微机原理与接口 第3章4—80X86微处理器技术的发展

2
第3章 80x86微处理器 1．通用寄存器 ． • EAX—操作数和结果数据的累加器。 EAX—操作数和结果数据的累加器。 EBX— DS段中数据的指针 段中数据的指针。 • EBX—在DS段中数据的指针。 ECX—串和循环操作的计数器。 • ECX—串和循环操作的计数器。 EDX—I/O指针 指针。 • EDX—I/O指针。 ESI—指向DS寄存器段中的数据指针 串操作的源指针。 寄存器段中的数据指针、 • ESI—指向DS寄存器段中的数据指针、串操作的源指针。 EDI—指向ES寄存器段中的数据 目标）的指针、 寄存器段中的数据（ • EDI—指向ES寄存器段中的数据（目标）的指针、串操作的 目标指针。 目标指针。 ESP—堆栈指针（ SS段中 段中） • ESP—堆栈指针（在SS段中）。 EBP—堆栈上数据指针（ SS段中 段中） • EBP—堆栈上数据指针（在SS段中）。
6
第3章 80x86微处理器 此外， 以及80286进行存储器寻址时，8个通用寄 进行存储器寻址时， 个通用寄 此外，在8086/8088以及 以及 进行存储器寻址时 存器中只有地址指针寄存器(SP和BP)、变址寄存器 和 DI)以及 存器中只有地址指针寄存器 和 、 变址寄存器(SI和 以及 基址寄存器BX这 个寄存器可以用来存放操作数在存储器段内的 基址寄存器 这5个寄存器可以用来存放操作数在存储器段内的 偏移地址。 及其后续机型中， 偏移地址。在80386及其后续机型中，所有这 个32位通用寄存器 及其后续机型中 所有这8个 位通用寄存器 既可以存放数据，也可以存放地址，也就是说，这些寄存器都可 既可以存放数据， 也可以存放地址， 也就是说， 以用来提供操作数在段内的偏移地址。 以用来提供操作数在段内的偏移地址。 对于这8个通用寄存器的专用特性， 及其后续机型的32 对于这 个通用寄存器的专用特性，80386及其后续机型的 个通用寄存器的专用特性 及其后续机型的 位通用寄存器的专用特性与8086/8088以及 以及80286的16位通用寄存 位通用寄存器的专用特性与 以及 的 位通用寄存 器的专用特性是相同的， 的计数特性， 器的专用特性是相同的，如ECX的计数特性，ESI和EDI分别作为 的计数特性 和 分别作为 字符串操作指令中源串和目的串的地址寄存器等。 字符串操作指令中源串和目的串的地址寄存器等。
ID VIP ACVMRF VIF 31 21 20 19 18 17 16 15
NT IOPL OF DF IF TF SF ZF 8 7AFຫໍສະໝຸດ PFCF Pentium 0
9
图3.16 80x86标志寄存器
第3章 80x86微处理器 3．段寄存器 ． 相同， 中也有4个段寄存器 与8086/8088 CPU相同，80286 CPU中也有 个段寄存器 、 相同 中也有 个段寄存器CS、 DS、SS和ES，它们的功能在本章前面“8086/8088寄存器结构” 寄存器结构” 、 和 ，它们的功能在本章前面“ 寄存器结构 一节中已做了详细介绍，在此不再赘述。 一节中已做了详细介绍，在此不再赘述。 及其以后的80x86 CPU中，除上述 个段寄存器外， 个段寄存器外， 在80386及其以后的 及其以后的 中 除上述4个段寄存器外 又增加了2个段寄存器 个段寄存器FS和 ，它们也是附加的数据段寄存器 附加的数据段寄存器， 又增加了 个段寄存器 和GS，它们也是附加的数据段寄存器， 如图3.15所示。 所示。 如图 所示 除非专门指定，一般情况下， 除非专门指定，一般情况下，各段在存储器中的分配是由操 作系统负责的。 作系统负责的。在80x86中，段寄存器和与其对应存放偏移地址 中 的寄存器之间有一种默认的组合关系，这种默认关系， 的寄存器之间有一种默认的组合关系，这种默认关系，80286与 与 8086/8088相同 见表 相同(见表 及其后续CPU中段寄存器与提供 相同 见表3.2)，80386及其后续 ， 及其后续 中段寄存器与提供 段内偏移地址的寄存器之间的默认组合如表3.10所示。 段内偏移地址的寄存器之间的默认组合如表 所示。 所示
10
第3章 80x86微处理器 及其后续CPU中段寄存器与提供段内偏移地址 表3.10 80386及其后续 及其后续 中段寄存器与提供段内偏移地址 的寄存器之间的默认组合
段寄存器 CS DS SS ES FS GS EIP EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI或一个 位或 、 或一个8位或 、 、 、 、 或一个 32位数 位数 ESP或EBP 或 EDI(用于字符串操作指令 用于字符串操作指令) 用于字符串操作指令 无默认 无默认
7
第3章 80x86微处理器 2．控制寄存器 ． 8086/8088 和 80286 的 控 制 寄 存 器 包 括 指 令 寄 存 器 IP 和 FLAGS两个 位寄存器。80286中的这两个寄存器与前面介绍的 两个16位寄存器 两个 位寄存器。 中的这两个寄存器与前面介绍的 8086/8088 中 相 同 ， 只 不 过 80286 中 的 标 志 寄 存 器 FLAGS 比 8086/8088中的 中的FLAGS多定义了两个标志，如图 多定义了两个标志， 所示。 中的 多定义了两个标志 如图3.16所示。 所示 80386及其后续机型也有两个 位专用寄存器EIP和 及其后续机型也有两个32位专用寄存器 和 及其后续机型也有两个 位专用寄存器 EFLAGS。它们的作用与相应的 位寄存器相同。标志寄存器 。它们的作用与相应的16位寄存器相同 位寄存器相同。 FLAGS各位的定义如图 各位的定义如图3.16所示，其中新定义位的作用将在后 所示， 各位的定义如图 所示 面涉及时介绍。 面涉及时介绍。
1
第3章 80x86微处理器 对程序设计人员来讲，了解CPU内部寄存器结构并掌握其 内部寄存器结构并掌握其 对程序设计人员来讲，了解 使用方法是进行汇编语言程序设计的关键和基础。 使用方法是进行汇编语言程序设计的关键和基础。 寄存器可分为程序可见寄存器和程序不可见寄存器两大类。 寄存器可分为程序可见寄存器和程序不可见寄存器两大类。所谓 可见寄存器和程序不可见寄存器两大类 程序可见寄存器， 程序可见寄存器，是指在汇编语言程序设计中可以通过指令来访 问的寄存器。 问的寄存器。程序不可见寄存器是指一般用户程序中不能访问而 由系统所使用的寄存器。本节将从程序设计角度介绍80x86 CPU 由系统所使用的寄存器。本节将从程序设计角度介绍 内部程序可见寄存器的结构和使用方法， 内部程序可见寄存器的结构和使用方法，而对于那些程序不可见 寄存器将在随后介绍CPU结构时对其做必要说明。 结构时对其做必要说明。 寄存器将在随后介绍 结构时对其做必要说明 8086/8088 CPU中程序可见寄存器可分为三类：通用寄存器、 中程序可见寄存器可分为三类： 中程序可见寄存器可分为三类 通用寄存器、 段寄存器和控制寄存器。 段寄存器和控制寄存器。 80286之后的 之后的CPU中寄存器同样也分为上述三类，只不过有关寄 中寄存器同样也分为上述三类， 之后的 中寄存器同样也分为上述三类 存器的功能和位数有所扩充而已。 给出了80x86的程序可 存器的功能和位数有所扩充而已。图3.15给出了 给出了 的程序可 见寄存器组，下面分别加以说明。 见寄存器组，下面分别加以说明。
11
提供段内偏移地址的寄存器
第3章 80x86微处理器 3.4.2 80x86存储器管理 存储器管理 存储器管理是由微处理器的存储器管理部件MMU提供的对 提供的对 存储器管理是由微处理器的存储器管理部件 系统存储器资源进行管理的机制， 系统存储器资源进行管理的机制，其目的是方便程序对存储器的 应用。本节从应用角度出发，介绍80x86系列微处理器的存储器 应用 。 本节从应用角度出发 ， 介绍 系列微处理器的存储器 管理机制。 管理机制。 从8086/8088到Pentium，80x86系列微处理器的存储器管理 到 ， 系列微处理器的存储器管理 机制有了较大变化。 机制有了较大变化。 8086/8088只有一种存储器管理方式，即实地址方式(简称实方式 ； 只有一种存储器管理方式， 实地址方式 简称实方式 简称实方式)； 只有一种存储器管理方式 80286 CPU具有两种工作方式，即实方式和保护虚地址方式 简称 具有两种工作方式， 实方式和保护虚地址方式 方式(简称 具有两种工作方式 保护方式)； 保护方式 ； 80386及其以后的 及其以后的CPU有三种工作方式，即实方式、保护方式和 有三种工作方式， 及其以后的 有三种工作方式 即实方式、 虚拟8086方式。 方式。 虚拟 方式
8
第3章 80x86微处理器
IOPL是I/O特权标志，占用两位，指定 操作所处的特权级（0－3），虚地址保护 是 特权标志 占用两位，指定I/O操作所处的特权级 － ）， 特权标志， 操作所处的特权级（ ），虚地址保护 方式适用。 是嵌套任务标志 是嵌套任务标志， 表示当前任务正嵌套在另一任务中 表示当前任务正嵌套在另一任务中， 方式适用。NT是嵌套任务标志，为1表示当前任务正嵌套在另一任务中，为0表示不 表示不 是嵌套任务。VM是虚拟模式标志，RF是重新启动标志。 是嵌套任务。
5
第3章 80x86微处理器
32控位位 31 EAX EBX ECX EDX 31 ESP EBP ESI EDI 31 EIP EFLAGS 15
注注： ①对对8086/8088和80286， 阴阴阴阴阴阴阴未目； ②FS和GS页页页寄寄未 位位。
16 15 AH BH CH DH 16 15
8控/16控位位 位位 0 AL AX 累累页 BL BX 页线页页页 CL CX 计数页页页 DL DX 数数页页页 0 SP BP SI DI
堆堆堆堆页页页 页线页页页 源源线页页页 目目源线页页页
数数 页页页 通未 页页页
堆堆 页页页 源线 页页页
16 15 IP FLAGS
0
堆指堆堆页页页 状状状状页页页 控制页页页
0 CS DS SS ES FS GS
代代段页页页 数数段页页页 堆堆段页页页 附累数数段页页页 段页页页