[理学]第二章 微处理器相关知识.ppt

2000年1月25日 北京理工大学 / 第二章 微处理器的基础知识 第2章 微处理器的基础知识 2.1 Intel公司80x86系列微处理器简介 2.2 程序可见寄存器组 2.3 存储器 2.4 PC机操作系统的发展 2.5 DOS内存布局 2.6 外部设备及I/O地址空间 2.7 汇编语言概述 2.1 Intel公司80x86系列微处理器简介 Intel公司80x86系列微处理器 自上世纪70年代开始出现微型计算机以来，CPU经历了飞速的发展，1971年，Intel设计成功了第一片4位微处理器Intel 4004；随之又设计生产了8位微处理器8008；1973年推出了8080；1974年基于8080的个人计算机（PC）问世，Microsoft公司的创始人Bill Gates为这种PC开发了BASIC语言解释程序；1977年Intel推出了8085。自此之后，又陆续推出了8086、80386、Pentium等80X86系列微处理器。 1.16位CPU——8086、8088、80286 2.32位CPU——80386、80486 3.准64位CPU——Pentium、PⅡ、PⅢ、PⅣ 4.64位CPU——Itanium Intel 陆续推出的80x86系列处理器的性能和功能越来越强。但是，从汇编语言程序设计人员面对这些CPU的软件体系结构角度来看，8086建立的实模式和80386建立的保护模式模型到目前为止一直适用。因此，后边介绍的实模式编程以8086为例说明，保护模式编程以80386为例说明。 三种运行模式 从80386开始，Intel的CPU具有3种运行模式：实模式、保护模式和虚拟8086模式。CPU的3种运行模式及其转换关系如图2-1所示。 1.实模式 CPU复位（Reset）或加电（Power On）的时候以实模式启动，处理器以实模式工作。在实模式下，内存寻址方式和8086相同，由16位段寄存器的内容乘以16当做基地址，加上16位偏移地址形成20位的物理地址。在实模式下，所有的段都是可以读、写和可执行的。 2.保护模式 在保护模式下，CPU提供了多任务、内存分段分页管理和特权级保护等功能，这些功能是Windows/Linux等现代操作系统的基石。如果没有CPU的支持，操作系统的许多功能根本无法实现。例如，在实模式下，应用程序可以执行任何的CPU指令，读写所有的内存，DOS操作系统就不能控制应用程序的行为，应用程序可以做任何事情，没有任何限制。而在保护模式下，通过设置特权级和内存的分段分页，应用程序只能读写属于它自己的内存空间，而不能破坏其他应用程序和操作系统。 实模式下没有特权级的概念，相当于所有的指令都工作在特权级0，即最高的特权级。它可以执行所有特权指令，包括读写控制寄存器CR0等。Windows/Linux操作系统就是通过在实模式下初始化控制寄存器、GDTR、LDTR、IDTR、TR等寄存器以及页表，然后再通过置CR0的保护模式位（PE位）为1而进入保护模式的。 实模式下不支持硬件上的多任务切换，所有的指令都在同一个环境下执行。 保护模式下提供的主要功能有： 段的大小可以设置为4 GB，段内的偏移量为32位。 特权级保护。 支持内存分页机制，支持虚拟内存。 支持多任务。 3.虚拟86模式 虚拟86模式是以任务形式在保护模式下执行的，在CPU上可以同时支持由多个真正的CPU任务和多个虚拟86任务。在虚拟86模式下，CPU支持任务切换和内存分页。 2.2 程序可见寄存器组 程序可见寄存器组包括多个8位、16位和32位寄存器，如图所示。阴影部分只对80386（含80386）以上CPU有效。 1．通用寄存器 2．段寄存器 3．控制寄存器 8086~Pentium CPU程序可见寄存器组 1．通用寄存器 ⑴ 数据寄存器 ·四个16位寄存器：AX、BX、CX、DX。 ·八个8位寄存器：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。? ·四个32位寄存器（386以上）：EAX、EBX、ECX、EDX。 ⑵ 指针寄存器? 堆栈指针寄存器SP、ESP（386以上） 功能：存放当前堆栈段栈顶偏移量，总是与SS堆栈段寄存器配合存取堆栈中的数据。 说明：实模式使用SP,保护模式使用ESP。 基址指针寄存器：BP、EBP（386以上） 功能：存放地址的偏移量部分或数据。若存放偏移量时，缺省情况与SS配合。 说明：实模式使用BP。保护模式使用EBP 变址寄存器：SI、DI、ESI（386以上）、EDI（386以上） 功能：存放地址的偏移量部分或数据。若存放偏移量时，缺省情况与DS配