語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第2章80x86計(jì)算機(jī)組織

第2章80x86計(jì)算機(jī)組織

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器

中央處理機(jī)

外部設(shè)備2.180x86微處理器-1計(jì)算機(jī)主要有運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。20世紀(jì)70年代初期，運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成中央處理機(jī)。表2.180x86微處理器概況（15頁(yè)）Intel80861.1英特爾80x86處理器8038680486奔騰奔騰II奔騰4802868086奔騰III酷睿多核系列4004IA-32處理器16位80x86處理器奔騰多核系列Intel64處理器32.180x86微處理器-2理解下面一些名詞術(shù)語(yǔ)：主頻數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線寬度地址總線寬度地址總線寬度與尋址空間的關(guān)系（16頁(yè)）2.180x86微處理器-3一般存儲(chǔ)器以字節(jié)為存儲(chǔ)信息的基本單位，用符號(hào)B表示，因此存儲(chǔ)容量可稱為：1MB，16MB，4GB。在計(jì)算機(jī)上計(jì)算一個(gè)題目的步驟：用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言把所要計(jì)算的題目編程，把這一程序連同所要使用的數(shù)據(jù)一起存入存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)算題時(shí)，把程序和數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中取到運(yùn)算器中進(jìn)行計(jì)算。（16頁(yè)）2.180x86微處理器-4為了使存儲(chǔ)器與運(yùn)算器的速度相匹配，建立了層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器組織：（16頁(yè)）

Cache主存（內(nèi)存）外存（輔存）早期的Cache做在芯片之外，從386開始在芯片中做入少量的Cache，486中集成了8KB，Pentium中有8KB的指令高速緩存和8KB的數(shù)據(jù)高速緩存，PentiumPro在以上基礎(chǔ)上又增加了256KB的二級(jí)緩存，PentiumⅡ中有32KB的高速緩存和512KB的二級(jí)高速緩存。2.180x86微處理器-5從8086到PentiumPro執(zhí)行一條指令所需時(shí)間的比較。（16頁(yè)）實(shí)模式、保護(hù)模式和虛擬模式的區(qū)別。工作方式1.實(shí)地址方式2.保護(hù)方式3.虛擬8086方式1.實(shí)地址方式該方式工作在開機(jī)或復(fù)位后，進(jìn)入保護(hù)方式工作之前。其主要目的是為進(jìn)入保護(hù)方式作必要配置和準(zhǔn)備。實(shí)地址方式的特點(diǎn)尋址機(jī)制、存儲(chǔ)器管理、中斷處理機(jī)制和8086一樣。操作數(shù)默認(rèn)長(zhǎng)度16位。存儲(chǔ)器容量1M，分段管理，每段64K。存儲(chǔ)器兩端各一個(gè)固定區(qū)域。一個(gè)中斷向量表0000:0000～0000:00FF一個(gè)自舉入口程序FFFF:0000～FFFF:000F保護(hù)方式是Pentium的常規(guī)工作方式。只有在此方式下，才能發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。其特點(diǎn)是：多任務(wù)，任務(wù)之間相互獨(dú)立，私密。存儲(chǔ)管理空間超大，可建立虛擬存儲(chǔ)器。32位和16位運(yùn)算混合。虛擬8086方式一個(gè)模擬的8086CPU。其特性與8086相同。在PentiumCPU中，是保護(hù)方式下的一個(gè)任務(wù)。所以，在Pentium中可以建立很多個(gè)這樣的模擬8086CPU。2.2基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成-1微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。（17頁(yè)）2.2.1硬件中央處理機(jī)CPU總線控制邏輯接口接口存儲(chǔ)器大容量存儲(chǔ)器I/O設(shè)備I/O子系統(tǒng)系統(tǒng)總線......2.2基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成-2存儲(chǔ)器（17頁(yè)）記憶部件，存放程序、數(shù)據(jù)、信息及中間結(jié)果。中央處理機(jī)：運(yùn)算器控制器I/O子系統(tǒng)I/O設(shè)備大容量存儲(chǔ)器2.2基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成-3除必要的系統(tǒng)程序外，一般程序存放在外存中，只要當(dāng)運(yùn)行時(shí)，才把它調(diào)入內(nèi)存。系統(tǒng)總線（18頁(yè)）片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和外部總線。2.2基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成-4軟件：系統(tǒng)軟件用戶軟件（18頁(yè)）系統(tǒng)軟件核心是操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是系統(tǒng)程序的集合，主要作用是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源進(jìn)行管理。常駐監(jiān)督程序（一種駐留內(nèi)存的監(jiān)督程序）是操作系統(tǒng)的主要部分，只要一開機(jī)就存在于內(nèi)存中，它可以從用戶接收命令，并使操作系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。2.2基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成-5I/O驅(qū)動(dòng)程序?qū)/O設(shè)備進(jìn)行控制和管理，當(dāng)系統(tǒng)程序或用戶程序使用I/O設(shè)備時(shí)，就調(diào)用它對(duì)設(shè)備發(fā)出命令，完成CPU和I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。文件管理程序用來處理存儲(chǔ)在外存中的大量信息，它可以和外存的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相連接，對(duì)存儲(chǔ)在其中的信息以文件的形式進(jìn)行存取、復(fù)制及其他管理操作。2.2基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成-6文件編輯程序用來建立、輸入或修改文本。翻譯程序（匯編程序、解釋程序、編譯程序）（19頁(yè)）匯編程序：將匯編語(yǔ)言程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序。編譯程序：將高級(jí)語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。解釋程序：將直接把高級(jí)語(yǔ)言在機(jī)器上運(yùn)行，邊解釋邊執(zhí)行。

經(jīng)翻譯程序翻譯后，源程序變?yōu)?obj文件。2.2基于微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成-7連接程序把要執(zhí)行的程序與庫(kù)文件或其他已經(jīng)翻譯好的子程序連接在一起，形成.exe文件。裝入程序用來把程序從外存?zhèn)魉偷絻?nèi)存，以便機(jī)器執(zhí)行。計(jì)算機(jī)開始后需立即啟動(dòng)，把常駐監(jiān)督程序裝入存儲(chǔ)器，使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)起來。調(diào)試程序（DEBUG）系統(tǒng)提供給用戶的能監(jiān)督和控制用戶程序的一種工具，可以裝入、修改、顯示或逐條執(zhí)行一個(gè)程序。2.3中央處理機(jī)-12.3.1中央處理機(jī)CPU的組成（19頁(yè)）CPU中的高速緩存雖然在片內(nèi)，但就功能而言還是屬于存儲(chǔ)器的。CPU主要有以下三部分組成：算術(shù)邏輯部件控制邏輯工作寄存器組2.3中央處理機(jī)-22.3.280x86寄存器組寄存器分為程序可見的寄存器和程序不可見的寄存器兩大類。程序可見的寄存器：指在匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中用到的寄存器，它們可以由指令來設(shè)定。程序不可見的寄存器：指一般應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中不用而由系統(tǒng)所用的寄存器。2.3中央處理機(jī)-3程序可見的寄存器分為通用寄存器、專用寄存器和段寄存器3類。通用寄存器（20頁(yè)）8086/8088和80286都是16位寄存器AX累加器BX基址寄存器CX計(jì)數(shù)器DX數(shù)據(jù)寄存器2.3中央處理機(jī)-4SP堆棧指針寄存器BP基址指針寄存器SI源變址指針寄存器DI目的變址指針寄存器（21頁(yè)）80x86的寄存器結(jié)構(gòu)80x86的程序可見寄存器組通用寄存器專用寄存器段寄存器

AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBP

SIDI

IPFLAGSCSDSSSES8086/8088/80286寄存器EAXEBXECXEDXESPEBPESIEDIEIPEFLAGS

FSGS

3116158702.3中央處理機(jī)-58086～80286CPU各有8個(gè)16位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI。對(duì)于4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX、DX。其每個(gè)又可以作為2個(gè)獨(dú)立的8位寄存器使用，它們被分別命名為AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。80386以上型號(hào)的CPU各有8個(gè)32位通用寄存器，它們是相應(yīng)16位寄存器的擴(kuò)展，被分別命名為EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI、EDI。在程序中每個(gè)8位、16位、32位寄存器都可以獨(dú)立使用。2.3中央處理機(jī)-6專用寄存器IP指令指針寄存器（22頁(yè)）

IP總是與CS段寄存器配合指出下一條要執(zhí)行指令的地址，其中存放偏移量部分。SP堆棧指針寄存器FLAGS標(biāo)志寄存器（程序狀態(tài)寄存器）（22-24頁(yè)）OFDFIFTFSFZFAFPFCF標(biāo)志寄存器(FLAGS/PSW）

1514131211109876543210

條件碼標(biāo)志：控制標(biāo)志：OF溢出標(biāo)志DF方向標(biāo)志SF符號(hào)標(biāo)志IF中斷標(biāo)志ZF零標(biāo)志TF陷阱標(biāo)志CF進(jìn)位標(biāo)志AF輔助進(jìn)位標(biāo)志PF奇偶標(biāo)志例：ADDAX,BXJO/JCERROR?OFDFIFTFSFZF

AF

PF

CF

8086/8088OFDFIFTFSFZF

AF

PF

CF

IOPLNT

80286

RF

OFDFIFTFSFZF

AF

PF

CF

IOPLNTVM

80386

RF

OFDFIFTFSFZF

AF

PF

CF

IOPLNTVMAC

80486

RF

OFDFIFTFSFZF

AF

PF

CF

IOPLNTVMACIDVIPVIF313029282726252423222120191817161514131211109876543210Pentium80x86的標(biāo)志寄存器(P.23)IOPL：I/O特權(quán)級(jí)VIP：虛擬中斷未決標(biāo)志NT：嵌套任務(wù)標(biāo)志

VIF：虛擬中斷標(biāo)志RF：重新啟動(dòng)標(biāo)志VM：虛擬8086模式位AC：對(duì)準(zhǔn)檢查方式位ID：標(biāo)識(shí)標(biāo)志

狀態(tài)標(biāo)志位的符號(hào)表示在DEBUG下查看TF-a10013FD:0100pushf13FD:0101popax13FD:0102-tAX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFECBP=0000SI=0000DI=0000DS=13FDES=13FDSS=13FDCS=13FDIP=0101NVUPEIPLNZNAPONC13FD:010158POPAX在DEBUG下查看TF-tAX=3202BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFEEBP=0000SI=0000DI=0000DS=13FDES=13FDSS=13FDCS=13FDIP=0102NVUPEIPLNZNAPONC13FD:01020000ADD[BX+SI],ALDS:0000=CD-看出來TF=0AX=32020011，0010，0000，0010TF2.3中央處理機(jī)-7段寄存器（24頁(yè)）CS代碼段寄存器DS數(shù)據(jù)段寄存器SS堆棧段寄存器ES附加段寄存器

寄存器與存儲(chǔ)器的比較：

寄存器

存儲(chǔ)器

在CPU內(nèi)部在CPU外部訪問速度快訪問速度慢容量小，成本高容量大，成本低用名字表示用地址表示沒有地址地址可用各種方式形成2.4存儲(chǔ)器2.4存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器以字節(jié)（8bit）為編程單位每個(gè)字節(jié)單元都有唯一的地址編碼地址用無符號(hào)整數(shù)來表示（編程用十六進(jìn)制表示）一個(gè)字要占用相繼的兩個(gè)字節(jié)低位字節(jié)存入低地址，高位字節(jié)存入高地址字單元地址用它的低地址來表示機(jī)器以偶地址訪問（讀/寫）存儲(chǔ)器2.4.1存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容：（P.24-P.25）

10011111

0010011001001000

01011100

10000011存儲(chǔ)器的邏輯地址與物理地址邏輯地址段地址:偏移地址

1000:0000H

1000:0001H1000:0002H1000:0003H1000:0004H1000:0005H

物理地址10000H10001H10002H10003H

10004H10005H

10100010字節(jié)內(nèi)容（10000H）＝9FH；（10001H）＝26H字內(nèi)容（10000H）＝269FH；（10001H）＝4826H訪問兩次內(nèi)存請(qǐng)思考以下問題

如何讀一個(gè)字節(jié)單元的內(nèi)容？如何讀一個(gè)字單元的內(nèi)容？如何讀一個(gè)雙字單元的內(nèi)容？存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容取走后還有嗎？8086以偶地址還是奇地址訪問存儲(chǔ)器？如何用地址表示某存儲(chǔ)單元的內(nèi)容？請(qǐng)參看教材P.24-P.252.4.2實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址存儲(chǔ)器地址的分段如何解決在16位字長(zhǎng)的機(jī)器里提供20位地址的問題？段可以起始于任意地址嗎？機(jī)器內(nèi)如何劃分一小段的？一小段的大小是多少？每個(gè)小段的首地址特征是什么？1MB的地址空間里，共有多少個(gè)小段首地址？請(qǐng)參看教材P.27存儲(chǔ)器的分段：20根地址線：地址范圍00000H~FFFFFH（1MB）機(jī)器字長(zhǎng)16位：僅能表示地址范圍0000H~FFFFH（64KB）小段：每16個(gè)字節(jié)為一小段，共有64K個(gè)小段小段的首地址00000H~0000FH00010H~0001FH00020H~0002FH…FFFF0H~FFFFFH

段起始地址：小段首地址段的大?。?4K范圍內(nèi)的任意字節(jié)實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址時(shí)物理地址的計(jì)算物理地址和存儲(chǔ)單元的對(duì)應(yīng)關(guān)系如何？20位物理地址的計(jì)算方法？

一個(gè)存儲(chǔ)單元的邏輯地址惟一嗎？一個(gè)存儲(chǔ)單元的物理地址惟一嗎？請(qǐng)參看教材P.27-P.28物理地址=16段地址+偏移地址

16位段地址

16位偏移地址

0000+

20位物理地址例：(DS)=2100H,(BX)=0500H(PA)=21000H+0500H=21500H

段寄存器

8086有哪幾個(gè)段寄存器?段寄存器里放的內(nèi)容是什么?各個(gè)段的用途是什么?段的分配方式如何?段重疊指的是什么?段區(qū)的分配工作是由誰(shuí)完成的?請(qǐng)參看教材P.28-P.2964KB代碼64KB堆棧64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的邏輯分段：

存儲(chǔ)器01500H42000H1CD00H0150H4200H1CD0H段寄存器CSDSSSES

64KB附加數(shù)據(jù)B0000HB000H

256堆棧

存儲(chǔ)器

8KB代碼

2KB數(shù)據(jù)02000H04800H04000H0200H0400H0480HCSDSSS段寄存器與其對(duì)應(yīng)存放偏移地址的寄存器之間的默認(rèn)組合關(guān)系如程序用到非默認(rèn)的組合關(guān)系如何處理?請(qǐng)參看教材P.30保護(hù)模式存儲(chǔ)器尋址

在保護(hù)模式下，邏輯地址的組成？和實(shí)模式尋址的區(qū)別？描述符的概念？請(qǐng)參看教材P.30-P.31

描述符64

所選存儲(chǔ)單元支持多任務(wù)處理功能支持虛擬存儲(chǔ)器特性

保護(hù)模式下的80x86保護(hù)模式下的存儲(chǔ)器尋