80x86汇编语言程序设计 第2章 80x86计算机系统组织

2020/9/5
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1. 状态标志取值的一般规则
▪ ZF（Zero Flag）：零标志。若运算结果为0，则ZF = 1，否则ZF = 0。
▪ SF（Sign Flag）：符号标志。若运算结果为负数，则SF = 1，否则SF = 0。
▪ CF（Carry Flag）：进位标志。若加法时结果最高位向前有进位或减法时最高位向 前有借位，则CF = 1，否则CF = 0。
第2章 80x86计算机系统组织
讲授要点
▪ 80x86计算机的基本结构（CPU、内存、I/O以及连接它们的总线）。 ▪ 80x86 CPU的寄存器组。 ▪ 实模式的内存分段与编程要点。 ▪ 标志位CF、OF、SF、ZF的含义及判断方法。
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2.1 80x86计算机的基本结构
▪ 在实模式下，32位CPU下的程序可以使用32位寄存器和32位操作数，但采用32位寄 存器表示偏移地址时，只使用低16位，高16位为0。CS:IP总是指向下一条要执行的指 令，EIP的高16位为0。SS:SP指向堆栈段的栈顶，ESP的高16位为0。
▪ 状态标志是CPU进行条件判断和控制程序执行流程的依据，最常用的是4个：CF、OF、 SF和ZF。其中，CF表示无符号溢出，OF表示带符号溢出。
▪ SS:SP指向堆栈段的栈顶地址，ESP的高16位为0。
▪ 在32位80x86 CPU下，程序可以使用32位寄存器和32位操作数，但采用32位寄 存器表示偏移地址时，只使用低16位，高16位为0。
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2.4 标志位
2.4.1 状态标志
▪ 状态标志通常由CPU根据指令执行结果自动设置，以反映指令执行结果的特 征。 ▪ 80x86 CPU将状态标志作为条件判断的依据，以控制程序的执行流程。 ▪ 最常用的状态标志是CF、OF、SF和ZF，应熟练掌握。
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2.3 80x86 CPU的工作模式
2.3.1 80x86 CPU的3种工作模式
1.实模式
与8086兼容的工作模式，只有低20位地址线起作用，仅能寻址第一个1MB的 内存空间。MS DOS运行在实模式下。
2.保护模式
32位80x86 CPU的主要工作模式，提供对程序和数据进行安全检查的保护机 制。Windows 9x/NTx86汇编语言程序设计
2. 深入认识CF和OF
▪ CF和OF本质上均表示溢出。 ▪ CF表示无符号溢出，即运算结果超出了无符号数的表示范围。对于n位二进制数 来说，无符号数表示范围为0～2n -1，例如，n = 8和16时分别为0～255和0～65535。 ▪ OF表示带符号溢出，即运算结果超出了带符号数的表示范围。对于n位二进制数 来说，带符号数表示范围为-2n-1～2n-1-1，例如，n = 8和16时，分别为-128～127和32768～32767。
控制总线用来控制CPU与内存和I/O设备之间的数据传送方式（如传送方向）。
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2.1.3 内存
▪ 内存是存放指令和数据的部件，由若干内存单元构成。 ▪ 80x86的内存以字节编址：每个内存单元有唯一的地址，可存放1个字节。 ▪ 要正确理解内存单元的2个要素：地址（编号）与值（内容）。 ▪ 1个字占据2个相邻的内存单元；低字节在低地址单元，高字节在高地址单元；字的地址 由其低地址来表示。双字也类似。 ▪ 同一地址可以看作是字节、字或双字单元的地址，取决于具体的使用方式。
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▪ 80x86 CPU具有8位、16位和32位寄存器，主要包括： 8位通用寄存器8个：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。 16位通用寄存器8个：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。
32位通用寄存器8个：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。 16位段寄存器6个：CS、DS、SS、ES、FS、GS。 32位/16位指令指针1个：EIP/IP。 32位/16位标志寄存器1个：EFLAGS/FLAGS。
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2.1.4 I/O 子系统
▪ 每个I/O设备必须通过专门的I/O接口电路与主机（CPU和内存）相连。 ▪ I/O端口：即I/O地址，是区分I/O设备及其寄存器的编号。 ▪ 80x86 的I/O端口为16位。 ▪ I/O端口类似于内存单元，只是对应于I/O设备。 ▪ 大多数设备使用多个I/O端口（数据端口、状态端口等）。 ▪ CPU是通过端口与I/O设备通信的。
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2.1.2 系统总线
总线是部件之间进行数据（电信号）交换的通道。 80x86计算机的系统总线分为3类：
▪ 数据总线 ▪ 地址总线 ▪ 控制总线
1.数据总线
▪ 数据总线是用来传递数据的，定义了CPU在每个内存周期所能存取数据的位数。 ▪ 80x86系列CPU的数据总线为8位、16位、32位或64位。这就是“为什么通常的 数据存取是以8位、16位、32位或64位进行的”。 ▪ 数据总线越宽，处理能力越强。 ▪ 具有N位数据总线并不意味着CPU只能处理N位数据。
3.虚拟8086模式
在Windows 9x下，若打开一个MS DOS窗口，运行一个DOS应用程序，那 么该程序就运行在虚拟8086模式下。
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2.3.2 实模式
1. 内存分段
▪ 80x86采用分段内存管理机制，主要包括下列几种类型的段： 代码段：用来存放程序的指令序列。 数据段：用来存放程序的数据。 堆栈段：作为堆栈使用的内存区域，用来存放过程返回地址、过程参数等。
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本章小结
▪ 80x86计算机由CPU、内存和I/O子系统三部分组成，各部分之间由系统总线相连。 ▪ 数据总线决定了CPU每次存取数据的最大宽度（位数）；地址总线决定了最大可编址空间； 控制总线用来控制CPU与内存和I/O设备之间的数据传送方式。 ▪ 80x86系统的I/O地址为16位，可寻址65536个不同的I/O端口。 ▪ 80x86程序可以存取的最小数据单位是字节。例如，若要读取的位数不足8位，则只能先读出 一个完整字节，再屏蔽掉其它位。 ▪ 字的存储采取“低字节在低地址，高字节在高地址，字的地址由低地址表示”的小端方式， 双字也类似。 ▪ 要正确理解内存单元的地址和值，地址表示位置，值是相应位置处的内容。同一地址既可以 看作字节单元地址，也可以看作字甚至双字单元地址，取决于具体的使用方式。
▪ 一个程序可以拥有多个代码段、多个数据段甚至多个堆栈段。
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2. 物理地址与逻辑地址
▪ 物理地址：内存单元的实际地址，也就是出现在地址总线上的地址。 ▪ 逻辑地址：或称分段地址，记作
段地址: 段内偏移地址 段地址表示段在内存中的起始位置，通常被保存在某个段寄存器中。段内偏移地址 表示内存单元相对于段起始位置的位移，简称偏移地址，也叫有效地址EA。 ▪ 段地址与偏移地址都是16位。 ▪ 系统采用下列方法将逻辑地址自动转换为20位的物理地址：
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2.2 80x86 CPU的寄存器组
1. 通用寄存器
8位通用寄存器8个：AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DH。 16位通用寄存器8个：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。 32位通用寄存器8个：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。 AL与AH、BL与BH、CL与CH、DL与DH分别对应于AX、BX、CX和DX的低8位与高8位。AX、 BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP分别对应于EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP和ESP的 低16位。
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2.地址总线
▪ 地址总线用来指出数据的地址（内存或I/O）。 ▪ 地址总线的位数决定了最大可编址的内存与I/O空间。 ▪ 对于N位地址总线，CPU可以提供2N个不同地址：0～2N -1。 ▪ 地址总线由内存与I/O子系统共享使用（I/O只用低16位）。
3.控制总线
▪ OF（Overflow Flag）：溢出标志。若带符号数的运算结果超出了补码表示的范围， 则OF = 1，否则OF = 0。
▪ AF（Auxiliary Carry Flag）：辅助进位标志。若加法时结果低4位向前有进位或减 法时结果低4位向前有借位，则AF = 1，否则AF = 0。
▪ PF（Parity Flag）：奇偶标志。若结果最低字节中1的个数为偶数，则PF = 1，否则 PF = 0。
其中，32位寄存器是80386 CPU开始引入的。
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▪ 80x86 CPU有3种工作模式：实模式、保护模式和虚拟8086模式。
▪ 在实模式下，段地址和偏移地址均为16位。20位物理地址由16位段地址左移4位加16 位偏移地址得到，只能寻址1MB的内存空间，且每段≤64KB。
2. 专用寄存器
指令指针：EIP（32位）、IP（16位）。IP是EIP的低16位。 标志寄存器：EFLAGS（32位）、FLAGS（16位）。FLAGS是EFLAGS的低16位。
3. 段寄存器
6个16位的段寄存器：CS、DS、ES、SS、FS和GS。 FS、GS以及所有32位寄存器是从80386 CPU开始引入的。
80x86计算机的组成：
▪ CPU ▪ 内存 ▪ I/O子系统 ▪ 各部分以系统总线相连
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