《匯編語言知識(shí)講解》PPT課件.ppt

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復(fù)習(xí)提問,什么是機(jī)器數(shù)，有哪三種機(jī)器數(shù)？(11110011)補(bǔ)的真值是多少？,本章要點(diǎn),了解80 x86計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：CPU、內(nèi)存、I/O與系統(tǒng)總線了解80 x86CPU的3種工作模式掌握80 x86CPU的寄存器組掌握實(shí)模式下的內(nèi)存分段與編程要點(diǎn)熟練掌握4個(gè)常用標(biāo)志位（CF、OF、SF和ZF）的含義及判斷方法,第2章80 x86計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織,2.180 x86計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),80 x86計(jì)算機(jī)的組成：CPU內(nèi)存I/O子系統(tǒng)各部分以系統(tǒng)總線相連,主要由算術(shù)邏輯部件，控制部件和寄存器組構(gòu)成。任務(wù)：執(zhí)行內(nèi)存中的指令序列。CPU的作用：執(zhí)行算術(shù)與邏輯運(yùn)算?？刂浦噶畹膱?zhí)行。通常，將Intel公司生產(chǎn)的8086/8088、80286、80386、80486、Pentium、PentiumPro、PentiumII、PentiumIII、Pentium4及其兼容的CPU，統(tǒng)稱為80 x86CPU或x86CPU，將基于這些CPU的計(jì)算機(jī)，稱為80 x86計(jì)算機(jī)或x86計(jì)算機(jī)。,2.1.1CPU,圖2-18086的功能結(jié)構(gòu),BIU,EU,8086CPU從功能上分成兩大部分：總線接口單元BIU和執(zhí)行單元EU。,BIU（總線接口部件）負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器接口，即8086CPU與存儲(chǔ)器之間的信息傳送，都是由BIU進(jìn)行的。BIU負(fù)責(zé)從內(nèi)存的指定部分取出指令和操作數(shù)，傳送給EU部分去執(zhí)行。EU（指令執(zhí)行部件）部分負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行，取指部分與執(zhí)行指令部分是分開的，于是在一條指令的執(zhí)行過程中，就可以取出下一條(或多條)指令，在指令流隊(duì)列中排隊(duì)。在一條指令執(zhí)行完以后就可以立即執(zhí)行下一條指令，減少了CPU為取指令而等待的時(shí)間，提高了CPU的利用率和執(zhí)行速度，降低了與之相配的存儲(chǔ)器對(duì)采樣速度的要求。,圖2-28086的執(zhí)行方式,BIU和EU分開，取指和執(zhí)行可以重疊。,圖2-3一般8位機(jī)的執(zhí)行方式,總線是用來系統(tǒng)各部件的一組公共導(dǎo)線，是部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道。(1)數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)總線是用來傳遞數(shù)據(jù)的，定義了CPU在每個(gè)內(nèi)存周期所能存取數(shù)據(jù)的位數(shù)。80 x86系列CPU的數(shù)據(jù)總線為8位、16位、32位或64位。這就是“為什么通常的數(shù)據(jù)存取是以8位、16位、32位或64位進(jìn)行的”。數(shù)據(jù)總線越寬，處理能力越強(qiáng)。具有N位數(shù)據(jù)總線并不意味著CPU只能處理N位數(shù)據(jù)。,2.1.2.系統(tǒng)總線,(2)地址總線AB地址總線用來指出數(shù)據(jù)的地址（內(nèi)存或I/O）。地址總線的位數(shù)決定了最大可編址的內(nèi)存與I/O空間。對(duì)于N位地址總線，CPU可以提供2N個(gè)不同地址：0～2N-1。如8086的地址總線為20位，可尋址的最大內(nèi)在空間是220MB，即1MB地址總線由內(nèi)存與I/O子系統(tǒng)共享使用（I/O只用低16位）。,(3)控制總線控制CPU與內(nèi)存和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送方式（如傳送方向）。,內(nèi)存是存放指令和數(shù)據(jù)的部件，由若干內(nèi)存單元構(gòu)成。內(nèi)存單元的2個(gè)要素：地址（編號(hào)）與值（內(nèi)容）。為了正確區(qū)分不同的內(nèi)存單元，給每個(gè)單元分配一個(gè)存儲(chǔ)器地址，可存放1個(gè)字節(jié)。地址從0開始編號(hào)，順序遞增1。機(jī)器中的地址是用無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)表示，可簡寫為十六進(jìn)制數(shù)形式。一個(gè)存儲(chǔ)單元中存放的信息稱為該單元的值（內(nèi)容）。例如，2號(hào)單元中存放了一個(gè)數(shù)字8，則表示為：(2)=8。,2.1.3內(nèi)存,對(duì)內(nèi)存單元可以讀/寫操作。對(duì)某個(gè)內(nèi)存單元進(jìn)行讀操作后，該單元的值保持不變；對(duì)其進(jìn)行寫操作后，原來的值就被新的數(shù)據(jù)所覆蓋。對(duì)于字、雙字、四字?jǐn)?shù)據(jù)類型，由于它們每個(gè)數(shù)據(jù)都要占用連續(xù)多個(gè)單元，訪問時(shí)只需給出最低單元的地址號(hào)即可，然后依次存取后續(xù)字節(jié)。習(xí)慣上，對(duì)于字、雙字、四字?jǐn)?shù)據(jù)類型，其低地址中存放低位字節(jié)數(shù)據(jù)，高地址中存放高位字節(jié)數(shù)據(jù)，這就是所謂的數(shù)據(jù)“逆序存放”。字的地址由其低地址來表示。同一地址可以看作是字節(jié)、字或雙字單元的地址，取決于具體的使用方式。,例：內(nèi)存現(xiàn)有以下數(shù)據(jù)：地址：012345數(shù)據(jù)：12H34H45H67H89H0AH則對(duì)于不同的數(shù)據(jù)類型，取到1號(hào)單元的數(shù)據(jù)是：(1)字節(jié)=34H(1)字=4534H(1)雙字=89674534H要遵守“數(shù)據(jù)對(duì)齊規(guī)則”：字存放在偶地址，雙字存放在4倍地址。,012345,每個(gè)I/O設(shè)備必須通過專門的I/O接口電路與主機(jī)（CPU和內(nèi)存）相連。1.I/O接口：由一組寄存器組成，分為以下三種類型：（1）數(shù)據(jù)寄存器（2）狀態(tài)寄存器（3）命令寄存器2.I/O端口：將各個(gè)I/O接口中的所有寄存器統(tǒng)一編號(hào)，就形成了I/O地址，也稱為80 x86的I/O端口號(hào)。大多數(shù)設(shè)備使用多個(gè)I/O端口（數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口等）。CPU是通過端口與I/O設(shè)備通信的。80X86系統(tǒng)有兩個(gè)獨(dú)立的地址空間：內(nèi)存空間和I/O空間。,2.1.4I/O子系統(tǒng),2.280 x86CPU的寄存器組,8位通用寄存器8個(gè)：AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DH。16位通用寄存器8個(gè)：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。32位通用寄存器8個(gè)：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。AL與AH、BL與BH、CL與CH、DL與DH分別對(duì)應(yīng)于AX、BX、CX和DX的低8位與高8位。AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP分別對(duì)應(yīng)于EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP和ESP的低16位。,1.通用寄存器,寄存器分為四類：通用寄存器、段寄存器、專用寄存器、其他寄存器。,圖2-98086的寄存器結(jié)構(gòu),記!,,,,,2.段寄存器段寄存器有6個(gè)，每個(gè)16位，其中CS、DS、SS分別作為指令代碼段、數(shù)據(jù)段和堆棧段寄存器，ES、FS和GS作為附加數(shù)據(jù)段寄存器。,指令指針寄存器：EIP（32位）、IP（16位）。IP是EIP的低16位。用來存放當(dāng)前代碼段中下一條要執(zhí)行指令的偏移量(或稱偏移地址)。標(biāo)志寄存器：EFLAGS（32位）、FLAGS（16位）。FLAGS是EFLAGS的低16位。用來反映指令執(zhí)行結(jié)果或控制指令的執(zhí)行方式。,3.專用寄存器,4.其他寄存器（略）,2.380 x86CPU的工作模式,（1）實(shí)模式與8086兼容的工作模式，只有低20位地址線起作用，僅能尋址第一個(gè)1MB的內(nèi)存空間，該空間內(nèi)的地址稱為實(shí)地址。MSDOS運(yùn)行在實(shí)模式下。內(nèi)存采用分段管理機(jī)制。（一個(gè)段64KB）（2）保護(hù)模式32位80 x86CPU的主要工作模式，提供對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行安全檢查的保護(hù)機(jī)制。全部地址線都能尋址。內(nèi)存采用分段和分頁管理機(jī)制。但分段尋址與實(shí)模式不同。（一個(gè)段4GB）（3）虛擬8086模式虛擬生成多個(gè)8086處理器，以便運(yùn)行DOS程序。分段尋址方式與實(shí)模式相同，分頁尋址與保護(hù)模式相同。,3種工作模式：,（1）內(nèi)存分段采用分段內(nèi)存管理機(jī)制，主要包括下列幾種類型的段：代碼段：用來存放程序的指令序列。數(shù)據(jù)段：用來存放程序的數(shù)據(jù)。堆棧段：作為堆棧使用的內(nèi)存區(qū)域，用來存放過程返回地址、過程參數(shù)等。一個(gè)程序可以有多個(gè)代碼段、多個(gè)數(shù)據(jù)段甚至多個(gè)堆棧段。采用分段管理后，一個(gè)內(nèi)存單元地址要用段基地址和偏移量所形成的邏輯地址來描述，表示為段基址：偏移量,2.3.1實(shí)模式,8086內(nèi)部的ALU能進(jìn)行16位運(yùn)算，有關(guān)地址的寄存器如SP、IP，以及BP、SI、DI等也都是16位的，因而8086對(duì)地址的運(yùn)算也只能是16位。對(duì)于8086，各種尋址方式，尋找操作數(shù)的范圍最多只能是64KB。所以，整個(gè)1MB存儲(chǔ)器以64KB為范圍分為若干段。在尋址一個(gè)具體物理單元時(shí)，必須要由一個(gè)基地址再加上由SP、IP、BP、SI或DI等可由CPU處理的16位偏移量來形成實(shí)際的20位物理地址?；刂酚?086中的段寄存器，即CS、SS、DS以及ES中的一個(gè)來形成的。在形成20位物理地址時(shí)，段寄存器中的16位數(shù)會(huì)自動(dòng)左移4位，然后與16位偏移量相加。,段地址：偏移量,1200H：0000H,1200H:347CH,1200H:0FFFFH,,64KB,圖2-208086實(shí)地址模式物理地址的形成,邏輯地址=段基址:偏移地址物理地址=段基址10H+偏移地址,20位,0000,段寄存器指示的段基址16位,每次在需要產(chǎn)生一個(gè)20位物理地址的時(shí)，一個(gè)段寄存器會(huì)自動(dòng)被選擇，且能自動(dòng)左移4位再與一個(gè)16位的地址偏移量相加，以產(chǎn)生所需要的20位物理地址。段寄存器與偏移量的搭配：取指時(shí)：物理地址=CS10H+IP堆棧操作時(shí)：物理地址=SS10H+SP。取操作數(shù)時(shí)：物理地址=DS10H+16位偏移量或物理地址=ES10H+16位偏移量,在不改變段寄存器值的情況下，尋址的最大范圍是64KB，所以，若有一個(gè)任務(wù)，它的程序長度、堆棧長度以及數(shù)據(jù)區(qū)長度都不超過64KB，則可在程序開始時(shí)，分別給DS、SS、ES置值，然后在程序中就可以不再考慮這些段寄存器，程序就可以在各自的區(qū)域中正常地進(jìn)行工作，若某一個(gè)任務(wù)所需的總的存儲(chǔ)器長度（包括程序長度、堆棧長度和數(shù)據(jù)長度等）不超過64KB，則可在程序開始時(shí)使CS、SS、DS相等，程序也能正常工作。,圖2-218086的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),實(shí)地址模式,存儲(chǔ)器采用分段管理后其物理地址的計(jì)算方法為10H段基址+偏移量(其中H表示是十六進(jìn)制數(shù))段基址和偏移量一般用十六進(jìn)制數(shù)表示，簡便的計(jì)算方法是在段基址的最低位補(bǔ)以0H，再加上偏移量。,例2-2某內(nèi)存單元的地址用十六進(jìn)制數(shù)表示為1234H∶5678H，其物理地址是多少？12340(10H段基址)+5678(偏移量)179B8(物理地址)則其物理地址為179B8H，如圖2-29所示。,,圖2-29物理地址的形成,實(shí)地址模式,:,程序執(zhí)行時(shí)，其當(dāng)前段的段基址存放在相應(yīng)的段寄存器中，偏移量視訪問內(nèi)存的操作類型決定，可能放在寄存器中或通過操作數(shù)尋址方式得到。例2-3若(CS)=1234H，(DS)=2000H，(IP)=0010H，(SS)=4000H，則下一條要執(zhí)行指令的地址是多少？10H(CS)+(IP)=12340H+0010H=12350H所以，下一條要執(zhí)行指令的地址是12350H?？梢杂貌煌亩位罚浩屏勘硎就粋€(gè)物理地址。例如可以用1000∶1F00、11F0∶0000、1100∶0F00和1080∶1700表示同一個(gè)物理地址，其物理地址都是11F00H。因這幾個(gè)邏輯地址的段基址不同，所以這個(gè)單元屬于不同的段(段發(fā)了部分重疊現(xiàn)象)。如下圖：,,,,,,,,,,,段164KB,段264KB,,此單元就會(huì)兩個(gè)邏輯地址：1000H：1F00H1100H：0F00H但物理地址是唯一的，為：11F00H,段1起始地址：10000H,段2起始地址：11000H,…...,……,……,…..,狀態(tài)標(biāo)志通常由CPU根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果自動(dòng)設(shè)置，以反映指令執(zhí)行結(jié)果的特征。80 x86CPU將狀態(tài)標(biāo)志作為條件判斷的依據(jù)，以控制程序的執(zhí)行流程。最常用的狀態(tài)標(biāo)志是CF、OF、SF和ZF，應(yīng)熟練掌握。,2.4.1狀態(tài)標(biāo)志,2.4標(biāo)志位,標(biāo)志寄存器EFLAGS中有若干標(biāo)志位，用來表示CPU當(dāng)前的操作方式和狀態(tài)信息，與普通應(yīng)用程序有關(guān)的主要是FLAGS中的9個(gè)標(biāo)志位，包括6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志和3個(gè)控制標(biāo)志。,各個(gè)標(biāo)志位的功能分述如下：(1)輔助進(jìn)位標(biāo)志AF(AuxitiaryCarryFlag)。在字節(jié)操作時(shí)，由低半字節(jié)(一個(gè)字節(jié)的低4位)向高半字節(jié)(一個(gè)字節(jié)的高4位)進(jìn)位或借位；在字操作時(shí)，低位字節(jié)向高位字節(jié)有進(jìn)位或借位，則AF=1，否則為0。這個(gè)標(biāo)志用于十進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算指令中。(2)進(jìn)位標(biāo)志CF(CarryFlag)。當(dāng)結(jié)果的最高位(字節(jié)操作時(shí)的D7或字操作時(shí)的D15)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位或借位，則CF=1，否則CF=0。這個(gè)標(biāo)志主要用于多字節(jié)數(shù)的加、減法運(yùn)算。移位和循環(huán)移位指令也能夠把存儲(chǔ)器或寄存器中的最高位(左移時(shí))或最低位(右移時(shí))放入標(biāo)志CF中。(3)溢出標(biāo)志OF(OverflowFlag)。在算術(shù)運(yùn)算中，帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超出了8位或16位(帶符號(hào)數(shù)能表達(dá)的范圍)，即在字節(jié)運(yùn)算時(shí)結(jié)果大于+127或結(jié)果小于-128，在字運(yùn)算時(shí)結(jié)果大于32767或結(jié)果小于-32768，OF=1,溢出和進(jìn)位是兩個(gè)不同性質(zhì)的標(biāo)志，千萬不能混淆了。例如，在字節(jié)運(yùn)算中MOVAL，64HADDAL，64H即01100100+0110010011001000D7位向前無進(jìn)位，故運(yùn)算后CF=0；但運(yùn)算結(jié)果超過了+127，此時(shí)，溢出標(biāo)志OF=1。又例如，在字節(jié)運(yùn)算中MOVAL，0ABHADDAL，0FFH即10101011(-85)+11111111(-1)110101010D7位向前有進(jìn)位，故運(yùn)算后CF=1；但運(yùn)算的結(jié)果又不小于-128，此時(shí)，溢出標(biāo)志OF=0。,,,在字運(yùn)算中MOVAX，0064HADDAX，0064H即0000000001100100+00000000011001000000000011001000D15位未產(chǎn)生進(jìn)位，故CF=0；運(yùn)算結(jié)果未超過+32767，故OF=0。,,又例如：MOVAX，0AB00HADDAX，0FFFFH即：1010101100000000+111111111111111111010101011111111D15位產(chǎn)生進(jìn)位，故CF=1，但運(yùn)算結(jié)果不小于-32768，故OF=0。,,(4)符號(hào)標(biāo)志SF(SignFlag)。它的值與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同。即結(jié)果的最高位(字節(jié)操作時(shí)為D7，字操作時(shí)為D15)為1，則SF=1；否則SF＝0。由于在80X86中符號(hào)數(shù)是用補(bǔ)碼表示的，所以SF表示了結(jié)果的符號(hào)，SF=0為正，SF=1為負(fù)。(5)奇偶標(biāo)志PF(ParityF1ag)。若操作結(jié)果中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則PF=1，否則PF=0。這個(gè)標(biāo)志可用于檢查在數(shù)據(jù)傳送過程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。(6)零標(biāo)志ZF(ZeroFlag)。若運(yùn)算的結(jié)果為0，則ZF=1，否則ZF=0。,(1)方向標(biāo)志DF(DirectionFlag)。若用指令置DF=1，則引起串操作指令為自動(dòng)減量指令，也就是從高地址到低地址處理字符串；若使DF=0，則串操作指令就為自動(dòng)增量指令，也就是從低地址到高地址處理字符串。(2)中斷允許標(biāo)志IF(Interrupt-enableFlag)。若指令中置IF=1，則允許CPU去接收外部的可屏蔽中斷請(qǐng)求；若使IF=0，則屏蔽上述的中斷請(qǐng)求，對(duì)內(nèi)部產(chǎn)生的中斷不起作用。(3)追蹤標(biāo)志TF(TrapFlag)。置TF標(biāo)志，使處理進(jìn)入單步方式，以便于調(diào)試。在這個(gè)方式中，CPU在每條指令執(zhí)行以后，產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部中斷，允許程序在每條指令執(zhí)行以后進(jìn)行檢查。,2.4.3控制標(biāo)志,小結(jié),80 x86計(jì)算機(jī)由CPU、內(nèi)存和I/O子系統(tǒng)三部分組成，各部分之間由系統(tǒng)總線相連。數(shù)據(jù)總線決定了CPU每次存取數(shù)據(jù)的最大寬度（位數(shù)）；地址總線決定了最大可編址空間；控制總線控制CPU與內(nèi)存和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送方式。80 x86系統(tǒng)的I/O地址為16位，可尋址65536個(gè)不同的I/O端口。80 x86程序可以存取的最小數(shù)據(jù)單位是字節(jié)。例如，若要讀取的位數(shù)不足8位，則只能先讀出一個(gè)完整字節(jié)，再屏蔽掉其它位。字的存儲(chǔ)采取“低字節(jié)在低地址，高字節(jié)在高地址，字的地址由低地址表示”的小端方式，雙字也類似。,要正確理解內(nèi)存單元的地址和值，地址表示位置，值是相應(yīng)位置處的內(nèi)容。同一地址既可以看作字節(jié)單元地址，也可以看作字甚至雙字單元地址，取決于具體的使用方式。80 x86CPU具有8位、16位和32位寄存器，主要包括：8位通用寄存器8個(gè)：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。16位通用寄存器8個(gè)：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。32位通用寄存器8個(gè)：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。16位段寄存器6個(gè)：CS、DS、SS、ES、FS、GS。32位/16位指令指針1個(gè)：EIP/IP。32位/16位標(biāo)志寄存器1個(gè)：EFLAGS/FLAGS。其中，32位寄存器是80386CPU開始引入的。,80 x86CPU有3種工作模式：實(shí)模式、保護(hù)模式和虛擬8086模式。在實(shí)模式下，段地址和偏移地址均為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，只能尋址1MB的內(nèi)存空間，且每段≤64KB。在實(shí)模式下，32位CPU下的程序可以使用32位寄存器和32位操作數(shù)，但采用32位寄存器表示偏移地址時(shí)，只使用低16位，高16位為0。CS:IP總是指向下一條要執(zhí)行的指令，EIP的高16位為0。SS:SP指向堆棧段的棧頂，ESP的高16位為0。狀態(tài)標(biāo)志是CPU進(jìn)行條件判斷和控制程序執(zhí)行流程的依據(jù)，最常用的是4個(gè)：CF、OF、SF和ZF。其中，CF表示無符號(hào)溢出，OF表示帶符號(hào)溢出。,作業(yè):習(xí)題（P27頁）2-3，2-7，2-8，2-9補(bǔ)充：1.寫出下列邏輯地址對(duì)應(yīng)的物理地址：（1）2314H：0035H（2）1FD0H：000AH2.若代碼段寄存器CS中內(nèi)容為0C018H，則該代碼段的第一個(gè)存儲(chǔ)單元和最后一個(gè)存儲(chǔ)單元的物理地址是多少？,