第2章80x86計(jì)算機(jī)組織ppt課件

1、第二章 80 x86計(jì)算機(jī)組織主要內(nèi)容2.1 80 x86微處置器2.2 基于微處置器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2.3 中央處置機(jī)2.4 存儲(chǔ)器2.5 外部設(shè)備2.1 80 x86微處置器1、80 x86是美國Intel公司的微處置器系列1969：4040芯片、4位1973：8080芯片、8位1978：8086芯片、16位 1979：8088芯片、16位1982：80286芯片、16位1986：80386芯片、32位 Pentium系列2.一些名詞術(shù)語(1)主頻：主時(shí)鐘頻率，影響運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī)速度數(shù)據(jù)總線：擔(dān)任各部分間的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)總線寬度：芯片內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的寬度外部數(shù)據(jù)總線寬度：芯片內(nèi)和芯片外交換數(shù)據(jù)的寬度地址

2、總線寬度：用以確定可訪問的存儲(chǔ)器的最大范圍地址總線寬度10位：210=1024單元，1K20位：220=1024* 210單元=1024K，1M24位：224=16*1M，16M30位：230=1024M，1G32位：232=4G，即4GB2.一些名詞術(shù)語(2)存儲(chǔ)器主存、高速緩存、外存儲(chǔ)器指令執(zhí)行時(shí)間8086：400ns； 80286：250ns； 80486：25ns；Pentium：25ns/2； Pentium Pro：25ns/3； Pentium II：任務(wù)方式1實(shí)方式2維護(hù)方式3虛擬方式任務(wù)方式1實(shí)方式：段存放器維護(hù)實(shí)踐的段地址，但只限于1M的尋址2維護(hù)方式：有更大尋址才干，運(yùn)用

3、各種表格，段的實(shí)踐地址放在描畫符表中，運(yùn)用段選擇器3虛擬方式：提供比主存更大的空間，程序可放在外存上，執(zhí)行時(shí)調(diào)入，模擬多個(gè)CPU2.2基于微處置器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分：1硬件：2軟件：2.2.1 硬件 構(gòu)造圖：功能部件存儲(chǔ)器：計(jì)算機(jī)的記憶部件中央處置機(jī)：包括運(yùn)算器和控制器運(yùn)算器：執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令控制器：擔(dān)任全機(jī)的控制任務(wù)，如取指令、譯碼、分析、取數(shù)、執(zhí)行、存數(shù)I/O系統(tǒng)：I/O設(shè)備、大容量存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線：數(shù)據(jù)線、地址線和控制線三組2.2.2 軟 件計(jì)算機(jī)軟件：系統(tǒng)軟件、用戶軟件系統(tǒng)軟件：用戶軟件：操作系統(tǒng)：主要部分是常駐監(jiān)視程序I/O驅(qū)動(dòng)程序：對(duì)I/O設(shè)備

4、進(jìn)展控制或管理 計(jì)算機(jī)軟件層次圖 其它軟件1文件管理系統(tǒng)：文本編輯程序：如editor(edit命令， 記事本、寫字板翻譯程序：分編譯程序、解釋程序匯編程序：Asm、Masm、TasmASM：小匯編程序，它占有較小的存儲(chǔ)區(qū)，功能較弱 MASM：宏匯編程序，功能較強(qiáng)，具有宏匯編才干Masm for windows集成實(shí)驗(yàn)環(huán)境其它軟件2銜接程序：程序、庫文件或其他已翻譯的子程序銜接在一同，構(gòu)成機(jī)器可執(zhí)行程序裝入程序：把程序從外存送到內(nèi)存調(diào)試程序：系統(tǒng)帶的調(diào)試程序Debug：舉例Turbo Debug程序：TdebugMasm for windows集成實(shí)驗(yàn)環(huán)境機(jī)器言語、匯編言語和高級(jí)言語機(jī)器言語：

5、二進(jìn)制指令代碼組成，機(jī)器可直接識(shí)別并執(zhí)行、不用依賴任何軟件匯編言語：一種符號(hào)言語，它幾乎和機(jī)器言語一一對(duì)應(yīng)，運(yùn)用助記符。是面向機(jī)器，便于記憶的言語。高級(jí)言語：用脫離機(jī)器指令、用易了解的方式編寫的程序，在籠統(tǒng)級(jí)上運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器言語和匯編言語的特點(diǎn)匯編言語和機(jī)器言語一一對(duì)應(yīng)，運(yùn)轉(zhuǎn)在計(jì)算機(jī)的詳細(xì)級(jí)上。處置對(duì)象是位、字節(jié)、字以及CPU存放器和存儲(chǔ)單元。匯編言語可以準(zhǔn)確、逼真地描畫計(jì)算機(jī)執(zhí)行的每一詳細(xì)步驟，程序質(zhì)量高。匯編言語可移植性差，編程較復(fù)雜，還需了解計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)。高級(jí)言語的特點(diǎn)高級(jí)言語在計(jì)算機(jī)的籠統(tǒng)級(jí)上運(yùn)轉(zhuǎn)，處置對(duì)象是變量、數(shù)組等各種類型的數(shù)據(jù)。高級(jí)言語編程容易，可移植性好。在計(jì)算機(jī)的籠統(tǒng)級(jí)上運(yùn)轉(zhuǎn)，

6、直接利用硬件系統(tǒng)性能差，缺乏與硬件直接發(fā)生聯(lián)絡(luò)的語句，影響編程技巧的發(fā)揚(yáng)。2.3 中央處置機(jī)2.3.1 中央處置機(jī)CPU的組成 2.3.2 8086/8088的存放器組 2.3.1 中央處置機(jī)CPU的組成 CPU由三部分組成: 算術(shù)邏輯部件ALU：用來進(jìn)展算術(shù)和邏輯運(yùn)算?？刂七壿嫞簱?dān)任對(duì)全機(jī)的控制任務(wù)，包括：取指、譯指、取操作數(shù)，發(fā)執(zhí)行指令、結(jié)果存入存儲(chǔ)器、對(duì)總線和I/O傳送的控制等。存放器：相當(dāng)于運(yùn)算器中的一個(gè)存儲(chǔ)單元2.3.2 8086/8088的存放器組存放器：可見存放器、不可見存放器可見存放器：通用存放器公用存放器段存放器通用存放器18086/8088、80286：數(shù)據(jù)存放器：AX，B

7、X，CX，DX，16位 可作8位存放器用：AH，AL，DH，DL等變址存放器：SP，BP，SI，DI，16位數(shù)據(jù)存放器的用途AX：作累加器，算術(shù)運(yùn)算主要存放器；在I/O時(shí)用AX與外部設(shè)備傳送信息BX：在計(jì)算存儲(chǔ)器地址時(shí)，常作基址存放器CX：作計(jì)數(shù)器DX：作雙字長運(yùn)算時(shí)把DX和AX組合存放一個(gè)雙字長數(shù)；在I/O時(shí)，DX可用來存放I/O的端口地址SP、BP、SI、DI SP：堆棧指針存放器。BP：基址指針存放器SI：源變址存放器DI：目的變址存放器 123456789ABCDEF0SP用來指示棧頂?shù)钠频刂?；BP可作為堆棧區(qū)中的一個(gè)基地址以便訪問堆棧中的其他信息變址存放器的用途可象數(shù)據(jù)存放器一樣在

8、運(yùn)算過程中存放操作數(shù)；在段內(nèi)尋址時(shí)提供偏移地址SP、BP都可以與SS存放器聯(lián)用來確定堆棧段中的某一存儲(chǔ)單元的地址SI、DI普通與DS聯(lián)用：在串處置指令中，SI和DS聯(lián)用，DI和ES聯(lián)用關(guān)于SP、BP通用存放器280386及后繼機(jī)型：數(shù)據(jù)存放器： EAX、EBX、ECX、EDX，32位 可作8位存放器用：AH，AL，DH，DL等 可作16位存放器用：AX，BX，CX，DX變址存放器：ESP、EBP、ESI、EDI，32位每個(gè)的公用屬性與8086/8088、80286的存放器一一對(duì)應(yīng)公用存放器18086/8088、80286：IP、SP、FLAGS16位IP：指令指針存放器。供系統(tǒng)運(yùn)用，存放代碼段

9、中的偏移地址，與CS存放器聯(lián)用確定下一條指令的物理地址，指向下一條指令的首地址FLAGS：程序形狀字存放器PSW。放條件碼標(biāo)志、控制標(biāo)志、系統(tǒng)標(biāo)志公用存放器280386及后繼機(jī)型：EIP、ESP、EFLAGS32位與IP、SP、FLAGS16位的作用一樣程序形狀字存放器8086/8088、80286：條件碼標(biāo)志： OF、SF、ZF、CF、AF、PF控制標(biāo)志位：DF系統(tǒng)標(biāo)志位：TF、IF、IOPL80286NT0FDFIFTFSFZFAFPFCFIOPL條件碼標(biāo)志OF：溢出標(biāo)志。運(yùn)算時(shí)如操作數(shù)超出機(jī)器表示范圍稱為溢出。此時(shí)OF位置1；否那么置0。SF：符號(hào)標(biāo)志。記錄運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)，結(jié)果為負(fù)時(shí)置1

10、，否那么置0。ZF：零標(biāo)志。運(yùn)算結(jié)果為0，置1；否那么置0。CF：進(jìn)位標(biāo)志。記錄從最高有效位產(chǎn)生的進(jìn)位值。最高有效位有進(jìn)位時(shí)置1，否那么置0。AF：輔助進(jìn)位標(biāo)志。記錄運(yùn)算時(shí)第3位產(chǎn)生的進(jìn)位值。如第3位有進(jìn)位時(shí)置1，否那么置0。PF：奇偶標(biāo)志。當(dāng)結(jié)果操作數(shù)中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)置1，否那么置0。標(biāo)志符號(hào) 舉例標(biāo)志名標(biāo)志為1標(biāo)志為0OF 溢出(是/否)DF 方向(減量/增量)IF 中斷(允許/關(guān)閉)SF 符號(hào)(負(fù)/正)ZF 零(是/否)AF 輔助進(jìn)位(是/否)PF 奇偶(偶/奇)CF 進(jìn)位(是/否) OVDNEINGZRACPECF NVUPDIPLNZNAPONC 控制標(biāo)志位控制標(biāo)志位 ：DF 方向

11、標(biāo)志，用于串處置指令處置DF位為1時(shí)，每次操作后使變址存放器SI和DI減量，使串處置從高地址向低地址方向處置：當(dāng)DF位為0時(shí)，那么使SI和DI增量，使串處置從低地址向高地址方向處置：系統(tǒng)標(biāo)志位IF：中斷標(biāo)志。 當(dāng)IF=1時(shí)，允許中斷； IF=1時(shí)封鎖中斷TF：陷井標(biāo)志跟蹤標(biāo)志。用于單步方式操作IOPL：I/O特權(quán)級(jí)?？刂茖?duì)I/O地址空間訪問段存放器8086/8088、80286：四個(gè)段存放器代碼段CS，數(shù)據(jù)段DS，堆棧段SS，附加段ES80386及后繼機(jī)型：六個(gè)段存放器代碼段CS，數(shù)據(jù)段DS，堆棧段SS，附加段ES、FS、GS-都是16位舉例：2.4 存儲(chǔ)器 2.4.1 存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容2

12、.4.2 實(shí)方式存儲(chǔ)器尋址2.4.3 維護(hù)方式存儲(chǔ)器尋址2.4.1 存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容位、字節(jié)和字 位：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的根本單位，存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù):0或1。 字節(jié)：每8位組成一個(gè)字節(jié)，在存儲(chǔ)器里以字節(jié)單位存儲(chǔ)。 字長：8086/8088、80286字長為16位，由2個(gè)字節(jié)組成；80386字長為32位，由4個(gè)字節(jié)組成，雙字2. 存儲(chǔ)器地址存儲(chǔ)器地址分配給每一個(gè)字節(jié)單元的編號(hào)。地址從0開場編號(hào)，順序地每次加1每一個(gè)字節(jié)單元有獨(dú)一一個(gè)地址：物理地址8086/8088：20位，地址范圍應(yīng)該是00000HFFFFFH80286：24位，地址范圍應(yīng)該是000000HFFFFFFH80386： 32位；Pen

13、tium： 36位 3存儲(chǔ)單元的內(nèi)容存儲(chǔ)單元的內(nèi)容：一個(gè)存儲(chǔ)單元存放的信息(0004) = 1234H 字存放方式：低位字節(jié)放低地址，高位字節(jié)放高地址，以其低地址為準(zhǔn)同一個(gè)地址既可看作字節(jié)單元地址，又可看作字單元地址雙字?jǐn)?shù)據(jù)存放：類似4地址和內(nèi)容 假設(shè)用X表示某存儲(chǔ)單元的地址，那么X單元的內(nèi)容可以表示為(X)假設(shè)X單元中存放著Y，而Y又是一個(gè)地址，那么可用(Y)=(X)來表示Y單元的內(nèi)容舉例：(0004H)=1234H，而(1234H)=2FlEH，那么也可記作 (0004H)=2F1EH 5存儲(chǔ)器的特性 它的內(nèi)容取之不盡存入新的信息后，原來保管的內(nèi)容就自動(dòng)喪失 2.4.2 實(shí)方式存儲(chǔ)器尋址存

14、儲(chǔ)器地址的分段段存放器存儲(chǔ)器地址的分段實(shí)方式下最大尋址才干1MB8086/8088：有20條地址線，直接尋址才干為1MB，即為該機(jī)的最大存儲(chǔ)容量。其他處置器：實(shí)方式下最大尋址才干1MB 問題：對(duì)16位字長的機(jī)器，用什么方法來提供20位地址，即1MB空間？分段。實(shí)方式為8086/8088而設(shè)計(jì)。幾個(gè)名詞段：將存儲(chǔ)器劃分成段，每個(gè)段的大小可達(dá)64K，每段內(nèi)地址可以用16位表示小段：從0地址開場，每16個(gè)字節(jié)為一小段：00000，00001，00002，0000E，0000F；00010，00011，00012，0001E，0001F；00020，00021，00022，0002E，0002F； 段

15、地址：指每一段的起始地址第一列就是每個(gè)小段的首地址在1M字節(jié)的地址空間里，共有64K個(gè)小段首地址：00000H00010H41230H41240HFFFE0HFFFF0H 物理地址 存儲(chǔ)單元的物理地址：在1M字節(jié)的存儲(chǔ)器里，每一個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)獨(dú)一的20位地址物理地址的構(gòu)成：20位物理地址由16位段地址和16位偏移地址組成段地址：它必需是小段的首地址，其低4位一定是0，這樣就規(guī)定段地址只取段起始地址的高16位值。偏移地址：指段內(nèi)相對(duì)于段起始地址的偏移值物理地址的計(jì)算 公式：物理地址=16d段地址+偏移地址16位段地址 000016位偏移地址 20位物理地址 +2段存放器 808680286

16、：代碼段CS、數(shù)據(jù)段DS、堆棧段SS、附加段ES存放器用途：確定一個(gè)段的起始地址，各有各的用途：1代碼段存放當(dāng)前正在運(yùn)轉(zhuǎn)的程序代碼2數(shù)據(jù)段存放當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)程序所用的數(shù)據(jù)3堆棧段定義了堆棧的所在區(qū)域。堆棧是一種數(shù)據(jù)構(gòu)造，是特殊的存儲(chǔ)區(qū)。特點(diǎn)：后進(jìn)先出4附加段是附加的數(shù)據(jù)段，是一個(gè)輔助的數(shù)據(jù)區(qū)舉例：程序中代碼段占8K(2000H)存儲(chǔ)區(qū)，數(shù)據(jù)段占有2K(800H)存儲(chǔ)區(qū)，堆棧段只占有256個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)區(qū)，分配圖：段分配獨(dú)立的情況8086/8088、80286段存放器與放偏移地址的存放器的默許組合段偏 移CSSSDSESIPSP、BPBX、DI、SI或16位數(shù)DI80386及后繼機(jī)型段存放器與放偏移地址

17、的存放器的默許組合段偏 移CSSSDSESFSGSEIPESP、EBPEAX、EBX、ECX等6個(gè)、或8位或32位數(shù)EDI無默認(rèn)無默認(rèn)2.4.3 維護(hù)方式存儲(chǔ)器尋址運(yùn)用維護(hù)方式的緣由：8086/8088機(jī)型只需1M地址空間，對(duì)后繼機(jī)型不行。 80286機(jī)型有16M地址空間；80386機(jī)型有4G地址空間；后繼機(jī)型有更多地址空間；要做多義務(wù)處置運(yùn)用虛擬存儲(chǔ)器特性邏輯地址邏輯地址實(shí)方式：段地址：偏移地址在維護(hù)方式下，邏輯地址構(gòu)成：選擇器，偏移地址選擇器放段存放器中，不直接表示段地址，經(jīng)過轉(zhuǎn)換求得段地址偏移地址為32位，最大段長可擴(kuò)展至4G與實(shí)方式的區(qū)別描畫符描畫符：描畫段的大小、段在存儲(chǔ)器中的位置及控制和形狀信息描畫符：由基地址、界限、訪問權(quán)、附加字段組成基地址：段起始地址界限：段長度訪問權(quán)：控制信息附加字段：表示該段的一些屬性2.5 外部設(shè)備輸入、輸出設(shè)備：必不可少通訊方式：