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第 3 讲 8086/88 微处理器系 2006.9.29 （星期一五）

第 3 讲 8086/88 微处理器系 2006.9.29 （星期一五）. 主要内容： 1. 最小模式 8086 系统构成 2. 存储器组织 3. 寻址方式. （一） 8086 最小模式系统的基本配置. （二）存储器组织： 1. 存储器地址： 8088 有 20 条地址总线，直接寻址能力为 2 20 =1M 字节 。 用 16 进制数表示 1M 字节的地址范围应为 00000H~FFFFFH 。 （ 1 ）、 8088 内部 20 位物理地址形成 （ 2 ）、逻辑地址与物理地址. （ 1 ）、 8088 内部 20 位物理地址形成

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第 3 讲 8086/88 微处理器系 2006.9.29 （星期一五）

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  1. 第3讲 8086/88微处理器系 2006.9.29（星期一五） 主要内容： 1.最小模式8086系统构成 2.存储器组织 3.寻址方式

  2. （一）8086最小模式系统的基本配置

  3. （二）存储器组织： 1.存储器地址： 8088有20条地址总线，直接寻址能力为220=1M字节。 用16进制数表示1M字节的地址范围应为00000H~FFFFFH。 （1）、 8088内部20位物理地址形成 （2）、逻辑地址与物理地址

  4. （1）、8088内部20位物理地址形成  存储器地址分段 8088地址总线是20位的，CPU中的寄存器是16位的， 20位地址无法用16位寄存器表示，必须分段。 程序员在编制程序时把存储器划分成段。 段内地址16位,每个段的大小最大可达64KB； 实际可以根据需要来确定段大小，可以是1，100，1000， 在64K范围内的任意字节数。

  5.  20位物理地址形成 物理地址： 在1M字节存储器里，每个存储单元都有一个唯一的20位地址作为该存储单元的物理地址。 CPU访问存储器时，必须先确定所要访问的存储单元的物理地址才能取出（或存入）该单元中的内容。 20位物理地址形成：由16位段地址和16位偏移地址组成。 段地址:只取段起始地址高16位值。 偏移地址:指在段内某内存单元物理地址相对段起始地址的偏移值。

  6. 物理地址计算方法： 即把段地址左移4位再加上偏移地址值形成物理地址，写成： 物理地址= 16d段地址+偏移地址。 * 每个存储单元只有唯一的物理地址。 但可由不同的段地址和不同的偏移地址组成。

  7. （2）、逻辑地址与物理地址  逻辑地址与物理地址概念 逻辑地址与物理地址概念如下页图所示。 逻辑地址：由段基址和段内偏移地址组成的地址， 段基址和段内偏移地址都是16位的无符号二进制数， 在程序设计时使用。 物理地址：存储器的绝对地址（20位的实际地址）， 范围从00000H～FFFFFH , 是由CPU访问存储器时由地址总线发出的地址。 存储器管理：将程序中逻辑地址转移为物理地址的机构。

  8. 段基址 2000H 20000H 逻 辑 段内偏移地址 ...... 地 5F62H 25F60H 址 25F61H 25F62H 25F63H 物理地址的形成 逻辑地址与物理地址

  9. 逻辑地址来源 通过取指令、堆栈操作获取逻辑地址

  10. 取指令： 自动选择代码段寄存器CS， 再加上由IP决定的16位偏移量， 计算得到要取的指令20位物理地址。 堆栈栈顶操作： 自动选择堆栈段寄存器SS， 再加上由SP决定的16位偏移量， 计算得到堆栈栈顶操作需要的20位物理地址。

  11. 涉及到操作数（与执行指令有关的地址、数字、寄存器 等统称为操作数）：涉及到操作数（与执行指令有关的地址、数字、寄存器 等统称为操作数）： 自动选择数据段寄存器DS或附加段寄存器ES， 再加上16位偏移量，计算得到操作数的20位物理地址。 其中： 16位偏移量: 包含在：指令中的直接地址 某个16位地址寄存器的值 指令中的位移量+16位地址寄存器中值等。 16位偏移量关键取决于指令的寻址方式。

  12. 归纳段寄存器和其他寄存器组合指向存储单元示意图如下：归纳段寄存器和其他寄存器组合指向存储单元示意图如下： 段寄存器和其他寄存器组合指向存储单元示意图

  13. 2、各段在存储器中分配 各段在存储器中分配分4种情况讨论： （1）．由操作系统负责分配 一般情况，各段在存储器中的分配是由操作系统负责。 每个段可以独立地占用64K存储区。 （2）．各段也可以允许重迭 每个段的大小允许根据实际需要分配，不一定要占64KB。 每个存储单元的内容不允许发生冲突 （段可重迭，但使用时防止冲突）。

  14. （ 3）．在程序的首部设定各段寄存器的值（汇编语言必须） 如果程序中的四个段都是64K的范围之内， 程序运行时所需要的信息都在本程序所定义的段区之内， 程序员只要在程序的首部设定各段寄存器的值就可以了。 （ 4）．动态地修改段寄存器的内容 如果程序的某一段（如数据段）在程序运行过程中会超过64K空间，或者程序中可能访问除本身四个段以外的其他段区的信息， 那么在程序中必须动态地修改段寄存器的内容。

  15. 各段允许重迭： 代码段：01000H~1FFFH 数据段：02000H~027FFH 堆栈段：02800H~028FFH 64KB为一段 代码段范围:01000H~10FFFH

  16. 注意： • 以8088CPU的IBMPC系统中，存储器首尾地址的用途固定。 • 00000H~003FFH共1K内存单元用于存放中断向量。 • FFFF0H~FFFFFH是存储器底部的16个单元。 • 系统加电复位时，会自动转到FFFF0H单元执行， • 而在FFFF0H处存放一条无条件转移指令，转向系统初始化程序。

  17. （三）8086/8088CPU寻址方式及指令系统 • 一、概述 • 程序语言简介 • 二、8086/8088的寻址方式 • (一）、操作数寻址方式 • （二）、程序转移地址的寻址方式 • 三、 80386、80486、80586、Pentium的寻址方式 • 四、8086/8088指令码格式 • 五、8086/8088指令系统

  18. 一、概述 • 程序语言简介 • (1)指令、指令系统和程序 • (2)机器码和机器语言 • (3) 助记符和汇编语言 • (4)高级语言 ▲本课程学习汇编语言的目的

  19. (1)指令、指令系统和程序 • CPU是一个可以完成一些基本操作的电子器件。 • 用编码表示CPU的一个基本操作，称为一条指令。 • 全部指令集称为指令系统。 • 指令系统反映 CPU的基本功能. • 指令由两部分组成： 操作码部分，操作数部分。 • 是硬件设计人员和程序员能见到的机器的主要属性， • 是硬件构成的计算机系统向外部世界提供的直接界面。

  20. 一个CPU的指令系统是固定的， • 不同类型的CPU其指令系统不同; • 同一系列向上兼容。 • 程序是为要解决的问题编写出来的指令集合。 • 用户为解决自己的问题所编写的程序称为源程序。

  21. (2) 机器码和机器语言 • 用二进制数编码表示的指令，称为机器指令或机器码。 • 机器语言是机器码及其使用的一组规则。 • 用机器语言编写的程序称为目标程序。 • 机器语言特点：CPU能直接识别的唯一语言 • 面向机器，可直接被计算机执行 • 执行速度快，占用内存空间小 • 编程效率低、可读性差、可移值性差

  22. 例 将地址为2000H和2001H 的两内存单元内容相加， • 结果存在地址2002H单元中，程序如下： • A0 00 20 • 02 06 01 20 • A2 02 20 寄存器组 • MOV AL , [2000H] • ADD AL , [2001H] • MOV [2002H], AL DS ES 地址加法器 地 址 译 码 器 AX BX CX DX SI DI BP SP SS CS 1010 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0010 0000 0110 0000 0001 0010 0000 1010 0010 0000 0010 0010 0000 A0 00 20 02 06 01 20 A2 02 20 地址总线AB IP 数据总线DB 数据暂存器 总线 接口控制电路 指 令 队 列 控制总线CB 运 算 器 指令译码器 PSW标志 寄存器 控制电路

  23. (3) 助记符和汇编语言 • 助记符是有助记忆、并能描述指令功能的符号。 • 通常是指令功能的英文单词的缩写。 • 例 数的传送指令用助记符MOV • 加法用ADD，转移用JMP等 • 用助记符等表示的指令称为汇编格式指令 • 例MOV AL, 0 • 汇编语言是汇编格式指令、伪指令及其使用的一组规则。 • 用汇编语言编写的程序称汇编语言程序。

  24. 上例 将地址为2000H和2001H 的两内存单元内容相加， • 结果存在地址2002H单元中。 用机器码编程： A0 00 20 02 06 01 20 A2 02 20 • 用汇编语言编写的确程序段为： • MOV AL , var1 • ADD AL , var2 • MOV var3 , AL • 汇编格式指令与机器指令一一对应 • 用汇编语言编好的程序， • 必须翻译成机器码表示的程序，计算机才能运行。 • 汇编程序是将汇编语言程序翻译成机器语言的一种系统程序。

  25. 汇编语言和机器语言编写的程序： 面向机器，反映机器运行的实际过程, 与计算机的硬件结构和指令系统密切相关 算法是用计算机的指令, 寄存器等描述， 要了解CPU的编程结构、寻址方式、指令系统才能设计程序 占内存少，执行速度快 编写繁琐、调试困难 • 汇编语言相对于机器语言编写的程序： 汇编语言程序，易读易懂，便于修改。

  26. (4) 高级语言 • 高级语言是独立于机器、面向过程或对象的语言。 算法是按照人的思维方式给出，比较接近人的自然语言。 • 上例 高级语言程序段为： • var3 = var1 + var2 • 由编译程序将高级语言源程序翻译目标程序， • 即用机器码表示的程序，机器才能执行。 • (不同类型机器由于指令系统不同，它们的编译程序不同) • Fortran、 Basic、 C等均是高级语言。 • 使用高级语言编程，效率高，可读性、可移植性强。

  27. 本课程学习汇编语言的意义： • 汇编语言程序反应机器运行的实际过程， • 通过编制汇编语言程序，加深对计算机工作过程的理解。 • 本课程涉及到接口电路的设计及应用， • 在直接控制硬件的场合，汇编语言比高级语言更具优势， • 也可以更好的理解接口工作过程。

  28. 二、8086/8088的寻址方式 • 由指令字节给出的信息求出操作数的地址称为有效地址——EA • 寻找（得到）操作数有效地址的方法称为操作 数的寻址方法 • 寻找（得到）操作数有效地址和存取操作数的 • 过程称为指令的寻址操作

  29. （一）操作数寻址方式 共七种寻址方式： • 1. 立即数寻址 • 2. 寄存器寻址 • 3.直接寻址 • 4.寄存器间接寻址 5种与内存单元 • 5.寄存器相对寻址 有关的寻址 • 6.基址加变址寄存器寻址 (存储器操作数) • 7.相对基址加变址寄存器寻址 7种

  30. 以数据传送指令MOV为例介绍寻址方式。 • 指令MOV dst, src • 执行 （dst） ← （src） • 即： 源操作数的内容不变， • 目的操作数 ＝ 源操作数

  31. 例1 MOV AX , 2056H 结果 ( AH ) = 20H ( AL ) = 56H 例2 MOV AL , 78 H 结果 ( AL ) = 78H • 立即数寻址 • 操作数直接存放在指令中，紧跟在操作码之后，作为指令的一部分， • 存放在代码段里，这种操作数称为立即数。 • 操作数在指令中，取来指令立即可得到操作数。称该操作数为立即数。 • 立即数可以是8位或16位(16位的立即数是高位字节放在高地址,低位字节放在低地址) 。 • 应用场合: 立即数常用来给寄存器或内存单元赋初值。 注意：只能用于源操作数字段，不能用于目的操作数字段。 低地址 高地址

  32. 2. 寄存器寻址方式 操作数在寄存器中，指令中指定寄存器名 • 8 位操作数， 用 8 位寄存器: • AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL • 16 位操作数，用 16 位寄存器: • AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI • CS、DS、SS、ES • 这种寻址方式因为操作数在寄存器中 • 不需要访问存储器因此运算速度较高。

  33. 例1 MOV AX , 2056H • 执行后：(AX)=2056H • 例2 MOV BL , AH • 执行前：(BL) = 12H, (AH) = 78H • 执行后：(BL) = 78H , (AH) = 78H • 立即数寻址、寄存器寻址的操作数， • 不用在取完指令后再到内存中取数。

  34. 按给出偏移地址方式的不同，分为以下5种： • 直接寻址MOV AL, [ 1000H ] • 寄存器间接寻址MOV AL, [ BX ] • 寄存器相对寻址MOV AL, [ BX + 10H ] • 基址加变址寄存器MOV AL, [ BX + SI ] • 相对基址加变址寄存器MOV AL, [ BX + SI + 10H ] 指令中用[ ]给出偏移地址。 操作数的偏移地址又称有效地址EA ( Efficient Address) 指令中用 [ ] 给出偏移地址

  35. 3．直接寻址方式（Direct addressing）： • 操作数地址的１６位偏移量，直接包含在指令中，存放在代码段中指令操作码之后， 但操作数一般存放在数据段中， 必须先求出操作数的物理地址， 然后再访问存储器才能取得操作数。 • 直接寻址方式要点： • 存储器操作数的有效地址EA在指令中直接给出。 • 例MOV AL, [ 1000H ] • 默认段寄存器为DS。 • 操作数所在内存单元的物理地址为： • PA = ( DS )×10H + EA • 直接寻址方式默认段寄存器为DS

  36. 例：MOV AX , [ 1000 H] • 若 ( DS ) = 2000H • 内存操作数的物理地址为： • PA = ( DS )×10H +EA • = 2000H × 10H + 1000H • = 21000H • 执行后 (AX)= 3040H 思考： 指令 MOV AX,[1000H]与指令MOV AX, 1000H有什么不同？

  37. 例 符号buffer表示一个地址。 • MOV AX , [buffer] • 或写成 MOV AX , buffer • 源操作数为buffer指向的内存单元的内容 • 在汇编语言程序中，不直接用数值 表示偏移地址， • 用符号代替数值表示地址，称符号地址(变量名)。 • 符号地址( 变量名)经汇编连接后，与一个确定的数值地址相对应 • 可用操作符Offset获取变量的偏移地址。 • 故 PA = ( DS )×10H + Offset buffer • 指令执行结果 ( AX ) = 0B0A H • 如：buffer在附加段中， 则应指定段跨越。(段跨越或可以是CS SS 作为段寄存器) • MOV AX，ES：buffer • 或MOV AX，ES：[buffer]

  38. 4. 寄存器间接寻址（Register indirect addressing） • 操作数放在存储器里，操作数的有效地址EA由寄存器给出, 寄存器的内容为操作数的有效地址。 • 可用的寄存器有 BX、SI、DI 、BP • 如: MOV AL, [ BX ] • MOV AH, [ SI ] • MOV DL, [ DI ] • MOV DH, [ BP ]

  39. 默认段寄存器的关系： • ① 使用BX、SI、DI，默认段寄存器为DS • (BX) • PA = ( DS )×10H + (SI) • (DI) • ② 使用BP，默认段寄存器为SS • PA = ( SS )×10H + ( BP )

  40. 例：MOV AX , [ DI ] • 若 ( DS ) = 3000H • ( DI ) = 2000H • 则内存操作数的物理地址为： • PA = ( DS )×10H + ( DI ) • = 32000H • 执行后 (AX) = (32000H) = 400BH 思考： 指令 MOV AX,[ DI ]与指令MOV AX, DI有什么不同？

  41. 例：MOV AX , [ BP ] • 若 ( SS ) = 4000H • ( BP ) = 3000H • 则内存操作数的物理地址为： • PA = ( SS )×10H + ( BP ) • = 43000H • 指令执行后 (AX) = (43000H) = 0102H

  42. 5. 寄存器相对寻址（Register relative addressing） • 或变址寻址 （Index Addressing） • 操作数的有效地址是一个基址或变址寄存器的内容 • 和指令中指定的8位或16位位移量（displacement）之和。 • 可 用的寄存器有 BX、DI 、SI、BP , 与寄存器间接寻址相同 • 如: MOV AL, [ BX +10H] • MOV AH, [ DI+20H ] • MOV DL, 30H [ SI ] • MOV DH, 40H [ BP ]

  43. 默认段寄存器的关系与寄存器间接寻址相同,允许段跨越。默认段寄存器的关系与寄存器间接寻址相同,允许段跨越。 • ① 使用BX、SI、DI，默认段寄存器为DS • (BX) • PA = ( DS )×10H + (SI) + 偏移量 • (DI) • ② 使用BP，默认段寄存器为SS • PA = ( SS )×10H + ( BP )+ 偏移量

  44. 例：MOV AX , [ BX+30H ] 若 ( DS ) = 2000H ( BX ) = 1000H 则内存操作数的物理地址为： PA = ( DS )×10H + ( BX ) + 30H = 21030H 指令执行后： (AX) = (21030H) = 8976H

  45. 例：MOV AX ，60H [ BP ] 若 ( SS ) = 3000H ( BP ) = 200H 则内存操作数的物理地址为： PA = ( SS )×10H + ( BP ) + 60H = 30260H 指令执行后： (AX) = (30260H) = 0ABCH

  46. 6. 基址加变址寻址 • 操作数的有效地址由一个基址寄存器与一个变址寄存器之和给出。 • 可用的基址寄存器为 BX 、BP ，变址寄存器为 SI 、DI。 • 如 MOV AL，[ BX+SI ] • MOV AX，[ BX][DI ] • MOV DL，[ BP+SI ] • MOV DX，[ BP][DI ]

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