第二章 80x86计算机组织
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1个字占据2个相邻的内存单元；低字节在低地址单元，高 字节在高地址单元；字的地址由其低地址来表示。双字也类 似。 同一地址可以看作是字节、字或双字单元的地址，取决于 具体的使用方式。
2013-1-20 80x86汇编语言程序设计
2.1.4
I/O子系统
wk.baidu.com
每个I/O设备必须通过专门的I/O接口电路与主机相连。
段地址与偏移地址都是16位。 系统采用下列方法将逻辑地址自动转换为20位物理地址： 物理地址 = 段地址 × 16 + 偏移地址 每个内存单元具有唯一的物理地址，但可由不同的逻辑地 址描述。
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3. 实模式的编程要点 采用16位段，段地址与偏移地址均为16位，即使32位 80x86 CPU（80386及更高）也只能寻址1MB的内存空间。 CPU总是从地址CS:IP处取指令（EIP的高16位为0）。 SS:SP指向堆栈段的栈顶地址（ESP的高16位为0）。 在32位80x86 CPU下，程序可以使用32位寄存器和32 位操作数，但采用32位寄存器表示偏移地址时，只使用 低16位，高16位为0。
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2. 深入认识CF和OF
CF和OF本质上均表示溢出。
CF表示无符号溢出，即运算结果超出了无符号数的表示范 围。对于n位二进制数来说，无符号数表示范围为0～2n -1， 例如，n = 8和16时分别为0～255和0～65535。 OF表示带符号溢出，即运算结果超出了带符号数的表示范 围。对于n位二进制数来说，带符号数表示范围为-2n-1～2n-11，例如，n = 8和16时，分别为-128～127和-32768～32767。
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2.3.2 实模式
1. 内存分段
80x86采用分段内存管理机制，主要包括下列几种类型的 段：
代码段：用来存放程序的指令序列。
数据段：用来存放程序的数据。 堆栈段：作为堆栈使用的内存区域，用来存放过程返 回地址、过程参数等。 一个程序可以拥有多个代码段、多个数据段甚至多个堆栈 段。
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80x86 CPU具有8位、16位和32位寄存器，主要包括：
8位通用寄存器8个：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。
16位通用寄存器8个：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。 32位通用寄存器8个：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、 ESP。 16位段寄存器6个：CS、DS、SS、ES、FS、GS。 32位/16位指令指针1个：EIP/IP。 32位/16位标志寄存器1个：EFLAGS/FLAGS。 其中，32位寄存器是80386 CPU开始引入的。
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2.2 80x86 CPU的寄存器组
1. 通用寄存器 8位通用寄存器8个：AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DH。 16位通用寄存器8个：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。 32位通用寄存器8个：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。 AL与AH、BL与BH、CL与CH、DL与DH分别对应于AX、BX、CX和DX的低8位与高8位。 AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP分别对应于EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP 和ESP的低16位。
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80x86 CPU有3种工作模式：实模式、保护模式和虚拟8086模 式。 在实模式下，段地址和偏移地址均为16位。20位物理地址由 16位段地址左移4位加16位偏移地址得到，只能寻址1MB的内存 空间，且每段≤64KB。 在实模式下，32位CPU下的程序可以使用32位寄存器和32位操 作数，但采用32位寄存器表示偏移地址时，只使用低16位，高 16位为0。CS:IP总是指向下一条要执行的指令，EIP的高16位为 0。SS:SP指向堆栈段的栈顶，ESP的高16位为0。 状态标志是CPU进行条件判断和控制程序执行流程的依据，最 常用的是4个：CF、OF、SF和ZF。其中，CF表示无符号溢出，OF 表示带符号溢出。
80x86计算机的组成：
CPU 存储器 I/O子系统
CPU …… ……
总线
接口
存储器 I/O 设备
接口
I/O 设备
接口
I/O 设备
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2.1.1
CPU
通常,将Intel公司生产的8086/8088、80286、80386、80486、 Pentium 、 Pentium Pro 、 Pentium II 、 Pentium III 、 Pentium 4 及其兼容的CPU,统称为80x86 CPU或x86 CPU,将基 于这些CPU的计算机,称为80x86计算机或x86计算机。 CPU主要由三部分组成： 算术逻辑部件ALU：执行算术与逻辑运算
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2.地址总线
地址总线用来指出数据的地址（内存或I/O）。 地址总线的位数决定了最大可编址的内存与I/O空间。 对于N位地址总线，CPU可以提供2N个不同地址：0～2N 1。 地址总线由内存与I/O子系统共享使用（I/O只用低16 位）。 3.控制总线
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2.4 标志位 2.4.1 状态标志
状态标志通常由CPU根据指令执行结果自动设置，以反映 指令执行结果的特征。
80x86 CPU将状态标志作为条件判断的依据，以控制程序 的执行流程。
最常用的状态标志是CF、OF、SF和ZF，应熟练掌握。
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控制总线用来控制CPU与内存和I/O设备之间的数据传送方 式（如传送方向）。
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2.1.3
内存
内存是存放指令和数据的部件，由若干内存单元构成。
80x86的内存以字节编址：每个内存单元有唯一的地址， 可存放1个字节。
要正确理解内存单元的2个要素：地址（编号）与值（内 容）。
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2. 物理地址与逻辑地址 物理地址：内存单元的实际地址，也就是出现在地址总线 上的地址。 逻辑地址：或称分段地址，记作“段地址:段内偏移地址 ”
段地址表示段在内存中的起始位置，通常被保存在某个 段寄存器中。段内偏移地址表示内存单元相对于段起始位置 的位移，简称偏移地址，也叫有效地址EA。
把I/O设备接口电路中的寄存器进行统一编号，即I/O端口 地址，也称端口号。
80x86 的I/O端口号一般为16位，也可以是8位，386及其 以后机型还可以有32位端口。
I/O端口类似于内存单元，只是对应于I/O设备。
大多数设备使用多个I/O端口（数据端口、状态端口等）。
CPU是通过端口与I/O设备通信的。
控制逻辑：控制指令的执行
工作寄存器
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2.1.2
系统总线
总线是部件之间进行数据（电信号）交换的通道。
80x86计算机的系统总线分为3类： 数据总线
地址总线
控制总线
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1.数据总线
数据总线是用来传递数据的，定义了CPU在每个内存 周期所能存取数据的位数。 80x86系列CPU的数据总线为8位、16位、32位或64位。 这就是“为什么通常的数据存取是以8位、16位、32 位或64位进行的”。 数据总线越宽，处理能力越强。 具有N位数据总线并不意味着CPU只能处理N位数据。
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2.4.2
控制标志
控制标志是由程序根据需要用指令来设置的，以控制某 些指令的执行方式。 控制标志包括： DF（Direction Flag）：方向标志 IF（Interrupt Flag）：中断标志 TF（Trace Flag）：跟踪标志
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1. 状态标志取值的一般规则
ZF（Zero Flag）：零标志。若运算结果为0，则ZF = 1，否则 ZF = 0。
SF（Sign Flag）：符号标志。若运算结果为负数，则SF = 1， 否则SF = 0。 CF（Carry Flag）：进位标志。若加法时结果最高位向前有进 位或减法时最高位向前有借位，则CF = 1，否则CF = 0。 OF（Overflow Flag）：溢出标志。若带符号数的运算结果超 出了补码表示的范围，则OF = 1，否则OF = 0。 AF（Auxiliary Carry Flag）：辅助进位标志。若加法时结果 低4位向前有进位或减法时结果低4位向前有借位，则AF = 1，否 则AF = 0。 PF（Parity Flag）：奇偶标志。若结果最低字节中1的个数为 偶数，则PF = 1，否则PF = 0。
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2.3 80x86 CPU的工作模式 2.3.1 80x86 CPU的3种工作模式
1.实模式 与8086兼容的工作模式，只有低20位地址线起作用，仅能 寻址第一个1MB的内存空间。MS DOS运行在实模式下。 2.保护模式 32位80x86 CPU的主要工作模式，提供对程序和数据进行安 全检查的保护机制。Windows 9x/NT/2000运行在保护模式下。 3.虚拟8086模式 在Windows 9x下，若打开一个MS DOS窗口，运行一个DOS应 用程序，那么该程序就运行在虚拟8086模式下。
80x86程序可以存取的最小数据单位是字节。例如，若要读取的位 数不足8位，则只能先读出一个完整字节，再屏蔽掉其它位。
字的存储采取“低字节在低地址，高字节在高地址，字的地址由低 地址表示”的小端方式，双字也类似。
要正确理解内存单元的地址和值，地址表示位置，值是相应位置处 的内容。同一地址既可以看作字节单元地址，也可以看作字甚至双字 单元地址，取决于具体的使用方式。
2. 专用寄存器
指令指针：EIP（32位）、IP（16位）。IP是EIP的低16位。 标志寄存器：EFLAGS（32位）、FLAGS（16位）。FLAGS是EFLAGS的低16位。 3. 段寄存器 6个16位的段寄存器：CS、DS、ES、SS、FS和GS。 FS、GS以及所有32位寄存器是从80386 CPU开始引入的。
第二章 80x86计算机系统组织
讲授要点
80x86计算机的基本结构（CPU、存储器、I/O以 及连接它们的总线）。
80x86 CPU的寄存器组。 实模式的内存分段与编程要点。 标志位CF、OF、SF、ZF的含义及判断方法。
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2.1 80x86计算机的基本结构
80x86汇编语言程序设计
本章小结
80x86计算机由CPU、内存和I/O子系统三部分组成，各部分之间由 系统总线相连。 数据总线决定了CPU每次存取数据的最大宽度（位数）；地址总线 决定了最大可编址空间；控制总线用来控制CPU与内存和I/O设备之间 的数据传送方式。
80x86系统的I/O地址为16位，可寻址65536个不同的I/O端口。
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作业
P35 2.2——2.5；2.7——2.9
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2.1.4
I/O子系统
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每个I/O设备必须通过专门的I/O接口电路与主机相连。
段地址与偏移地址都是16位。 系统采用下列方法将逻辑地址自动转换为20位物理地址： 物理地址 = 段地址 × 16 + 偏移地址 每个内存单元具有唯一的物理地址，但可由不同的逻辑地 址描述。
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3. 实模式的编程要点 采用16位段，段地址与偏移地址均为16位，即使32位 80x86 CPU（80386及更高）也只能寻址1MB的内存空间。 CPU总是从地址CS:IP处取指令（EIP的高16位为0）。 SS:SP指向堆栈段的栈顶地址（ESP的高16位为0）。 在32位80x86 CPU下，程序可以使用32位寄存器和32 位操作数，但采用32位寄存器表示偏移地址时，只使用 低16位，高16位为0。
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2. 深入认识CF和OF
CF和OF本质上均表示溢出。
CF表示无符号溢出，即运算结果超出了无符号数的表示范 围。对于n位二进制数来说，无符号数表示范围为0～2n -1， 例如，n = 8和16时分别为0～255和0～65535。 OF表示带符号溢出，即运算结果超出了带符号数的表示范 围。对于n位二进制数来说，带符号数表示范围为-2n-1～2n-11，例如，n = 8和16时，分别为-128～127和-32768～32767。
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2.3.2 实模式
1. 内存分段
80x86采用分段内存管理机制，主要包括下列几种类型的 段：
代码段：用来存放程序的指令序列。
数据段：用来存放程序的数据。 堆栈段：作为堆栈使用的内存区域，用来存放过程返 回地址、过程参数等。 一个程序可以拥有多个代码段、多个数据段甚至多个堆栈 段。
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80x86 CPU具有8位、16位和32位寄存器，主要包括：
8位通用寄存器8个：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。
16位通用寄存器8个：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。 32位通用寄存器8个：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、 ESP。 16位段寄存器6个：CS、DS、SS、ES、FS、GS。 32位/16位指令指针1个：EIP/IP。 32位/16位标志寄存器1个：EFLAGS/FLAGS。 其中，32位寄存器是80386 CPU开始引入的。
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2.2 80x86 CPU的寄存器组
1. 通用寄存器 8位通用寄存器8个：AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DH。 16位通用寄存器8个：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。 32位通用寄存器8个：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。 AL与AH、BL与BH、CL与CH、DL与DH分别对应于AX、BX、CX和DX的低8位与高8位。 AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP分别对应于EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP 和ESP的低16位。
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80x86 CPU有3种工作模式：实模式、保护模式和虚拟8086模 式。 在实模式下，段地址和偏移地址均为16位。20位物理地址由 16位段地址左移4位加16位偏移地址得到，只能寻址1MB的内存 空间，且每段≤64KB。 在实模式下，32位CPU下的程序可以使用32位寄存器和32位操 作数，但采用32位寄存器表示偏移地址时，只使用低16位，高 16位为0。CS:IP总是指向下一条要执行的指令，EIP的高16位为 0。SS:SP指向堆栈段的栈顶，ESP的高16位为0。 状态标志是CPU进行条件判断和控制程序执行流程的依据，最 常用的是4个：CF、OF、SF和ZF。其中，CF表示无符号溢出，OF 表示带符号溢出。
80x86计算机的组成：
CPU 存储器 I/O子系统
CPU …… ……
总线
接口
存储器 I/O 设备
接口
I/O 设备
接口
I/O 设备
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CPU
通常,将Intel公司生产的8086/8088、80286、80386、80486、 Pentium 、 Pentium Pro 、 Pentium II 、 Pentium III 、 Pentium 4 及其兼容的CPU,统称为80x86 CPU或x86 CPU,将基 于这些CPU的计算机,称为80x86计算机或x86计算机。 CPU主要由三部分组成： 算术逻辑部件ALU：执行算术与逻辑运算
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2.地址总线
地址总线用来指出数据的地址（内存或I/O）。 地址总线的位数决定了最大可编址的内存与I/O空间。 对于N位地址总线，CPU可以提供2N个不同地址：0～2N 1。 地址总线由内存与I/O子系统共享使用（I/O只用低16 位）。 3.控制总线
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2.4 标志位 2.4.1 状态标志
状态标志通常由CPU根据指令执行结果自动设置，以反映 指令执行结果的特征。
80x86 CPU将状态标志作为条件判断的依据，以控制程序 的执行流程。
最常用的状态标志是CF、OF、SF和ZF，应熟练掌握。
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控制总线用来控制CPU与内存和I/O设备之间的数据传送方 式（如传送方向）。
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2.1.3
内存
内存是存放指令和数据的部件，由若干内存单元构成。
80x86的内存以字节编址：每个内存单元有唯一的地址， 可存放1个字节。
要正确理解内存单元的2个要素：地址（编号）与值（内 容）。
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2. 物理地址与逻辑地址 物理地址：内存单元的实际地址，也就是出现在地址总线 上的地址。 逻辑地址：或称分段地址，记作“段地址:段内偏移地址 ”
段地址表示段在内存中的起始位置，通常被保存在某个 段寄存器中。段内偏移地址表示内存单元相对于段起始位置 的位移，简称偏移地址，也叫有效地址EA。
把I/O设备接口电路中的寄存器进行统一编号，即I/O端口 地址，也称端口号。
80x86 的I/O端口号一般为16位，也可以是8位，386及其 以后机型还可以有32位端口。
I/O端口类似于内存单元，只是对应于I/O设备。
大多数设备使用多个I/O端口（数据端口、状态端口等）。
CPU是通过端口与I/O设备通信的。
控制逻辑：控制指令的执行
工作寄存器
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2.1.2
系统总线
总线是部件之间进行数据（电信号）交换的通道。
80x86计算机的系统总线分为3类： 数据总线
地址总线
控制总线
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1.数据总线
数据总线是用来传递数据的，定义了CPU在每个内存 周期所能存取数据的位数。 80x86系列CPU的数据总线为8位、16位、32位或64位。 这就是“为什么通常的数据存取是以8位、16位、32 位或64位进行的”。 数据总线越宽，处理能力越强。 具有N位数据总线并不意味着CPU只能处理N位数据。
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2.4.2
控制标志
控制标志是由程序根据需要用指令来设置的，以控制某 些指令的执行方式。 控制标志包括： DF（Direction Flag）：方向标志 IF（Interrupt Flag）：中断标志 TF（Trace Flag）：跟踪标志
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1. 状态标志取值的一般规则
ZF（Zero Flag）：零标志。若运算结果为0，则ZF = 1，否则 ZF = 0。
SF（Sign Flag）：符号标志。若运算结果为负数，则SF = 1， 否则SF = 0。 CF（Carry Flag）：进位标志。若加法时结果最高位向前有进 位或减法时最高位向前有借位，则CF = 1，否则CF = 0。 OF（Overflow Flag）：溢出标志。若带符号数的运算结果超 出了补码表示的范围，则OF = 1，否则OF = 0。 AF（Auxiliary Carry Flag）：辅助进位标志。若加法时结果 低4位向前有进位或减法时结果低4位向前有借位，则AF = 1，否 则AF = 0。 PF（Parity Flag）：奇偶标志。若结果最低字节中1的个数为 偶数，则PF = 1，否则PF = 0。
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2.3 80x86 CPU的工作模式 2.3.1 80x86 CPU的3种工作模式
1.实模式 与8086兼容的工作模式，只有低20位地址线起作用，仅能 寻址第一个1MB的内存空间。MS DOS运行在实模式下。 2.保护模式 32位80x86 CPU的主要工作模式，提供对程序和数据进行安 全检查的保护机制。Windows 9x/NT/2000运行在保护模式下。 3.虚拟8086模式 在Windows 9x下，若打开一个MS DOS窗口，运行一个DOS应 用程序，那么该程序就运行在虚拟8086模式下。
80x86程序可以存取的最小数据单位是字节。例如，若要读取的位 数不足8位，则只能先读出一个完整字节，再屏蔽掉其它位。
字的存储采取“低字节在低地址，高字节在高地址，字的地址由低 地址表示”的小端方式，双字也类似。
要正确理解内存单元的地址和值，地址表示位置，值是相应位置处 的内容。同一地址既可以看作字节单元地址，也可以看作字甚至双字 单元地址，取决于具体的使用方式。
2. 专用寄存器
指令指针：EIP（32位）、IP（16位）。IP是EIP的低16位。 标志寄存器：EFLAGS（32位）、FLAGS（16位）。FLAGS是EFLAGS的低16位。 3. 段寄存器 6个16位的段寄存器：CS、DS、ES、SS、FS和GS。 FS、GS以及所有32位寄存器是从80386 CPU开始引入的。
第二章 80x86计算机系统组织
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80x86计算机的基本结构（CPU、存储器、I/O以 及连接它们的总线）。
80x86 CPU的寄存器组。 实模式的内存分段与编程要点。 标志位CF、OF、SF、ZF的含义及判断方法。
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2.1 80x86计算机的基本结构
80x86汇编语言程序设计
本章小结
80x86计算机由CPU、内存和I/O子系统三部分组成，各部分之间由 系统总线相连。 数据总线决定了CPU每次存取数据的最大宽度（位数）；地址总线 决定了最大可编址空间；控制总线用来控制CPU与内存和I/O设备之间 的数据传送方式。
80x86系统的I/O地址为16位，可寻址65536个不同的I/O端口。
2013-1-20
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作业
P35 2.2——2.5；2.7——2.9
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