yùn)算時最高位是符號位，所以運(yùn)算結(jié)果為負(fù)時，SF=1，否則SF=0。

OF(OverflowFlag)：溢出標(biāo)志。在加或減運(yùn)算中結(jié)果超出8位或16位有符號數(shù)所能表示的數(shù)值范圍(－128～+127或－32768～+32767)時，產(chǎn)生溢出，OF=1，否則OF=0。具體地講，對于加運(yùn)算，如果次高位(數(shù)值部分最高位)形成進(jìn)位加入最高位，而最高位(符號位)相加時(包括次高位的進(jìn)位)卻沒有進(jìn)位輸出，或者反過來，次高位沒有進(jìn)位加入最高位，但最高位卻有進(jìn)位輸出，都將發(fā)生溢出。因?yàn)檫@兩種情況分別是：兩正數(shù)相加，結(jié)果超出了范圍，形式上變成負(fù)數(shù)；兩個負(fù)數(shù)相加，結(jié)果超出了范圍，形式上變成了正數(shù)。對于減運(yùn)算，當(dāng)次高位不需從最高位借位，但最高位卻需借位(正數(shù)減負(fù)數(shù)，差超出范圍)時，或反過來，當(dāng)次高位需從最高位借位，但最高位不需借位(負(fù)數(shù)減正數(shù)，差超出范圍)時，均會溢出。溢出和進(jìn)位是兩個性質(zhì)不同的標(biāo)志，千萬不能混淆。以上所述各狀態(tài)標(biāo)志位的置1置0條件是一般規(guī)則，各種指令對狀態(tài)標(biāo)志位的具體影響將在第3章介紹指令時予以說明。下面舉例說明加減運(yùn)算對狀態(tài)標(biāo)志的影響。

例如，假設(shè)前一條指令執(zhí)行加法：

那么，執(zhí)行完這條指令后各標(biāo)志是：SF=0，ZF=0，PF=0，AF=0，CF=0，OF=0。假如前一條指令執(zhí)行加法：

那么，執(zhí)行完這條指令后各標(biāo)志是：SF=1，ZF=0，PF=1，AF=1，CF=0，OF=1。

假如前一條指令執(zhí)行減法：

那么，執(zhí)行完這條指令后各標(biāo)志是：SF=0，ZF=0，PF=1，AF=0，CF=1，OF=0?？刂茦?biāo)志有：

DF(DirectionFlag)：方向標(biāo)志?？捎弥噶铑A(yù)置。字符串操作指令執(zhí)行時受它的控制。當(dāng)DF=0時，執(zhí)行串操作指令，變址寄存器地址自動遞增；當(dāng)DF=1時，則變址寄存器地址自動遞減，即該標(biāo)志位可控制地址朝增大的方向或減小的方向改變。

IF(InterruptEnableFlag)：中斷允許標(biāo)志。可用指令預(yù)置。當(dāng)IF=1時，CPU響應(yīng)可屏蔽中斷請求；若IF=0，則CPU不響應(yīng)可屏蔽中斷請求。

TF(TrapFlag)：陷阱標(biāo)志。若TF=1，則CPU處于單步執(zhí)行指令工作方式。每執(zhí)行一條指令就自動產(chǎn)生一次類型1的內(nèi)部中斷。IBMPC系統(tǒng)中，用系統(tǒng)調(diào)試程序DEBUG時，T命令就是利用這種中斷。這種中斷服務(wù)子程序的功能是顯示所有寄存器的當(dāng)前值和將要執(zhí)行的下一條指令。 2.38086的存儲器組織

討論每一條指令的執(zhí)行和程序的運(yùn)行，都離不開CPU如何與存儲器之間傳輸信息的問題。所以必須討論8086是怎樣組織存儲器空間的。下面參照上節(jié)給出的圖2.2討論8086存儲器的基本組織方法。

2.3.1存儲器地址空間和數(shù)據(jù)存儲格式

8086的存儲器是以字節(jié)(Byte，8位，簡用B表示)為單位組織的。由于8086CPU具有20條地址總線，所以可尋址的存儲器地址空間容量為220B(約1MB)。每個字節(jié)對應(yīng)一個唯一的地址，地址范圍為0～220－1(用十六進(jìn)制表示為00000H～FFFFFH)，如圖2.5所示。圖2.5存儲器的地址存儲器內(nèi)兩個連續(xù)的字節(jié)被定義為一個字。一個字中的每個字節(jié)都有一個字節(jié)地址，每一個字的低字節(jié)(低8位)存放在低地址中，高字節(jié)(高8位)存放在高地址中。字的地址指低字節(jié)的地址。各位的編號方法是最低位(LSB)為位0。一個字節(jié)中最高位(MSB)的編號為位7；一個字中最高位的編號為位15。這些約定如圖2.6所示。圖2.6地址和位號的約定

8086允許字從任何地址開始。字的地址為偶地址時，稱字的存儲是對準(zhǔn)的；若字的地址為奇地址，則稱字的存儲是未對準(zhǔn)的。

8086CPU數(shù)據(jù)總線有16位，對于訪問(讀或?qū)?字節(jié)(8位)的指令，需要一個總線周期，對于訪問一個偶地址的字(16位)的指令，也需要一個總線周期；而對于訪問一個奇地址的字的指令，則需要兩個總線周期(CPU自動完成)。2.3.2存儲器的分段和物理地址的形成

從前面的介紹可知，8086CPU地址總線有20條，存儲器地址空間為1MB。但CPU內(nèi)部可以提供地址的寄存器BX、IP、SP、BP、SI和DI及算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU都是16位，只能直接提供16位地址，即尋址范圍為64KB。8086CPU巧妙地采用了地址分段方法，將尋址范圍擴(kuò)大到1MB。在8086中，把1MB的存儲器空間劃分成若干個邏輯段，每段最大的空間容量是64KB個存儲單元。各邏輯段的起始地址必須是能被16整除的地址，即段的起始地址的低4位二進(jìn)制碼必須是0。一個段的起始地址的高16位被稱為該段的段地址。顯然，在1MB的存儲器地址空間中，可以有216個段地址。任意相鄰的兩個段地址相距16個存儲單元。段內(nèi)一個存儲單元的地址，可用相對于段起始地址的偏移量來表示，這個偏移量稱為段內(nèi)偏移地址，也稱為有效地址EA。偏移地址也是16位的，所以，一個段最大可以包括一個64KB的存儲器空間。由于相鄰兩個段地址只相距16個單元，所以段與段是互相覆蓋的，如圖2.7所示。圖2.7存儲器段的覆蓋示意圖每個存儲單元都有一個物理地址。物理地址就是存儲單元的實(shí)際地址編碼。在CPU與存儲器之間進(jìn)行任何信息交換時，需利用物理地址來查找所需要訪問的存儲單元。邏輯地址由段地址和偏移地址兩部分組成。段地址和偏移地址都是無符號的16位二進(jìn)制數(shù)，常用4位十六進(jìn)制數(shù)表示。邏輯地址也可以說是程序中表示的地址，在指令中存儲器地址總是給出段地址和偏移地址兩部分。

邏輯地址的表示格式為：段地址:偏移地址。例如8000:0100表示段地址為8000H，偏移地址為0100H。上述格式中的段地址有時用段寄存器代替。知道了邏輯地址，可以求出它對應(yīng)的物理地址：

物理地址?=?段地址?×10H?+?偏移地址

因此8000:0100的物理地址為80100H。

8086CPU中BIU單元的加法器Σ用來完成物理地址的計(jì)算，如圖2.8所示。圖2.8物理地址的形成在訪問存儲器時，段地址總是由段寄存器提供的。8086微處理器有4個段寄存器(CS、DS、SS、ES)。把段地址裝入段寄存器的那些段被稱作當(dāng)前段。顯然，當(dāng)前段不會超過4個。指令只能訪問當(dāng)前段，但用程序可以對段寄存器的內(nèi)容進(jìn)行修改，從而可實(shí)現(xiàn)訪問所有的段。2.3.3信息的分段存儲與段寄存器的關(guān)系

段寄存器的利用不僅使存儲器地址空間擴(kuò)大到1MB，而且為信息按功能分類分段存儲帶來了方便。存儲器中的信息可分為程序代碼、數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)的狀態(tài)等類信息。為了操作方便，存儲器可相應(yīng)地劃分為：①程序區(qū)，該區(qū)存儲程序的指令代碼；②數(shù)據(jù)區(qū)，它存儲原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最后結(jié)果；③堆棧區(qū)，用以存儲需要壓入堆棧的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。段寄存器的分工是：代碼段寄存器CS劃定并控制著程序區(qū)；數(shù)據(jù)段寄存器DS和附加段寄存器ES控制著數(shù)據(jù)區(qū)；而堆棧段寄存器SS對應(yīng)著堆棧存儲區(qū)。表2.2列出了各種類型訪問存儲器時所要使用的段寄存器和段內(nèi)偏移地址的來源，它規(guī)定了為各種目的訪問存儲器時所形成的20位物理地址的原則。這個表的理解要點(diǎn)如下：表2.2各種類型訪問存儲器時的地址成分

(1)任何類型訪問存儲器時，其段地址要么由默認(rèn)段寄存器提供，要么由“指定”的段寄存器提供。所謂默認(rèn)段寄存器，是指在指令中不用專門的信息指定另外一個段寄存器的情況。這時就由默認(rèn)段寄存器提供訪問內(nèi)存的段地址。實(shí)際程序設(shè)計(jì)時，絕大多數(shù)屬于這種情況，因此用戶應(yīng)熟記各種類型訪問內(nèi)存時的段寄存器。

有幾種類型訪問存儲器時允許指定另外的段寄存器，這為訪問不同的存儲器段提供了靈活性。段寄存器的指定是靠在指令碼中增加一個字節(jié)的前綴碼實(shí)現(xiàn)的。有些類型訪問存儲器時不允許指定另外的段寄存器，它們是：為取指令碼訪問內(nèi)存時,段寄存器一定是CS；堆棧操作時，段寄存器一定是SS；字符串處理指令的目的地址，其段寄存器一定是ES。

(2)段寄存器DS、ES和SS的內(nèi)容是用傳送指令置入的，但任何傳送型指令不能向段寄存器CS中置入數(shù)。第3章將講到，ASSUME偽指令及JMP、CALL、RET、INT和IRET等指令可以設(shè)置和影響CS的內(nèi)容。更改段寄存器的內(nèi)容，將意味著存儲區(qū)的移動。這說明無論程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)還是堆棧區(qū)，都可以不限于64KB的容量，都可以通過重置段寄存器內(nèi)容的方法予以擴(kuò)大，而且各存儲區(qū)都可以在存儲器中浮動。

(3)表中“段內(nèi)偏移地址來源”一欄指明，除了兩種類型訪問存儲器是“依尋址方式求得有效地址”外，其它都指明了一個16位的指針寄存器或變址寄存器。如取指令訪問內(nèi)存時，段內(nèi)偏移地址只能由指令指針I(yè)P提供；堆棧的壓入、彈出操作時，段內(nèi)偏移地址只能由SP提供；字符串操作時，源地址和目的地址中的段內(nèi)偏移地址分別由SI和DI提供。除此以外的為存取操作數(shù)而訪問內(nèi)存時，段內(nèi)偏移地址將由下節(jié)討論的指令碼規(guī)定的尋址方式求得。

在程序設(shè)計(jì)時，當(dāng)前段可容納64KB程序代碼、?64KB堆棧和128KB數(shù)據(jù)，即共256KB。一般情況下，用不到這么多。若不用附加段，則ES和DS重合。圖2.9給出了這兩種典型分段法。圖2.9典型分段法(a)同時存取最大地址256KB；(b)段部分重疊、存取小地址

2.48086的I/O組織

由于外部設(shè)備的復(fù)雜性和多樣性，特別是通常運(yùn)行速度比CPU低，因此I/O設(shè)備不能直接和CPU直接相連接。I/O接口邏輯是保證信息和數(shù)據(jù)在CPU與I/O設(shè)備之間正常傳送的電路。從外部設(shè)備與CPU之間傳輸信息的角度出發(fā)，任何外部設(shè)備都可以看做是一個或多個寄存器。CPU向外部設(shè)備輸出信息時看做向寄存器傳送數(shù)據(jù)；外部設(shè)備向CPU輸入信息時看做從寄存器讀入數(shù)據(jù)。如圖2.2所示，每個能夠傳輸8位數(shù)據(jù)的通路稱為一個I/O端口，可以類比于存儲器的一個字節(jié)存儲單元。每個I/O端口有唯一的I/O地址與之對應(yīng)。

8086地址總線的低16位用來對8位I/O端口尋址，所以8086的I/O地址空間為65536，即可以訪問65536個8位I/O端口。雖然I/O地址線和存儲器地址線是共用的，但利用控制總線中的一些控制信號可以區(qū)分是I/O存取還是存儲器存取。任何兩個地址連續(xù)的8位I/O端口都可以當(dāng)作一個16位I/O端口，亦即類似于存儲器的字。對8086，也像存儲器的字那樣，每次要實(shí)現(xiàn)奇地址的16位I/O端口輸入輸出，都必須訪問兩次。

2.58086的尋址方式

機(jī)器語言指令由二進(jìn)制代碼組成。一條指令包含操作碼(OP)和操作數(shù)兩部分，操作碼指明該指令進(jìn)行什么操作，操作數(shù)指出該指令在執(zhí)行規(guī)定操作時所需的信息來源和歸宿。8086的指令通常使用一個操作數(shù)或兩個操作數(shù)。

規(guī)定操作數(shù)的方法，即指令中用于說明操作數(shù)地址的方法稱為尋址方式。8086的尋址方式分為兩類：數(shù)據(jù)尋址方式和轉(zhuǎn)移地址尋址方式。2.5.1數(shù)據(jù)尋址方式

1.立即(Immediate)尋址

當(dāng)數(shù)據(jù)為8位或16位時，可直接放在指令本身的最后一個字節(jié)(8位)或兩個字節(jié)(16位)中。這樣的數(shù)據(jù)常稱為立即操作數(shù)。

2.寄存器(Register)尋址

數(shù)據(jù)存放在指令規(guī)定的寄存器中。對于16位數(shù)據(jù)，寄存器可以是AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP或者BP。而對于8位數(shù)據(jù)，寄存器可以是AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL或DH。

3.直接(Direct)尋址

操作數(shù)在存儲單元中，其16位有效地址，即段內(nèi)偏移地址在指令碼之中，占兩個字節(jié)。

4.寄存器間接(RegisterIndirect)尋址

操作數(shù)在存儲單元中，其有效地址在指令碼指明的基址寄存器BX或變址寄存器SI或DI之中。有效地址可表示為

5.寄存器相對(RegisterRelative)尋址

操作數(shù)在存儲單元中，其有效地址是一個8位或16位的位移量(以后都用disp表示)與一個基址寄存器或變址寄存器的內(nèi)容之和。位移量disp和這個寄存器在指令碼中給出。其有效地址可表示為

6.基址變址(BasedIndexed)尋址

操作數(shù)在存儲單元中，其有效地址是一個基址寄存器和一個變址寄存器的內(nèi)容之和?；芳拇嫫骱妥冎芳拇嫫髟谥噶畲a中指明。其有效地址可表示為

7.基址變址且相對(RelativeBasedIndexed)尋址

操作數(shù)在存儲單元中，其有效地址是一個8位或16位的位移量disp、一個基址寄存器內(nèi)容和一個變址寄存器內(nèi)容三部分之和，即為

8.隱含(Implied)尋址

有些指令的指令碼中不包含指明操作數(shù)地址的部分，而其操作碼本身隱含地指明了操作數(shù)地址。字符串操作類指令就屬于這種尋址。

圖2.10以圖示方式給出了前7種尋址方式中確定操作數(shù)的方法。

需要指出，上述存儲器操作數(shù)尋址方式中，僅給出了有效地址EA，而段地址則由前面介紹過的表2.2給出。圖2.10與數(shù)據(jù)有關(guān)的尋址方式(a)立即方式；(b)直接方式；(c)寄存器方式；(d)寄存器間接方式；(e)寄存器相對方式；(f)基址變址方式；(g)基址變址且相對方式

例如，若(BX)=0158H，(DI)=10A5H，位移量=1B57H，(DS)=2100H，(SS)=1100H，(BP)=0100H，段寄存器按默認(rèn)段寄存器，則相對于各種尋址方式的有效地址和物理地址將是：

(1)直接尋址：

EA?=?1B57H

物理地址?=?21000H?+?1B57H?=?22B57H

(2)寄存器間接尋址(假設(shè)寄存器為BX)：

EA?=

0158H

物理地址?=

21000H?+

0158H?=

21158H

(3)寄存器相對尋址(假設(shè)寄存器為BP)：

EA?=?0100H?+?1B57H?=?1C57H

物理地址?=?11000H?+?1C57H?=?12C57H

(4)基址變址尋址(假設(shè)寄存器為BX和DI)：

EA?=?0158H?+?10A5H?=?11FDH

物理地址?=?21000H?+?11FDH?=?221FDH

(5)基址變址且相對尋址(假設(shè)寄存器為BP和DI)：

EA?=?0100H?+?10A5H?+?1B57H?=?2CFCH

物理地址?=?11000H?+?2CFCH?=?13CFCH2.5.2轉(zhuǎn)移地址的尋址方式

在2.1節(jié)中，我們介紹了CPU執(zhí)行指令的過程，指令是按程序排定的順序存放在存儲器中的。8086由于采用存儲器分段的方法把尋址范圍擴(kuò)大為1MB，因而程序的執(zhí)行順序是由代碼段寄存器CS和指令指針I(yè)P的內(nèi)容決定的。正常情況下，每當(dāng)BIU完成一條取指周期之后，就自動改變指令指針I(yè)P的內(nèi)容，使之指向下一條指令。這樣，就使程序按預(yù)先安排的順序依次執(zhí)行。但當(dāng)程序執(zhí)行到某一特定位置時，根據(jù)程序設(shè)計(jì)的要求，需要脫離程序的正常執(zhí)行順序，而把它轉(zhuǎn)移到指定的指令地址。這種轉(zhuǎn)移是在程序轉(zhuǎn)移類指令的控制下實(shí)現(xiàn)的。程序轉(zhuǎn)移指令通過改變IP和CS的內(nèi)容，就可以改變程序的正常執(zhí)行順序。轉(zhuǎn)移地址尋址方式有以下4種。

1.段內(nèi)直接尋址

在段內(nèi)直接尋址方式中，指令碼中包括一個位移量disp，轉(zhuǎn)移的有效地址為(IP)+disp。因?yàn)槲灰屏渴窍鄬τ诋?dāng)前IP的內(nèi)容來計(jì)算的，所以又稱為相對尋址。disp可以是16位，也可以是8位。如果disp為8位，則稱為段內(nèi)短程轉(zhuǎn)移。無論是8位還是16位，disp在指令碼中都是用補(bǔ)碼表示的有正負(fù)符號的數(shù)。

2.段內(nèi)間接尋址

在段內(nèi)間接尋址方式中，在同一代碼段內(nèi)，要轉(zhuǎn)移到的地址的16位段內(nèi)偏移地址(即有效地址)在一個16位寄存器中或在存儲器相鄰兩個單元中。?這個寄存器或相鄰兩個單元的第一個單元的地址，是在指令碼中以上面討論的數(shù)據(jù)的尋址方式給出的。只不過尋址方式?jīng)Q定的地址里存放的不是一般的操作數(shù)而是轉(zhuǎn)移地址。

3.段間直接尋址

在段間直接尋址方式中，指令碼中直接給出16位的段地址和16位的有效地址。

4.段間間接尋址

段間間接尋址與段內(nèi)間接尋址相似，但不可能有寄存器間接尋址，因?yàn)橐玫降霓D(zhuǎn)移地址為32位(16位段地址和16位有效地址)。?指令中一定給出某種訪問內(nèi)存單元的尋址方式。用這種尋址方式計(jì)算出的存儲單元地址開始的連續(xù)4個單元的內(nèi)容就是要轉(zhuǎn)移的地址，其中前兩個單元內(nèi)的16位值為有效地址，后兩個單元內(nèi)的16位值為段地址。

屬于轉(zhuǎn)移類指令的有轉(zhuǎn)子程序指令CALL、無條件轉(zhuǎn)移指令JMP和多種條件轉(zhuǎn)移指令等。并不是每種指令都具有上述4種尋址方式。各種轉(zhuǎn)移指令有哪些尋址方式，將在第3章結(jié)合指令功能予以說明。

2.6高檔微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)

和存儲器組織簡介

與8086相比，80286以上至奔騰系列高檔微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，這些內(nèi)容不可能在一門課程中詳細(xì)敘述。下面，以已經(jīng)獲得的8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)的知識為基礎(chǔ)，用相比較的方法，簡單介紹高檔微處理器內(nèi)部的寄存器結(jié)構(gòu)和存儲器組織。高檔微處理器內(nèi)部的寄存器結(jié)構(gòu)和存儲器組織，除了使高檔微處理器具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力之外，重要一點(diǎn)是高檔微處理器支持像Windows這樣的多任務(wù)操作系統(tǒng)。高檔微處理器所具有的大軟件(字節(jié)多)運(yùn)行、多任務(wù)運(yùn)行、組織大容量的虛擬存儲器等高級功能，要求其CPU內(nèi)部有相應(yīng)的邏輯電路支持。

2.6.1高檔微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)

圖2.11是奔騰等高檔微處理器中程序可見的寄存器結(jié)構(gòu)。圖2.11高檔微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)圖2.11中，把圖2.4的8086通用寄存器對比地畫在一起?？梢钥偨Y(jié)出以下幾點(diǎn)：

(1)?8個通用寄存器的長度擴(kuò)展為32位，寄存器的名字之前增加了字符E。前4個寄存器(EAX、EBX、ECX、EDX)中的每一個在編程時可按位數(shù)不同分離為4個可以獨(dú)立使用的寄存器。以第1個為例，寄存器AL是指32位中的位0～位7，寄存器AH是指32位中的位8～位15，寄存器AX是指32位中的位0～位15，而寄存器EAX則指32位的全部。

這四個寄存器擴(kuò)展為32位，提供了32位數(shù)據(jù)運(yùn)算和操作基礎(chǔ)，將大大提高數(shù)據(jù)處理能力，使微處理器提升為32位微處理器。與此相似，SI、DI、BP和SP是指32位的低16位部分，分別擴(kuò)展成的ESI、EDI、EBP和ESP為32位的全部。

(2)指令指針EIP為32位寄存器，存放下一條要執(zhí)行指令的地址的偏移值，這個偏移值總是相對于代碼段的基地址值而言的。EIP的低16位稱為IP，用于偏移值為16位的情況(實(shí)模式，后面說明)。

EIP和ESI、EDI、EBP、ESP都擴(kuò)展為32位之后，它們訪問存儲器提供的段內(nèi)偏移地址擴(kuò)展為32位，自然也就大大擴(kuò)展了可以訪問的存儲器空間。下節(jié)還將進(jìn)一步討論。

(3)標(biāo)志寄存器也從8086的標(biāo)志寄存器(FLAGS)16位擴(kuò)展為32位，稱為EFLAGS。其中包括CF、PF、AF、ZF、SF、TF、IF、DF、OF狀態(tài)標(biāo)志和控制標(biāo)志位。此外，還定義了一些新的狀態(tài)標(biāo)志和控制標(biāo)志，是高檔微處理器特有的。

(4)段寄存器增加為6個，除原來的CS、DS、ES和SS外，增加了FS和GS段寄存器，也是用于定義數(shù)據(jù)段。它們都是16位。

2.6.2高檔微處理器的訪問存儲器機(jī)制

第1章已講述過，奔騰微處理器可以訪問存儲器空間位4GB。采用虛擬存儲技術(shù)，還可以大大擴(kuò)展存儲空間。下面介紹微處理器是以怎樣的硬件邏輯支持這一功能的。

1.實(shí)模式與保護(hù)模式

80286及以上的高檔微處理器都可以工作于實(shí)模式(RealMode)或保護(hù)模式(ProtectedMode)，而8086只能工作于實(shí)模式。實(shí)模式下微處理器只能訪問地址低端的1MB存儲器空間，即使奔騰微處理器也是如此。地址低端的1MB存儲區(qū)稱為實(shí)模式存儲器(RealModeMemory)、常規(guī)內(nèi)存(ConventionalMemory)或DOS存儲器系統(tǒng)。DOS要求處理器工作于實(shí)模式，而且各種微處理器在任何情況下每次加電或復(fù)位后都默認(rèn)以實(shí)模式開始。

Windows工作于保護(hù)模式。只有保護(hù)模式才允許訪問低端的1MB存儲區(qū)和高于1MB以上的存儲區(qū)。

2.保護(hù)模式下的存儲器尋址機(jī)制

保護(hù)模式下訪問存儲器的地址仍由兩部分合成，即偏移地址和基地址。其基地址不再直接是段寄存器保存的段地址，而是由段寄存器和對應(yīng)的描述符寄存器聯(lián)合提供的。圖2.12給出段寄存器與對應(yīng)的描述符寄存器關(guān)系。

保護(hù)模式下的段寄存器保存的不再是段地址，而是提供找到段地址的選擇符(Selector，翻譯為“符”源于“or”)。與選擇符密切相關(guān)的概念是段描述符(Descriptor)、描述符表和描述符寄存器。圖2.12段寄存器和描述符寄存器

1)段描述符

段描述符是對段進(jìn)行說明的固定格式的連續(xù)8個字節(jié)信息。其中，包括32位的段地址，這里稱為基地址(BaseAddress)；20位的段界限(SegmentLimit)；其余12位是屬性位(用作標(biāo)志位和控制位)，這放在第9章討論。基地址就是段的開始地址，?32位意味著4GB存儲空間的任何一個單元地址都可以被指定為段的開始。段的界限指明該段的最大偏移量，即段的長度或段內(nèi)的容量。段的界限為20位，220=1M，意味著段的最大偏移量可以為1MB。顯然，一個段的描述符的基地址和段界限就定義了這個段的地址范圍。例如基地址為00F00000H，段界限為000FFH，則這個段始于00F00000H，結(jié)束于00F000FFH。這是控制位G(在其余12位的屬性位中)為0時的段范圍計(jì)算方法；如果G位設(shè)定為1，段的范圍還要大。

2)描述符表和描述符索引號

描述符表是在存儲器中定義的用于存儲描述符的特殊用途的段。有三種描述符表：全局描述符表GDT(1個)、局部描述符表LDT(多個)和中斷描述符表IDT(1個)。每個表最多存放8192(213)個描述符，每個描述符8個字節(jié)，所以每個表占用存儲器空間為64KB。每個描述符在描述符表中的地址是用索引號經(jīng)換算得到的。每個描述符分配一個13位的索引號(0～8191)，索引號乘以8得到這個描述符在描述符表中的開始地址。

描述符表作為特殊用途的段也有描述符。

3)段寄存器、選擇符和描述符寄存器

如圖2.12所示，6個16位段寄存器中的每一個都對應(yīng)有一個64位描述符寄存器。段寄存器由程序置入段選擇符。16位選擇符中的13位是指明該段的描述符在描述符表中地址的索引號。而且，從操作上，一旦程序向某個段寄存器置入段選擇符，將自動地把描述符表中被選定的64位描述符傳入對應(yīng)的描述符寄存器。?描述符寄存器是與段寄存器“共生的”，但卻不能用指令讀寫內(nèi)容，是程序不可見的。存有描述符表的特殊用途的段，它的描述符存于與描述符寄存器結(jié)構(gòu)相似的描述符表寄存器(GDTR、LDTR和IDTR)，也是程序不可見的。至此，對保護(hù)模式下存儲器的訪問可以做以下簡單總結(jié)：

(1)保護(hù)模式下訪問存儲器的地址仍由段基地址和偏移地址兩部分組成。段基地址和偏移地址都是32位。

(2)段的基地址不是段寄存器直接提供的，而是首先經(jīng)過段寄存器中的選擇符中的索引號，指明存儲于段描述符表中的描述符，然后由這個描述符提供的。正是這種“間接提供”基地址方法，使得可尋址空間幾乎可以無限擴(kuò)大，因?yàn)橹灰?/p>