第2章 寄存器(CPU工作原理)(下)

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了第2章 寄存器(CPU工作原理)(下)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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

 

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 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。

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 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

 

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 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

 

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 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。

 

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 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:

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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。

 

 

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以上是关于第2章 寄存器(CPU工作原理)(下)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

CPU的工作原理是啥?

电脑CPU的工作原理

[架构之路-12]:目标系统 - 硬件平台 - 单核CPU的架构与基本工作原理

小甲鱼系列→第贰章→2.1

[架构之路-22]:目标系统 - 系统软件 - 汇编语言结构与X86指令系统以及CPU的工作原理函数调用与堆栈操作

第2章——寄存器