Summary of chapter 2

Posted 2021-01-10 sun-yiwen-blog

##所有的学习都是建立在8086CPU的基础上的

• About CPU

          CPU的组成

1. CPU由运算器，控制器，寄存器，总线（包括内部总线和外部总线）等构成
2. 内部总线：实现cpu内部各个器件之间的联系
3. 外部总线：实现CPU和主板上其他器件的联系

 

          如何描述CPU

1.  CPU通常是由字长来描述的:

   （1）16位（字长和位宽相同，均为16位）

   （2）准32位CPU（字长32位，位宽16位）

   （3）超32位CPU（字长32位，位宽64位）

2.  CPU字长是CPU在单位时间内能一次处理二进制位数

3. 位宽，CPU通过外部数据总线与内存之间一次能够传送的数据位

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• About 寄存器

         寄存器的组成

1. 8086中有14个寄存器   

            （1）AX BX CX DX为通用寄存器，用来存放一般性的数据

            （2）SI DI BP SP为基址和变址寄存器

            （3）CS SS DS ES为段寄存器（CS寄存器：代码段段寄存器，用于存放代码段的「段地址」）

            （4）IP FR为指令指针和标志寄存器（FR就是书上的PSW，即状态寄存器，是CPU运算器的一部分）（IP寄存器：指令指针寄存器，用于存放CPU将要读取的 指令在代码段中的偏移地址）

              补充：状态寄存器用来存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息（条件码），如有无进位（CF位）、有无溢出（OV位）、结果正负（SF位）、结果是否为零（ZF位）、奇偶标志位（P位）等；另一类是存放控制信息（PSW:程序状态字寄存器），如允许中断(IF位)、跟踪标志（TF位）等。

          注：以下以CS和IP寄存器为例来演示~~    

          2.对于兼容性的考虑，8086CPU可以一次性处理两种不同尺寸的数据。一个字由两个字节组成，所以这个字的高位字节和地位字节就分别存储在存储器的高8位存储器和低8位存储器中。如果把存储器看成两个独立的8位存储器来使用的时候，两个存储器之间是相互独立的。

          3.数据划分

             （1）字节        内存划分的基本单

             （2）字            两个字节

             （3）双字        四个字节

             （4）四字        八个字节

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• 汇编指令

1. mov ax,18
2. mov ah,18
3. add ax,8
4. mov ax,bx
5. add ax,bx
6. mov IP,ax（等价于jmp ax）
7. jmp 3:01B6（等价于mov CS,3   mov IP,01B6）

        注：指令的两个操作对象的位数应当是一样的，不可以操作一个16位寄存器和8位寄存器，也不能把超出寄存器位数的数据存入寄存器

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• 8086CPU给出物理地址的方法

        背景：我们所学习的汇编都是建立在8086CPU的基础上的，8086是16位机（即在8086内部，能够一次性处理、传输、暂时存储的信息的最大长度是16位的），但是8086CPU有20位的地址总线， 所以8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址。

1.   CPU中由段地址和偏移地址来提供两个16位的地址
2. 段地址和偏移地址通过内部总线送入一个称为地址加法器的部件
3. 地址加法器将两个16位地址合成一个20位的物理地址
4. 地址加法器通过内部总线将20位物理地址送上地址总线
5. 20位物理地址被地址总线传送到存储器

         物理地址=段地址x16+偏移地址（0~FFFFH）

 

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• 修改CS、IP的指令

      以Page33的问题2.3为例：

      

       

 

      

      最后得出结论：

      

注意点：

• 设置CPU的初始状态，即CS和IP的初始状态
• IP寄存器中的数据在读取指令之后就要立刻改变数据，在执行指令之后（如果指令涉及到IP中数据的变化），IP中的数据还要再改变一次

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拓展：将IA32拓展到64位（选自《深入理解计算机系统》）

我们正在经历一个想Intel指令集64位版本的过渡。最初由AMD提出并命名为x86-64，现在它被大多数的AMD64和Intel64处理器所支持。但是系统还是只运行这些操作系统的32位版本，但是较新的Linux和Windows版本都支持这种拓展。

IA32拓展到64位的原因：机器的字长定义了程序能够使用的虚拟地址范围，而32位字长也就是4GB的虚拟地址空间。对于需要处理大数据集的应用比如科学计算、数据库和数据挖掘来说，32位字长使程序员工作非常困难。他们必须使用out-of-core算法来编写代码。

       X86-64

• 指针和长整数是64位
• 通用目的寄存器从8个拓展到16个
• 许多程序状态都保存在寄存器中，而不是栈上
• 如果可能，条件操作用条件传送指令实现，会比传统分支代码更好的性能
• 浮点操作用面向寄存器的指令集来实现，而不用IA32支持的基于栈的方法来实现