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概述

• 典型的 CPU 由运算器、控制器、寄存器等器件构成。
• CPU 内部器件由内部总线相连。
• 内部总线实现 CPU 内部各个器件的联系，外部总线实现 CPU 和主板上其他器件的联系。
• 在 CPU 中：
  • 运算器进行信息处理。
  • 寄存器进行信息存储。
  • 控制器控制各种器件进行工作。
  • 内部总线连接各种器件，在它们之间进行数据的传送。
• 寄存器是 CPU 中程序员可以用指令读写的部件。
• 程序员通过改变各种寄存器中的内容来实现对 CPU 的控制。
• 不同的 CPU，寄存器的个数、结构和种类是不同的。
• 8086CPU 中有 14 个寄存器：
  • AX、BX、CX、DX
  • SI、DI
  • SP、BP、IP
  • CS、SS、DS、ES
  • PSW

2.1 通用寄存器

• 8086CPU 所有寄存器都是 16 位的，可以存放两个字节。
• AX、BX、CX、DX 这 4 个寄存器用来存放一般数据，称为通用寄存器。

• 为了兼容上一代 8 位寄存器，这四个寄存器可以分为两个独立的 8 位寄存器：

  
  

• AX 分为 AH 和 AL：

  
  

2.2 检测点 2.1

• 答案：

  
  
  

2.3 物理地址

• 所有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。
• 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。
• 不同 CPU 可以有不同的形成物理地址的方式。

2.4 16 位结构的 CPU

• 16 位机、字长为 16 位等常见说法，与 16 位结构的含义相同。
• 16 位结构描述了一个 CPU 具有以下结构特性：
  • 运算器一次最多可以处理 16 位数据。
  • 寄存器最大宽度为 16 位。
  • 寄存器和运算器之间的通路为16 位。
• 8086 是 16 位结构的 CPU。
  • 在 8086 内部，能够一次性处理、传输、暂时存储的信息最大长度是 16 位。
  • 内存单元的地址在送上地址总线之前，必须在 CPU 中处理、传输、暂时存放。
  • 对于 16 位 CPU，能一次性处理、传输、暂时存储 16 位的地址。

2.5 8086CPU 形成物理地址的方法

• 8086 有 20 位地址总线，可以传送 20 位地址，达到 1MB 寻址能力。
• 8086 是 16 位结构，在 CPU 内部能一次性处理、传输、暂时存储的地址为 16 位。
• 8086 内部将两个 16 位地址合成 20 位的物理地址。

• 8086 相关部件逻辑结构：

  
  

• 8086 读写内存方式：

  
  
• 地址加法器采用「物理地址 = 段地址 x 16 + 偏移地址」的方法合成物理地址。

• 地址加法器工作工程：

  
  
• 8086 的这种寻址功能是「基础地址 + 偏移地址 = 物理地址」寻址模式的一种具体实现方案。

2.6 段的概念

• 内存中没有分段，段的划分来自于 CPU。
• 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 x 16」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。
  • 「段地址 x 16」必定是 16 的倍数，所以一个段的起始地址一定是 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。

• CPU 可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址，如下所示：

  
  

2.7 检测点 2.2

• 答案：

  
  

2.8 CS 和 IP

• CS 为代码段寄存器。
• IP 为指令指针寄存器。
• CS:IP 提供了 CPU 要执行指令的地址。
• CPU 将 CS:IP 指向的内存单元中的内容看作指令，不看作数据。
• 修改 CS、IP 的指令
  • mov 指令不能用于设置 CS、IP 的值，因为 8086 没有提供这样的功能。
  • 「jmp 段地址：偏移地址」用指令中给出的段地址修改 CS，偏移地址修改 IP。
    • 「jmp 2AE3：3」执行后，CS = 2AE3H，IP = 0003H，CPU 将从 2AE33 处读取指令。
  • 「jmp 某一合法寄存器」用来仅修改 IP 的内容，用寄存器中的值修改 IP。
    • 「jmp ax」，执行前：ax = 1000H，CS = 2000H，IP = 0003H，执行后：ax = 1000H，CS = 2000H，IP = 1000H。

2.9 检测点 2.3

• 答案：

  
  

2.10 实验 1

• 答案：
  （1）略
  （2）每次执行 add ax, ax 相当于将 ax 乘 2，重复执行该条指令 8 次即可。
  （3）通过 debug 中的 -d FFF0:0 FF 命令，可以观察到生产日期以 MM/DD/YY 的格式存储在内存的 ffff:00f5-ffff:00fc 共计 8 个字节处。该生产日期不可被修改，因为其只读。如下所示：
  
  （4）通过向内存中的显存地址空间写入数据，控制在屏幕上的不同位置显示不同颜色的字符。如下所示：