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CPU概述
一个典型的CPU由运算器、控制器、寄存器等器件组成,这些器件靠内部总线相连。简单的说在CPU中:
- 运算器进行信息处理
- 寄存器进行信息存储
- 控制器控制各种器件进行工作
- 内部总线连接各种器件,在他们之间进行数据的传送
内部总线和外部总线(地址总线、数据总线、控制总线)的区别:
- 内部总线实现CPU内部各个器件之间的联系
- 外部总线实现CPU和主板上其它器件的联系
寄存器
对于一个汇编程序员来说,CPU中的主要部件是寄存器。寄存器是CPU中程序员可以用指令读写的部件。程序员通过改变各种寄存器中的内容来实现对CPU的控制。
8086CPU有14个寄存器,分别是:AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW
8086CPU所有的寄存器都是16位的(16bit),可以存放两个字节(2Byte)
AX、BX、CX、DX通常用来存放一般性数据被称为通用寄存器
8086上一代CPU中的寄存器都是8位的,为了保证兼容性,这四个寄存器(通用寄存器)都可以分为两个独立的8位寄存器使用。
- AX可以分为AH(高位)和AL(低位)
- BX可以分为BH和BL
- CX可以分为CH和CL
- DX可以分为DH和DL
字在寄存器中的存储
一个字可以存在一个16位的1寄存器中,这个字的高位字节和低位字节自然就存在这个寄存器的高8位寄存器和低8位寄存器。
- 字节:记为byte,一个字节由8个bit组成,可以存在8位寄存器中
- 字:记为word,一个字由两个字节组成,这两个字节分别称为这个字的高位字节和低位字节 1 word = 2 byte
为了方便区分,16进制的数后面加H,2进制的数后面加B,10进制的什么也不加
几条汇编指令
汇编指令不区分大小写
汇编指令 | 控制CPU完成的操作 | 用高级语言的语法描述 |
---|---|---|
mov ax,18 | 将18送入AX | AX = 18 |
mov ah,78 | 将78送入AH | AH = 78 |
add ax,8 | 将寄存器AX中的数值加8 | AX = AX + 8 |
mov ax,bx | 将寄存器BX中的数据送入寄存器AX | AB = BX |
add ax,bx | 将AX,BX中的内容相加,结果存在AX中 | AX = AX + BX |
物理地址
CPU访问内存单元时要给出内存单元的地址。所有的内存单元构成的存储空间时一个一维的线性空间。我们将这个唯一的地址称为物理地址。
16位结构的CPU
概括的讲,16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征:
- 运算一次最多可以处理16位的数据
- 寄存器最大宽度为16位
- 寄存器和运算器之间的通路是16位的
8086CPU给出物理地址的方法
8086外部有20位地址总线,可传送20位地址,寻址能力为1MB(2的20次方Byte)。8086内部为16位结构,它只能传送16位的地址,表现出的寻址能力却只有64KB(2的16次方)。
8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法1来形成一个20位的物理地址
当8086CPU要读写内存时:
- CPU中的相关部件提供两个16位的地址,一个称为段地址,另一个称为偏移地址
- 段地址和偏移地址通过内部总线送入一个称为地址加法器的部件
- 地址加法器将两个16位地址合成一个20位的物理地址
- 地址加法器通过内部总线将20位物理地址送入输入输出控制电路
- 输入输出控制电路将20位物理地址送上地址总线
- 20位物理地址被地址总线传送到存储器
地址加法器采用物理地址=段地址*16+偏移地址的方法用段地址和偏移地址合成物理地址。
端地址*16有一个更常用的说法是左移4位,计算机中所有信息都是以二进制的形式存储的,段地址当然也不例外。机器只能处理二进制信息。左移四位中的位,指的是二进制位。
通过上面移位次数和各种形式数据的关系,我们可以发现:
- 一个数据的二进制形式左移1位,相当于该数据乘以2
- 一个数据的二进制形式左移N位,相当于该数据乘以2的N次方
- 地址加法器如何完成段地址*16的运算?就是将以二进制形式存放的段地址左移4位
进一步思考我们可以看出:一个数据的十六进制形式左移1位,相当于乘以16;一个数据的十进制形式左移1位,相当于乘以10;一个X进制的数据左移1位,相当于乘以X
”段地址*16+偏移地址=物理地址”的本质含义
段地址*16+偏移地址=物理地址的本质含义:CPU在访问内存时,用一个基础地址(段地址*16)和一个相对于基础地址的偏移地址相加,给出内存单元的物理地址。
段的概念
内存并没有分段,段的划分来自于CPU,由于8086CPU用“(段地址*16)+偏移地址=物理地址”的方式给出内存单元的物理地址,使得我们可以用分段的方式来管理内存。在编程时可以根据需要,将若干地址连续的内存单元看错一个段,用段地址*16定位段的起始地址(基础地址和),用偏移地址定位段中的内存单元。
检测点2.2:(16位CPU) (《汇编语言》第三版25页检测点的详细解题步骤)
-
给定段地址为0001H,仅通过变化偏移地址寻址,CPU的寻址范围为(0010H)到(1000FH)
解题:1、偏移地址为0时,物理地址=0001H*16=0010H
2、16位的系统偏移地址最大为FFFFH,最小范围是0010H,所以最大范围则是FFFFH+0010H=1000FH
-
有一数据存放在内存20000H单元中,现给定段地址为SA,若想用偏移地址寻到此单元,则SA应满足的条件是:最小为(1001H),最大为2000H。
解题:1、由"物理地址=(段地址*16+偏移地址)"可知,当偏移地址为0时,段地址为最大值,所以:段地址最大值=20000H/16=2000H
2、由物理地址公式可知,偏移地址为最大值时,段地址为最小值,16位的偏移地址最大值为FFFFH,所以 20000H = 段地址*16 + FFFFH,得出段地址为(20000H-FFFFH)/16=2000H-FFFFH/16=1001H
段寄存器
段地址在8086CPU的段寄存器中存放
8086CPU中有4个段寄存器:CS、DS、SS、ES。当8086要访问内存时由这个4个段寄存器提供内存单元的段地址。
CS和IP
CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器,它们指示了CPU当前要读取指令的地址。
CS为代码段寄存器。IP为指令指针寄存器。
CS和IP读取流程在《汇编语言》第三版26页
修改CS、IP的指令
在CPU中,程序员能够用指令读写的部件只有寄存器,程序员可以通过改变寄存器中的内容实现对CPU的控制。CPU从何处执行指令是由CS、IP中的内容决定的,程序员可以通过改变CS、IP中的内容来控制CPU执行目标指令。
mov指令可以改变8086CPU大部分寄存器的值,被称为传送指令。
修改AX中的值:
- mov ax,123
mov指令不能用于设置CS、IP的值,8086CPU没有提供这样的功能
mov指令不能用于设置CS、IP的值,8086CPU没有提供这样的功能。
8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变它们的值:转移指令(能够改变CS、IP内容的指令统称为转移指令)
同时修改CS、IP
若想同时修改CS、IP的值可以用指令"jmp 段地址:偏移地址"完成
- jmp 2AE3:3 (物理地址:(CS)2AE3H*16+(IP)0003H=2AE33H)
- jmp 3:0b16 (物理地址:(CS)0003H*16+(IP)0B16H=0B46H)
仅修改IP的内容
jmp 某一合法寄存器 。用寄存器中的值修改IP.
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mov ax,200
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jmp ax (用ax的值修改IP)
代码段
对于8086PC机,在编程时,可以根据需要,将一组内存单元定义为一个段。可以将长度为N(N<=64KB)的一组代码,存在一组地址了连续、起始地址为16的倍数(段地址都是16的倍数)的内存单元中,这段内存时用来存放代码的,从而定义了一个代码段。
如何使得代码段中的指令被执行
CPU只认被CS:IP指向的内存单元的内容为指令。所以要让CPU执行放在代码段中的指令,必须要将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。