2-1、地址加法器CS:IP

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1、CPU组成

• 一个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。
  • 运算器进行信息处理
  • 寄存器进行信息储存
  • 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递
• 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。
• 不同CPU，寄存器的个数、结构是不相同的。
• 8086CPU有14个寄存器，AX BX CX DX SI DI SP BP IP CS SS DS ES PSW，这些寄存器都是16位二进制。
  • 其中4个段寄存器：CS、DS、SS、ES

2、通用寄存器

• AX BX CX DX这四个寄存器通常用来存放一般性的数据，被称为通用寄存器
• 不同CPU的通用寄存器的大小不一样，有8位，16位等等。8086CPU的所有寄存器都是16位，可以存放两个字节

16位寄存器的存储

16位寄存器兼容8位

• 8086CPU的上一代CPU中的寄存器都是8位的，为了了保证兼容，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个寄存器都可分为两个可独立使用的8位寄存器来用
  • AX可分为 AH AL
  • BX可分为 BH BL
  • CX可分为 CH CL
  • DX可分为 DH DL

• AX的低8位(0位_{7位)构成了AL寄存器，高8位(8位}15位构成了AH寄存器。AH和AL寄存器是可以独立使用的8位寄存器。下图展示了16位寄存器及它所分成的两个8位寄存器的数据存储的情况。

word 和 byte

• 字节：byte，一个字节由8个bit组成，可以存放在8位寄存器中
• 字：word，一个字由两个字节组成，分别称为这个字的高位字节和低位字节
• CPU中，用16位寄存器来存储一个字（一个字占据两个内存单元，2字节）。高8位存放高位字节，低8位存放低位字节。

• 上图中，我们从0地址开始存放4E20H，低8位存放20，高8位存放4E。地址0、1可以看成一个字单元。
• 有两个概念可以普及下：
  • 0地址单元中存放的字节型数据是20H
  • 0地址字单元中存放的字型数据是4E20H
• 上述概念总结如下：任何两个地址连续的内存单单元，N号单元和N+1号单元，可以将它们看成两个内存单元，也可看成一个地址为N的字单元中的高位字节单元和低位字节单元。

进位问题

• 例子1：高位进位

MOV AX,8226H
MOV BX,8226H
ADD AX,BX
AX BX都是16位寄存器，此时AX的值是多少？

答案：8226H + 8226H = 1044CH，但是寄存器只能放16位，AX的值是044CH

• 例子2：低位进位

MOV AX,00C5H
ADD AL,93H
此时AX的值是多少？

答案：AL原始是C5H，加上93H，等于158H，但是AL只是低8位寄存器（作为一个独立的8位寄存器），最高位1会丢失，丢失1也不会给AH，类似最终结果AX=0158（CPU并没有真的丢弃这个值），所以最终的AX=0058

• 例子3：

MOV AX,00C5H
ADD AX,93H
此时AX的值是多少
AX=00C5H + 0093H = 0158H,AX是16位寄存器，能正常进位

• 例子4：指令的操作对象位数不一致，以下都是错误的指令

mov ax,bl  在8位寄存器和16位寄存器之间传送数据
mov bh,ax 在16位寄存器和8位寄存器之间传送数据
mov al, 20000 8位寄存器最大可存放值为255的数据
add al,100H 将一个高于8位的数据加到一个8位寄存器中

3、地址加法器

• 8086CPU有20位地址总线，似乎多余了，内部只能送出16位地址，寻址能力只有64KB，但是实际有1M的寻址能力。
• 8086CPU在内部用两个16位地址合成形成一个20位物理地址
  • 两个16位寄存器，一个段地址、另一个偏移地址
  • 段地址和偏移地址通过内部总线送入一个地址加法器的部件，合成一个20位的物理地址

• 地址加法器采用物理地址=段地址x16+偏移地址
• 8086CPU要访问地址123C8H（20位长度）的内存单元

• 对于一个16位的CPU，偏移地址范围0000H~FFFFH，如果段地址1000H，则该内存空间的地址范围

1000H * 16 + 0000H ~ 1000H * 16 + FFFFH
10000H ~ 1FFFFH
总共2^16=65536=64KB个内存单元

不同的段地址和偏移地址表示同一个物理地址

• 下面的几个段地址:偏移地址，最终表示的物理地址都是21F60H

偏移地址的范围

• 偏移地址16位，变化范围0_{FFFFH，最多是216=64KB个内存单元。如果给定一个段地址1000H，则这段寻址范围：10000H}1FFFFH
• 一个段的长度最大为64KB

一个段的起始地址一定是16的倍数

• 物理地址=段地址x16+偏移地址
• 16位偏移地址的范围：0~FFFFH
• 所以一个段的起始地址一定是16的倍数

4、CS:IP

CS IP工作过程

• CS和IP是8086CPU中最为关键的寄存器，它指出了当前要读取指令的地址。
• CS寄存器存储段地址，IP寄存器存储偏移地址，CS:IP组成真真的程序入口的物理地址。
• 每读取一次指令，IP=IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令
• 8086CPU工作过程，初始化状态：CS=2000 IP=0000

• 地址加法器

• 输入输出控制电路

• 20位地址总线

• 读取内存中的数据

• 指令缓冲器

• IP增加

• 执行控制器

• AX=0123H

• 读取2000:0003处的指令

• 执行mov bx,0003H，最终BX=0003H

• 读取2000:0006处的指令

• 执行mov ax,bx，最终AX=0003 BX=0003

• 读取2000:0008处的指令，add ax,bx ，01D8

• 执行指令add ax,bx = 01D8，最终结果AX=0003，BX=0003

• 8086CPU工作过程简要概述

（1）从CS:IP指向的内存单元读取指令,读取的指令进入指令缓冲器:
（2）IP=IP+所读取指令的长度,从而指向下一条指令;
（3）执行指令。转到步骤(1),重复这个过程。

jmp修改CS:IP

• MOV CS,AAAAH 这种写法是错误的，8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器，CPU提供了jmp指令用于修改段寄存器的值
• 例子1：mov不能修改段寄存器的值

• 例子2：jmp修改IP寄存器，直接写入数据
  • 073F:0100 写入指令 jmp 1234
  • 执行后IP=1234

• 例子3：jmp修改IP寄存器，用其他寄存器的值
  • 073F:0100 写入指令 mov ax,1111
  • 执行后AX=1111
  • 073F:0103 写入指令 jmp ax
  • 执行后，最终IP的值等于AX的值，IP=1111

• 例子4：jmp同时修改CS:IP寄存器的值
  • 073F:0100 写入指令 jmp 0700:2222
  • 执行后 CS=0700 IP=2222

5、DS和[address]

DS和[address]

• [address]表示内存单元的偏移地址，8086CPU自动取DS寄存器中的数据为段地址
• 例子1
  • 073F:0100 写入指令 mov ax,[011E]
  • 执行后mov ax,[011E]，就是将DS作为段地址 011E作为偏移地址，073F:011E的值放到AX寄存器中
  • 此时073F:011E（低8位）存储2E，073F:011F（高8位）存储07
  • 最终结果AX=072E

• 例子2

• 例子3

mov add sub

• mov指令访问内存单元时，mov指令只给出单元的偏移地址，段地址默认在DS寄存器中
• mov指令可以有以下几种形式

mov 寄存器,数据  		比如:mov ax,8
mov 寄存器,寄存器  	比如:mov ax,bx
mov 寄存器,内存单元	比如:mov ax,[0]

mov 内存单元,寄存器	比如:mov [0],ax
mov 寄存器,内存单元	比如:mov ds,[0]

mov 段寄存器,寄存器  比如:mov ds,ax
mov 寄存器,段寄存器  比如:mov ax,ds

代码007普通

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