第二章 微机系统结构 1.pdf

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1、第二章第二章微机系统结构微机系统结构从从Intel8086到到Pentium 4中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系?本章主要教学内容?80 x86微处理器的基本性能指标、组成及其寄存器结构微处理器的基本性能指标、组成及其寄存器结构?8086/8086微处理器的引脚特性微处理器的引脚特性?8086微处理器的存储器、微处理器的存储器、I/O组织、时钟和总线周期组织、时钟和总线周期?80286、80386、80486、P

2、entium、Pentium 4简介简介?教学目的?掌握掌握8086微处理器的基本原理，了解微处理器的基本原理，了解80286Pentium 4CPU的结构的结构?教学重点：?80 x86微处理器的组成及其寄存器结构微处理器的组成及其寄存器结构；8086的存储器组织；的存储器组织；8086系统配置；系统配置；8086的总线周期的总线周期?教学难点?8086微处理器的系统配置和总线周期微处理器的系统配置和总线周期中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科

3、学技术大学电子工程与信息科学系2-0、80 x86微处理器的工作模式微处理器的工作模式?80386以上系统中有四种工作模式：以上系统中有四种工作模式：（1）实地址模式）实地址模式（2）保护模式）保护模式（3）虚拟）虚拟8086模式模式（4）系统管理模式）系统管理模式?8086/88系统只有一种工作模式系统只有一种工作模式?80286有（有（1）（）（3）三种模式）三种模式（参见教材（参见教材P446页）页）中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技

4、术大学电子工程与信息科学系（1）实地址模式）实地址模式?80286以上的微处理器所采用的以上的微处理器所采用的8086的工作模式；的工作模式；?在实模式下，采用类似于在实模式下，采用类似于8086的体系结构，其寻址机制、中断处理机制均和的体系结构，其寻址机制、中断处理机制均和8086相同；相同；?寻址空间为寻址空间为1MB，并采用分段方式，每段大小为，并采用分段方式，每段大小为64KB；?实模式是实模式是80 x86处理器在加电或复位后立即出现的工作方式，系统初始化或引导程序必须先运行实模式；处理器在加电或复位后立即出现的工作方式，系统初始化或引导程序必须先运行实模式；?实模式是为建立保护模式

5、做准备的工作模式。实模式是为建立保护模式做准备的工作模式。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系实模式的内存地址保留区域实模式的内存地址保留区域?在实模式下，存储器中保留两个专用区域在实模式下，存储器中保留两个专用区域?初始化程序区：初始化程序区：?FFFF0HFFFFFH，存放进入，存放进入ROM引导程序的一条跳转指令；引导程序的一条跳转指令；?中断向量表区：中断向量表区：?0000H003FFH，在这，在这1K字节

6、的存储空间中存放字节的存储空间中存放256个中断服务程序的入口地址，每个入口地址占个中断服务程序的入口地址，每个入口地址占4个字节（与个字节（与8086的情形相同）。的情形相同）。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系（2）保护模式）保护模式?支持多任务的工作模式。支持多任务的工作模式。?提供了一系列的保护机制，如任务地址空间的隔离，设置特权级（提供了一系列的保护机制，如任务地址空间的隔离，设置特权级（03共共4个特权

7、级），设置特权指令，进行访问权限（如只读、只执行）及段限检查等。个特权级），设置特权指令，进行访问权限（如只读、只执行）及段限检查等。?80386以上的微处理器在保护模式下可以访问以上的微处理器在保护模式下可以访问4G字节的物理存储空间，段的长度在启动分页功能时是字节的物理存储空间，段的长度在启动分页功能时是4G字节，不启动分页功能时是字节，不启动分页功能时是1M字节，分页功能是可选的。字节，分页功能是可选的。?可以引入虚拟存储器的概念，以扩充编程者所使用的地址空间。可以引入虚拟存储器的概念，以扩充编程者所使用的地址空间。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系

8、中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系（3）虚拟）虚拟8086模式模式?虚拟虚拟8086模式又称模式又称“V86模式模式”。?它是既有保护功能又能执行它是既有保护功能又能执行8086代码的工作模式，是一种动态工作模式。代码的工作模式，是一种动态工作模式。?V86模式可以在多任务环境下运行多个用模式可以在多任务环境下运行多个用8086编写的程序（针对编写的程序（针对8086编写的程序虽然能够在实模式下运行，但是实模式不支持多任务）。编写的程序虽然能够在实模式下运行，但是实模式不支持多任务）。

9、?处理器能够迅速反复地在处理器能够迅速反复地在V86模式和保护模式之间切换，从保护模式进入模式和保护模式之间切换，从保护模式进入V86模式执行模式执行8086程序，然后离开程序，然后离开V86模式，进入保护模式继续执行原来的保护模式程序。模式，进入保护模式继续执行原来的保护模式程序。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系（4）系统管理模式（）系统管理模式（SMM）?Intel 80386 SL开始引入的模式，标准的开始

10、引入的模式，标准的IA-32结构特点。结构特点。?为操作系统和正在运行的应用程序提供透明的电源管理和系统安全平台功能。为操作系统和正在运行的应用程序提供透明的电源管理和系统安全平台功能。?当外部系统管理中断（当外部系统管理中断（SMI）引脚被触发，或者从）引脚被触发，或者从APIC（高级中断控制器）接收到一个系统管理中断（高级中断控制器）接收到一个系统管理中断（SMI），处理器进入进入本模式。），处理器进入进入本模式。?进入进入SMM模式后，处理器首先保存当前运行的程序或状态，再转到一个独立的地址空间运行系统管理模式指定的代码。模式后，处理器首先保存当前运行的程序或状态，再转到一个独立的地址空

11、间运行系统管理模式指定的代码。?从从SMM模式返回时，处理器回到响应模式返回时，处理器回到响应SMI中断前的工作状态。中断前的工作状态。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系4种工作模式的转换关系种工作模式的转换关系实地址模式实地址模式CPU上电上电或复位或复位SMM模式模式保护模式保护模式V86CR0.PE=1CR0.PE=0RSM指令指令中断中断SMI#RSM指令指令中断返回任务切换中断返回任务切换(修改修改EFL

12、AG中的中的VM位）位）SMI#SMI#RSM指令指令SMI#SMI#系统管理中断信号；系统管理中断信号；系统管理中断信号；系统管理中断信号；RSMRSM指令是系统管理中断服务程序返回指令；指令是系统管理中断服务程序返回指令；指令是系统管理中断服务程序返回指令；指令是系统管理中断服务程序返回指令；修改控制寄存器修改控制寄存器修改控制寄存器修改控制寄存器CR0CR0的的的的PE0PE01 1（0 0）进入（退出）保护模式。）进入（退出）保护模式。）进入（退出）保护模式。）进入（退出）保护模式。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科

13、学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系2-1、8086/8088 CPU?基本性能指标基本性能指标?16位微处理器（位微处理器（8088的的DB只有只有8位，称为准位，称为准16位）；位）；?采用采用HMOS工艺制造，芯片上集成了工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；万只晶体管；?单一单一+5V电源，电源，40pin DIP（双列直插）封装；（双列直插）封装；?时钟频率为时钟频率为5MHz10MHz，基本指令执行时间为，基本指令执行时间为0.3us0.6us，最长执行时间超过，最长执行时间超过10us。?16根数据线和

14、根数据线和20根地址线，可寻址地址空间根地址线，可寻址地址空间1MB。?8086有一个初级流水线结构，内部操作与对外操作具有并行性。有一个初级流水线结构，内部操作与对外操作具有并行性。?8086/8088可以和浮点运算器（协处理器）、可以和浮点运算器（协处理器）、I/O处理器或其它处理器组成多处理器系统，以提高系统的数据吞吐能力和数据处理能力。处理器或其它处理器组成多处理器系统，以提高系统的数据吞吐能力和数据处理能力。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学

15、系中国科学技术大学电子工程与信息科学系一、一、Intel 8086/8088内部结构内部结构8/16位外部数据线位外部数据线AH ALBH BLCH CLDH DLSPBPDISI通用寄存器通用寄存器AXBXCXDXALU数据总线（数据总线（16位）位）暂存寄存器暂存寄存器ALU标志寄存器标志寄存器EU 控制系统控制系统执行单元执行单元执行单元执行单元EUEUEUEUCSDSSSESIP内部暂存器内部暂存器1 2 3 4 5 6数据总线数据总线8088:8位位8086:16位位总线控制逻辑总线控制逻辑地址总线地址总线20位位指令队列指令队列80888086Q总线（总线（8位）位）指令指针段寄存

16、器外部总线指令指针段寄存器外部总线总线接口单元总线接口单元总线接口单元总线接口单元BIUBIUBIUBIU20位地址线位地址线16位内部数据线位内部数据线中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系总线接口部件总线接口部件BIU Bus Interface Unit?主要功能：主要功能：?根据执行部件根据执行部件EU的请求，负责完成的请求，负责完成CPU与存储器或与存储器或I/O设备之间的数据传送。设备之间的数据传送。?内部

17、构成内部构成?四个四个16位段地址位段地址Reg：代码段：代码段CS、数据段、数据段DS、堆栈段、堆栈段SS和附加段和附加段ES；?20位地址生成电路（地址加法器）位地址生成电路（地址加法器）?一个一个16位指令指针位指令指针IP，存放下一条要执行的指令地址；，存放下一条要执行的指令地址；?一个一个6/4字节指令队列缓冲器；字节指令队列缓冲器；?总线控制电路。总线控制电路。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系执行部件

18、执行部件EUExecute Unit?功能：功能：?从从BIU的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令。的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令。?指令执行结果或指令执行所需的数据，都由指令执行结果或指令执行所需的数据，都由EU向向BIU发出命令，对存储器或发出命令，对存储器或I/O接口进行读接口进行读/写操作。写操作。?执行部件中包含：执行部件中包含：?一个一个16位的算术逻辑单元（位的算术逻辑单元（ALU）；）；?八个八个16位的通用位的通用Reg；?一个一个16位的状态标志位的状态标志Reg和一个数据暂存和一个数据暂存Reg；?执行部件的控制电路。执行部件的控制电

19、路。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系EU与与BIU的并发操作初级流水线的并发操作初级流水线?EU与与BIU可独立工作，可独立工作，BIU在保证在保证EU与片外传送操作数前提下，可进行指令预取，与与片外传送操作数前提下，可进行指令预取，与EU可重叠操作。可重叠操作。?8086指令队列出现指令队列出现2个空字节，且个空字节，且EU未占总线，未占总线，BIU自动取指令填充队列。自动取指令填充队列。取指令取指令1执行指令

20、执行指令1取指令取指令2执行指令执行指令2取指令取指令3执行指令执行指令3t0t1t2t3t4t8086流水线操作流水线操作流水线的优点：在t0t4时间间隔中，理想情况下，8086可执行3条指令流水线的优点：在t0t4时间间隔中，理想情况下，8086可执行3条指令（注：此处的t0t4不是机器时钟周期）（注：此处的t0t4不是机器时钟周期）中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系二、二、80 x86微处理器的寄存器结构微处

21、理器的寄存器结构?80286Pentium微处理器为保持与微处理器为保持与8086的兼容性，内部寄存器是在的兼容性，内部寄存器是在8086基础上的扩充。基础上的扩充。8086 的寄存器可以看作是它们的寄存器组的一个子集。的寄存器可以看作是它们的寄存器组的一个子集。?80286以上微处理器的寄存器分为以上微处理器的寄存器分为3大类：大类：1)用户级寄存器，也称为程序可见寄存器。这类寄存器在进行汇编语言程序设计时必须掌握。也是本章介绍的重点。用户级寄存器，也称为程序可见寄存器。这类寄存器在进行汇编语言程序设计时必须掌握。也是本章介绍的重点。?2)系统级寄存器：系统级寄存器：80286以后新增加的，

22、包括以后新增加的，包括控制寄控制寄控制寄控制寄存器存器存器存器和支持存储器管理的和支持存储器管理的段表寄存器段表寄存器段表寄存器段表寄存器。控制寄存器主要供操作系统使用，操作系统设计者要熟悉这些寄存器；段表寄存器在应用程序设计时不能直接访问，但能被系统软件访问或被间接引用，因此又称为程序不可见寄存器。控制寄存器主要供操作系统使用，操作系统设计者要熟悉这些寄存器；段表寄存器在应用程序设计时不能直接访问，但能被系统软件访问或被间接引用，因此又称为程序不可见寄存器。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信

23、息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系3)程序调试寄存器：程序调试寄存器：80386以后陆续增加的寄存器。如以后陆续增加的寄存器。如80386增加增加10个个32位位DR0DR7、TR6和和TR7，PII增加的增加的mm0mm7寄存器，寄存器，PIII又增加了又增加了xmm0 xmm7单精度浮点寄存器，在单精度浮点寄存器，在SIMD体系结构中使用汇编语言编程时将用到这些寄存器。体系结构中使用汇编语言编程时将用到这些寄存器。?注：注：?SIMD体系结构是由一个控制器、多个处理器、多个存贮模块和一个互连网络组成。所有体系结构是由一个控制器、多个处理器、多个

24、存贮模块和一个互连网络组成。所有“活动的活动的”处理器在同一时刻执行同一条指令，每个处理器执行这条指令时所用的数据是从它本身的存储模块中读取的。对操作种类多的算法，当要求存取全局数据或对于不同的数据要求做不同的处理时，处理器在同一时刻执行同一条指令，每个处理器执行这条指令时所用的数据是从它本身的存储模块中读取的。对操作种类多的算法，当要求存取全局数据或对于不同的数据要求做不同的处理时，SIMD无法独立胜任。无法独立胜任。?与之相对应的是与之相对应的是MIMD体系，就是通常所指的多处理机，典型体系，就是通常所指的多处理机，典型MIMD系统由多台处理机、多个存储模块和一个互连网络组成，每台处理机执

25、行自己的指令，操作数也是各取各的。系统由多台处理机、多个存储模块和一个互连网络组成，每台处理机执行自己的指令，操作数也是各取各的。MIMD结构中每个处理器都可单独编程，因而这种结构的可编程能力是最强的。但是硬件利用率不高。结构中每个处理器都可单独编程，因而这种结构的可编程能力是最强的。但是硬件利用率不高。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系白色区域：白色区域：8086/8088、80286阴影区域：阴影区域：8038

26、6、80486及及Pentium新增加的。分为新增加的。分为3种：种：1)通用寄存器，通用寄存器，2)段寄存器，段寄存器，3)指针和标志寄存器。指针和标志寄存器。80 x86处理器处理器用户级用户级寄存器模型寄存器模型参见参见P450页图页图13-4，对比，对比P24页图页图2-2第二类段寄存器数据寄存器地址指针和变址寄存器第二类段寄存器数据寄存器地址指针和变址寄存器第三类指令指针和标志寄存器第三类指令指针和标志寄存器第一类通用寄存器第一类通用寄存器GSFSSSESDSCSFLAGSIPDISIBPSPDLCLBLALDHCHBHAHEDXECXEBXEAXEDIESIEBPESPEFLAGS

27、EIP310DXCXBXAX16 158 7中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系（一）通用寄存器（一）通用寄存器?分为通用数据寄存器与指针和变址寄存器两组。分为通用数据寄存器与指针和变址寄存器两组。（1）通用数据寄存器：）通用数据寄存器：?共有共有4个通用数据寄存器，个通用数据寄存器，EAX、EBX、ECX和和EDX（8086/8088和和80286只有只有16位）。位）。?一般用来存放一般用来存放8位、位、16位或

28、者位或者32位操作数，大多数算术运算和逻辑运算指令都可以使用这些寄存器。位操作数，大多数算术运算和逻辑运算指令都可以使用这些寄存器。?每一个可根据需要作为每一个可根据需要作为32位寄存器位寄存器(ERX)、16位寄存器位寄存器(RX)或或8位寄存器位寄存器(RH或或RL)引用，它们均可独立寻址、独立使用。（其中引用，它们均可独立寻址、独立使用。（其中R代表代表A或或B或或C或或D）?8086/8088和和80286中的中的16位寄存器（位寄存器（AX、BX、CX和和DX）当作是）当作是32位的子集。位的子集。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大

29、学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系EAX（Accumulator累加器）累加器）?EAX可以作为可以作为32位寄存器位寄存器(EAX)、16位寄存器位寄存器(AX)或或8位寄存器位寄存器(AH或或AL)引用。引用。?当累加器用于乘法、除法及一些调整指令时，它具有专门的用途（参见教材当累加器用于乘法、除法及一些调整指令时，它具有专门的用途（参见教材P25表表2-1）。）。?在在I/O指令中存放输入指令中存放输入/输出数据。输出数据。?在在80386及更高型号的微处理器中，及更高型号的微处理器中，EAX

30、寄存器也可以用来存放访问存储单元的偏移地址。寄存器也可以用来存放访问存储单元的偏移地址。?8086/8088和和80286中的累加器中的累加器AX只有只有16位。位。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系EBX（Base基址）基址）?EBX是个通用寄存器，它可以作为是个通用寄存器，它可以作为32位寄存器位寄存器(EBX)、16位寄存器位寄存器(BX)或或8位寄存器位寄存器(BH或或BL)引用。引用。?在查表转换和间接寻

31、址时，存放访问存储单元的偏移地址（基址）。在查表转换和间接寻址时，存放访问存储单元的偏移地址（基址）。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系ECX（Count计数）计数）?ECX是个通用寄存器，它可以作为是个通用寄存器，它可以作为32位寄存器位寄存器(ECX)、16位寄存器位寄存器(CX)或或8位寄存器位寄存器(CH或或CL)引用。引用。?ECX可用来作为多种指令的计数值。用于计数的指令是重复的串操作指令、移位指令、循

32、环移位指令和可用来作为多种指令的计数值。用于计数的指令是重复的串操作指令、移位指令、循环移位指令和LOOP/LOOPD指令。指令。?移位和循环移位指令用移位和循环移位指令用CL计数，重复串操作指令用计数，重复串操作指令用CX计数，计数，LOOP/LOOPD指令用指令用CX或或ECX计数。计数。?在在80386及更高型号的微处理器中，及更高型号的微处理器中，ECX也可用来存放访问存储单元的偏移地址。也可用来存放访问存储单元的偏移地址。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子

33、工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系EDX（Data，数据），数据）?EDX是个通用寄存器，它可以作为是个通用寄存器，它可以作为32位寄存器位寄存器(EDX)、16位寄存器位寄存器(DX)或或8位寄存器位寄存器(DH或或DL)引用。引用。?在乘法指令中用于保存乘法运算产生的乘积的高位部分在乘法指令中用于保存乘法运算产生的乘积的高位部分?在除法运算前存放被除数高位部分或余数。在除法运算前存放被除数高位部分或余数。?在在I/O操作时，用于对操作时，用于对IO端口的间接寻址。端口的间接寻址。?对于对于80386及更高型号的微处理器，这个寄存器也可用来寻址存储器数据及更高型号的微处理器

34、，这个寄存器也可用来寻址存储器数据中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系（2）地址指针和变址寄存器）地址指针和变址寄存器?另外另外4个通用寄存器，分别是：个通用寄存器，分别是：1)1)ESP(Stack PointerESP(Stack Pointer，堆栈指针，堆栈指针，堆栈指针，堆栈指针)：ESP通常用于寻址一个称为通常用于寻址一个称为“堆栈堆栈”的存储区，的存储区，ESP存放的是访问堆栈所需的存放的是访问堆栈所需

35、的“堆栈指针堆栈指针”。这个寄存器作为。这个寄存器作为16位寄存器引用时为位寄存器引用时为SP；作为；作为32位寄存器引用时则为位寄存器引用时则为ESP。2)2)EBP(Base PointerEBP(Base Pointer，基址指针，基址指针，基址指针，基址指针)：EBP通常用来存放访问堆栈段的一个数据区的通常用来存放访问堆栈段的一个数据区的“基地址基地址”（偏移量）。它作为（偏移量）。它作为16位寄存器引用时为位寄存器引用时为BP；作为；作为32位寄存器引用时，则是位寄存器引用时，则是EBP。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程

36、与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系3)ESI(Source IndexESI(Source Index，源变址，源变址，源变址，源变址)：ESI用于寻址串操作指令的源数据串。它的另一个功能是作为用于寻址串操作指令的源数据串。它的另一个功能是作为32位位(ESI)或或16位位(SI)的数据寄存器使用。的数据寄存器使用。4)EDI(Destination IndexEDI(Destination Index，目的变址，目的变址，目的变址，目的变址)：EDI用于寻址串操作指令的目的数据串。如同用于寻址串操作指令的目

37、的数据串。如同ESI一样，一样，EDI也可用为也可用为32位位(EDI)或或16位位(DI)的数据寄存器使用。的数据寄存器使用。?以上以上8个通用寄存器中某些寄存器还有专门用途，并且有些寄存器被某些指令缺省指定使用（隐含寻址）。下表（教材个通用寄存器中某些寄存器还有专门用途，并且有些寄存器被某些指令缺省指定使用（隐含寻址）。下表（教材P25页表页表2-1）列出了）列出了8086或者或者8088中各个通用寄存器的一些专门用途（注意到中各个通用寄存器的一些专门用途（注意到80 x86系列系列CPU的兼容性，的兼容性，32位以上处理器可以类推）。位以上处理器可以类推）。中国科学技术大学电子工程与信息

38、科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系8086/8088通用寄存器的特定用法通用寄存器的特定用法Reg特殊用途Reg特殊用途AX,ALI/O指令的数据寄存器乘法指令存放被乘数或积(隐含)除法指令存放被除数或商(隐含)DX字乘法/除法指令存放乘积高16位或被除数高位或余数(隐含)；间接寻址I/O指令中的地址寄存器AHLAHF指令的目标寄存器(隐含)SI字符串运算指令的源变址寄存器(隐含)间接寻址的变址寄存器AL十进制运算指令和XLAT指令中的累加器(

39、隐含)DI字符串运算指令的目标变址寄存器(隐含)间接寻址的变址寄存器BX间接寻址的基址寄存器XLAT指令的基址寄存器(隐含)BP间接寻址的基址指针CX串操作和LOOP指令的计数器(隐含)SP堆栈操作的堆栈指针CL移位和循环指令的移位次数寄存器Reg特殊用途Reg特殊用途AX,ALI/O指令的数据寄存器乘法指令存放被乘数或积(隐含)除法指令存放被除数或商(隐含)DX字乘法/除法指令存放乘积高16位或被除数高位或余数(隐含)；间接寻址I/O指令中的地址寄存器AHLAHF指令的目标寄存器(隐含)SI字符串运算指令的源变址寄存器(隐含)间接寻址的变址寄存器AL十进制运算指令和XLAT指令中的累加器(隐

40、含)DI字符串运算指令的目标变址寄存器(隐含)间接寻址的变址寄存器BX间接寻址的基址寄存器XLAT指令的基址寄存器(隐含)BP间接寻址的基址指针CX串操作和LOOP指令的计数器(隐含)SP堆栈操作的堆栈指针CL移位和循环指令的移位次数寄存器中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系（二）段寄存器（二）段寄存器（Segment register）?808680286有有4个个16位的段寄存器，每个用来确定一个存储区位的段寄存

41、器，每个用来确定一个存储区(段段)的起点，与其它寄存器联合生成存储器地址：的起点，与其它寄存器联合生成存储器地址：（1）代码段寄存器）代码段寄存器CS（2）数据段寄存器）数据段寄存器DS（3）堆栈段寄存器）堆栈段寄存器SS（4）附加段寄存器）附加段寄存器ES?80386以上以上CPU又增加了两个又增加了两个16位的附加段寄存器：位的附加段寄存器：FS和和GS。?对于同一个微处理器而言，在不同的模式（实模式和保护模式）下段寄存器的功能是不相同的。对于同一个微处理器而言，在不同的模式（实模式和保护模式）下段寄存器的功能是不相同的。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科

42、学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系?实模式下，段寄存器用于确定一个实模式下，段寄存器用于确定一个64K字节存储器（段）起始地址，习惯上称为字节存储器（段）起始地址，习惯上称为段址寄存器段址寄存器段址寄存器段址寄存器。?在保护方式下，段寄存器内保存着的在保护方式下，段寄存器内保存着的16位数据，该数据用于索引（指示）一个被称为位数据，该数据用于索引（指示）一个被称为“描述符表描述符表”中的某一个表项，保护模式下的段寄存器又称为段选择符（中的某一个表项，保护模式下的段寄存器又称为段选择

43、符（selector）。）。?被索引的描述符表项被装入与段寄存器对应的被索引的描述符表项被装入与段寄存器对应的“描述符寄存器描述符寄存器”，每个表项定义某个段的起始地址、长度以及其它一些必要的属性信息（如可读、可写或可执行等）。保护模式下，每个表项定义某个段的起始地址、长度以及其它一些必要的属性信息（如可读、可写或可执行等）。保护模式下，80286最大段长度为最大段长度为16M，80386以上以上CPU最大段长度为最大段长度为4GB，程序可访问的虚拟地址空间可达，程序可访问的虚拟地址空间可达64TB。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工

44、程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系段寄存器的作用段寄存器的作用1)代码段寄存器代码段寄存器CS(Code Segment)：代码段用来存储微处理器使用的代码（程序或过程）的一个存储区域，：代码段用来存储微处理器使用的代码（程序或过程）的一个存储区域，CS用于定义代码段的起始地址。用于定义代码段的起始地址。2)数据段寄存器数据段寄存器DS(Data Segment)：数据段是包含程序所使用的大部分数据的存储区。：数据段是包含程序所使用的大部分数据的存储区。DS用于定义数据段的起始地址。用于定义数据段的起始地址

45、。3)附加段寄存器附加段寄存器ES(Extra Segment)：附加段是为某些串操作指令存放目的操作数而附加的一个数据段。：附加段是为某些串操作指令存放目的操作数而附加的一个数据段。ES用以定义附加段的起始地址。用以定义附加段的起始地址。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系4)堆栈段寄存器堆栈段寄存器SS(Stack Segment)：?堆栈是存储器中的一个特殊存储区，用以暂时存放程序运行中的一些数据和地址信息。堆

46、栈是存储器中的一个特殊存储区，用以暂时存放程序运行中的一些数据和地址信息。?堆栈段寄存器堆栈段寄存器SS定义堆栈段的首地址。由堆栈段寄存器定义堆栈段的首地址。由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器和堆栈指针寄存器(ESP/SP)共同确定堆栈段内的存取地址。共同确定堆栈段内的存取地址。?另外，另外，EBP/BP寄存器也可以寻址堆栈段内的数据（操作数）。寄存器也可以寻址堆栈段内的数据（操作数）。5)附加段寄存器附加段寄存器FS和和GS：?这两个段寄存器仅对这两个段寄存器仅对80386及更高型号的微处理器有效，以便程序访问相应的两个附加的存储器段。及更高型号的微处理器有效，以便程序访问相应的两个附加的存

47、储器段。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系（三）指针和状态标志寄存器（三）指针和状态标志寄存器?32位指令指针位指令指针EIP保存了下一条要执行的指令相对于现行代码段（保存了下一条要执行的指令相对于现行代码段（CS）的段基地址的偏移量。偏移量加上当前段的地址，形成了下一条指令的地址。实模式下，）的段基地址的偏移量。偏移量加上当前段的地址，形成了下一条指令的地址。实模式下，EIP中的低中的低16位与位与8086和和8

48、0286 CPU中的中的IP相同，用于相同，用于16位寻址，称为指令指针位寻址，称为指令指针IP（Instruction Pointer）寄存器。）寄存器。?标志寄存器标志寄存器EFLAGS存放着微处理机当前状态的信息，存放着微处理机当前状态的信息，EFLAGS从从8086到到Pentium保持兼容。保持兼容。?本章主要介绍本章主要介绍8086 CPU中中FLAGS寄存器的寄存器的9个标志位。个标志位。中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大

49、学电子工程与信息科学系80 x86系列微处理器的标志寄存器系列微处理器的标志寄存器.ID VIPVIF AC VM RFNTIOPODAPC31 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 98765432101IOP0ITSZPentium/Pentium II80486SX/80486DX80386DX802868086/8088中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系8086 CPU中的

50、标志位状态标志中的标志位状态标志?FLAGS寄存器中共有寄存器中共有6个状态标志位个状态标志位?CF，进位标志。本次运算最高位有进位或借位发生，则，进位标志。本次运算最高位有进位或借位发生，则CF1。STC（CLC）指令使）指令使CF1（0），），CMC指令使之取反。指令使之取反。?PF位，奇偶校验标志。本次运算结果的低位，奇偶校验标志。本次运算结果的低8位有偶数（奇数）个位有偶数（奇数）个1，则，则PE1（0）。该标志现已不用了。）。该标志现已不用了。?AF，辅助进位标志。本次运算低，辅助进位标志。本次运算低4位向高位向高4位有进位或借位发生时，位有进位或借位发生时，AF1。常用于。常用于B