汇编语言与计算机系统组成 教学课件 作者 李心广 第4章 指令系统层.ppt

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1、第四章指令系统层4.1概述4.280x86CPU4.3基本执行环境4.480X86CPU的指令系统4.1概述1.指令系统层的本质反映程序设计者如何看待微处理器；它提供了与CPU互动所需的信息，而隐藏了CPU是如何设计、实现和执行的细节。2.指令系统层主要包括指令集(instructionsset)指CPU所能执行的全部指令，具体内容包括指令格式、寻址方式、指令类型和功能。执行环境(executionenvironment)说明了CPU支持的操作模式(operationmode),存储器组织和寄存器结构。数据类型(datatypes)指硬件支持的数据类型，

2、即机器指令所要求的特别形式的数据。3.数据存储的字节序(byteordering)4.数据存储的边界对准(aligment)数据的存储应尽量采用边界对准方式，以节省访存时间。4.280x86CPU4.2.18086/8088CPU4.2.280386CPU4.2.3PentiumCPU4.2.4Pentium4CPU4.3基本执行环境4.3.1操作模式(modesofoperation)(1)保护模式(protectedmode)(2)实地址模式(real-addressmode)(3)系统管理模式(systemmanagementmode)4.3.2存

3、储管理(1)地址空间物理地址空间逻辑地址空间(2)实模式下的存储管理物理存储空间：1MB存储管理方式：分段方式，每段的大小为0～64KB逻辑地址段基址：偏移地址段基址是每段开始地址,只能是20位地址中的低4位全为0的地址。偏移地址又叫段内地址,是相对于段基址的地址差值。物理地址的形成10H×段基址+偏移地址=物理地址段地址与段寄存器实模式下，在80X86微处理器中，代码段的段地址放在CS中；数据段的段地址放在DS中；堆栈段的段地址存放在SS中；附加段的段地址存放在ES中。一般情况下，各段在存储器中的分配是由操作系统负责的。地址转换机制保护机制两大机制(3

4、)保护模式下的存储管理保护模式地址变换过程下面仅讨论禁用分页管理的地址转换机制存储段描述子与描述子表描述子(descriptor,也称作描述符)包含了存储段的位置、长度和访问权限等有关信息。段描述子长度为8个字节，用来说明段的起始地址、段的长度及有关的控制和状态信息。386以上微处理器常用四类描述子——全局描述子、局部描述子、TSS描述子和中断描述子。描述子表：段描述子被组织成线性表(变长的数组)存放在内存中。80386以上CPU有三种类型的描述子表：全局描述子表GDT、局部描述子表LDT和中断描述子表IDT。GDT和IDT只有一份，LDT可以有若干份，

5、每个任务可以有一份。每个任务的LDT含有该任务自身的代码段、数据段和堆栈段的段描述子，也包含该任务所使用的一些门描述子。GDT含有每一个任务都可能或可以访问段的段描述子，通常包含描述操作系统所使用的代码段、数据段和堆栈段的段描述子，也包含多种特殊数据段描述子。选择子(selector)要从描述子表中得到某项描述子，必须通过选择子。选择子存放在段寄存器中，格式如下：为了提高保护模式存储器寻址的速度，CPU内部为6个段寄存器、LDTR和TR各设置了一个64位的描述子高速缓存器，用来存放对应段的描述子。它们对程序员是透明的。保护模式下的存储器寻址4.3.380

6、X86CPU的寄存器结构80x86CPU的内部寄存器可分为以下3大类：基本结构寄存器组：通用寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器、段寄存器。系统级寄存器组：系统地址寄存器、控制寄存器、测试寄存器、调试寄存器。浮点寄存器组：数据寄存器、标记字寄存器、指令和数据指针寄存器、控制字寄存器。1.通用寄存器2.标志寄存器标志寄存器存放条件码标志、控制标志和系统标志标志寄存器具有向上兼容性，即在标志寄存器的发展过程中，不改变已有标志位的位置和意义，只增加新的标志位。8086CPU的标志寄存器FLAGS的格式：4.480X86CPU的指令系统4.4.180X86数据类型

7、基本数据类型数字数据类型指针数据类型位字段(bitfield)数据类型串数据类型4.4.280X86指令格式80X86CPU采用了变字长的机器指令格式，由1～17个字节组成一条指令。在指令格式的6个部分，除操作码外其余可缺。4.4.380X86寻址方式定义：寻找指令中操作数的方式或寻找指令转移目标地址的方式分类：数据寻址方式和程序寻址方式所有涉及存储器的数据寻址方式中,有效地址都可用下式来计算：EA=基地址+变址量×比例因子+位移量数据寻址方式定义：用一个32位基址寄存器的内容加上一个32位变址寄存器的内容与一个比例因子的积来寻址内存定义：用基址或变址寄

8、存器内容位移量来寻址内存定义：用一个基址寄存器和一个变址寄存器间接寻址内存EA＝