第2章 寄存器（CPU工作原理）(下）

Posted 2020-12-08 fate-

2.4  物理地址

CPU访问内存单元时要给出内存单元的地址。所有的内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间。

每一个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，这个唯一的地址称为物理地址。

2.5     16位结构的CPU

概括的将，16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征：

1、运算器一次最多可以处理16位的数据

2、寄存器的最大宽度为16位

3、寄存器和运算器之间的通路是16位的。

 

2.6    8086CPU给出物理地址的方法

8086有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M。

8086内部为16位结构，它只能传送16位的地址，表现出的寻址能力却只有64K。

 

8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形容一个20位的物理地址。

 

地址加法器合成物理地址的方法：

物理地址=段地址  x  16+偏移地址

 

 

 观察移位次数和各种形式数据的关系：

1）一个数据的二进制形式左移1位，相当于该数据乘以2；

2）一个数据的二进制形式左移N位，相当于该数据乘以2的N次方

3）地址加法器如何完成段地址x16的运算？

　　以二进制形式存放的段地址左移4位。

 

基础地址+偏移地址=物理地址

段地址x16+偏移地址=物理地址

 

2.8   段的概念

错误认识：

内存被划分成了一个一个的段，每一个段有一个段地址。

其实：

内存并没有分段，段的划分来自于CPU，由于8086CPU用   段地址x16+偏移地址=物理地址   的方式给出内存单元的物理地址，使得我们可以用分段的方式来管理内存。

 

 我们可以认为：地址10000H~100FFH的内存单元组成一个段，该段的起始地址（基础地址）为10000H，段地址为1000H，大小为100H

 

 

 我们也可以认为地址10000H~1007FH、10080H~100FFH的内存单元组成两个段，他们的起始地址（基础地址）为10000H和10080H，段地址为：1000H和1008H，大小都为80H。

 

以后，在编程时可以根据需要，将若干地址连续的内存单元看作一个段，用段地址x16定位段的起始地址（基础地址），用偏移地址定位段中的内存单元。

监测点2.2

 

 

 

 

 

 

 2.9 　　段寄存器

段寄存器就是提供段地址地。

8086CPU有4个段寄存器

CS、DS、SS、ES

当8086CPU要访问内存时，由这4个段寄存器提供内存单元地段地址。

 

2.10　　CS和IP

CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，他们指示了CPU当前要读取指令的地址。

CS为代码段寄存器

IP为指令指针寄存器

 

8086PC工作过程的简要描述

1）从CS：IP指向内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；

2）IP=IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令；

3）执行指令。转到步骤（1），重复这个过程。

 

在8086CPU加电启动或复位后（即CPU刚开始工作时）CS和IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC机刚启动时，CPU从内存FFFF0H单元中读取指令执行，FFFF0H单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令。

 

内存中指令和数据没有任何区别，都是二进制信息，CPU在工作的时候把有的信息看作指令，有的信息看作数据。

CPU根据什么将内存中的信息看作指令？

CPU将CS：IP指向的内存单元中的内容看作指令。

 

在任何时候，CPU将CS、IP中的内容当作指令的段地址和偏移地址，用他们合成的物理地址，到内存中读取指令码，执行。

如果说，内存中的一段信息曾被CPU执行过的话，那么，它所在的内存单元必然被CS：IP指向过。

 

2.11　　修改CS、IP的指令

在CPU中，程序员能够用指令读写的部件只有寄存器，程序员可以通过改变寄存器中的内容实现对CPU的控制。

CPU从何处执行指令是由CS、IP中的内容决定的，程序员可以通过改变CS、IP中的内容来控制CPU执行目标指令。

 

8086CPU必须提供相应的指令

mov指令不能用于设置CS、IP的值，8086CPU没有提供这样的功能。

8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变他们的值：转移指令

 

同时修改CS、IP的内容：

jmp   段地址：偏移地址

　　jmp  2AE3：3

　　jmp  3：0B16

功能：用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。

 

仅修改IP的内容：

jmp  某一合法寄存器

　　jmp    ax（类似于  mov   IP，  ax）

　　jmp    bx

功能：用寄存器中的值修改IP。

 

 

 

 

 

 2.12　　代码段

对于8086PC机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。

可以将长度为N（N≤64KB）的一组代码，存在一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元中，这段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。

例如：

 

 

这段长度为10字节的字节的指令，存在从123B0H~123B9H的一组内存单元中，我们就可以认为，123B0H~123B9H这段内存单元是用来存放代码的，是一个代码段，它的段地址为123BH，长度为10字节。

如何使得代码段中的指令被执行呢？

将一段内存当作代码段，仅仅是我们在编程时的一种安排，CPU并不会由于这种安排，就自动地将我们定义得代码段中得指令当作指令来执行。

CPU只认被CS：IP指向得内存单元中的内容为指令。

所以要将CS：IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。

CS=123BH，IP=0000H。

小结：

1、段地址在8086CPU的寄存器中存放。当8086CPU要访问内存时，由段寄存器提供内存单元的段地址。8086CPU有4个段寄存器，其中CS用来存放指令的段地址。

2、CS存放指令的段地址，IP存放指令的偏移地址。

8086机种，任意时刻，CPU将CS：IP指向的内容当作指令执行。

3、8086CPU的工作过程：

1）从CS：IP指向内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；

2）IP指向下一条指令；

3）执行指令。（转到步骤1，重复这个过程）

4、8086CPU提供转移指令修改CS、IP的内容。