一个典型的CPU由运算器,控制器,寄存器等器件构成,这些器件靠内部总线相连。前一章所说的总线,相对于CPU内部来说是外部总线。内部总线实现CPU内部各个器件之间的联系,外部总线实现CPU和主板上其他器件的联系。简单地说,在CPU中:
运算器进行信息处理;
寄存器进行信息存储;
控制器控制各个器件进行工作;
内部总线连接各种器件,在它们之间进行数据的传送。
对于一个汇编程序员来说,CPU中主要的部件是寄存器。
不同的CPU,寄存器的个数,结构是不相同的。
2.1通用寄存器
8086CPU的所有寄存器都是16位的,可以存放两个字节。AX,BX,CX,DX这4个寄存器通常用来存放一般性的数据,被称为通用寄存器。
8086CPU的上一代CPU中的寄存器都是8位的,为了保证兼容,使原来基于上代CPU编写的程序稍加修改就可以运行在8086之上,8086CPU的AX,BX,CX,DX这4个寄存器都可以分为两个可独立使用的8位寄存器来用。
AX可分为AH和AL;....
2.2字在寄存器中的存储
出于对兼容性的考虑,8086CPU可以一次性处理以下两种尺寸的数据。
字节
字:一个字由两个字节组成,这两个字节分别称为这个字的高位字节和低位字节。
2.3几条汇编指令
写一条汇编指令或一个寄存器的名称时不区分大小写。
CPU在执行这条指令时认为ah和al是两个不相关的寄存器。不要错误地认为,诸如add al,93H的指令产生的进位会存储在ah中,add al,93H进行的是8位运算。
如果执行add ax,93H,低8位的进位会存储在ah中,CPU在执行这条指令时认为只有一个16位寄存器ax,进行的是16位运算。
2.4物理地址
CPU通过地址总线送入存储器的,必须是一个内存单元的物理地址。在CPU向地址总线上发出物理地址之前,必须要在内部先形成这个物理地址。不同的CPU可以由不同的形成物理地址的方式。现在我们讨论8086CPU是如何在内部形成内存单元的物理地址的。
2.5 16位结构的CPU
描述了一个CPU具有下面几方面的结构特性:
运算器一次最多可以处理16位的数据;
寄存器的最大宽度为16为;
寄存器和运算器之间的通路为16位。
2.6 8086CPU给出物理地址的方法
8086CPU有20位地址总线,可以传送20位地址,达到1MB寻址能力。8086CPU又是16位结构,在内部一次性处理,传输,暂时存储的地址为16位。从8086CPU的内部结构来看,如果将地址从内部简单地发出,那么它只能送出16位地址,表现出的寻址能力只有64KB.
8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的办法来形成一个20位的物理地址。
当8086CPU要读写内存时:
1.CPU中的相关部件提供两个16位的地址,一个称为段地址,另一个称为偏移地址
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;(见书)
3.地址加法器将两个16位地址合成为一个20位的物理地址
4.地址加法器通过内部总线将20位物理地址送入输入输出控制电路
5.输入输出控制电路将20位物理地址送上地址总线
6.20位物理地址被地址总线传送到存储器
地址加法器采用物理地址=段地址*16+偏移地址的方法用段地址和偏移地址合成物理地址。
我们可看出:一个数据的十六进制形式左移一位,相当于乘以16;一个数据的十进制形式左移一位,相当于乘以10,;....
2.7 “段地址*16+偏移地址=物理地址”的本质含义
不管以多少种不同的逻辑意义去看待“段地址*16+偏移地址=物理地址”的寻址模式,一定要清楚地知道它的本质含义,这样才能更灵活地利用它来分析,解决问题。如果只拘泥于某一种引申出来的逻辑含义,而模糊本质含义的话,将从意识上限制对这种寻址功能的灵活应用。
2.8 段的概念
其实,内存并没有分段,段的划分来自于CPU。
有两点需要注意:段地址*16必然是16的倍数,所以一个段的起始地址也一定是16的倍数,偏移地址为16位,16位地址的寻址能力为64KB,所以一个段的长度最大为64KB。
在8086PC机中,存储单元的地址用两个元素来描述,即段地址和偏移地址。
2.9 段寄存器
当8086CPU要访问内存时由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。本章中只看一下CS
2.10 CS和IP
CS和IP是8086CPU中两个最关键的寄存器,它们指示了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。
在8086PC机中,任意时刻,设CS中的内容为M,IP中的内容为N,8086CPU将从内存M*16+N单元开始,读取一条指令并执行。
CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行(指令和数据的区别)
8086CPU的工作过程可以简要描述如下:
1.从CS:IP指向的内存单元读取指令,读取的指令进入指令寄存器
2.IP=IP+所读取指令的长度,从而指向下一条指令;(如何知道这个指令的长度是多少呢?)
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
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。
mov指令不能用于设置CS,IP的值,原因很简单,因为8086CPU没有提供这样的功能,8086CPU提供了另外的指令来改变它们的值。
我们现在介绍一个最简单的可以修改CS,IP的指令:jmp指令
若想同时修改CS,IP的内容,可用“jmp 段地址:偏移地址”的指令完成。
若想仅修改IP的内容,可用形如“jmp 某一合法寄存器”的指令完成。