工学1号馆

home

段的概念与段寄存器

By Wu Yudong on September 10, 2016

CPU访问内存单元时要给出内存单元的地址。所有的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。

本文地址:http://wuyudong.com/2016/09/10/2696.html,转载请注明源地址。

8086CPU是16位结构的CPU

概括的讲,16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征:

1、运算器一次最多可以处理16位的数据。

2、寄存器的最大宽度为16位。

3、寄存器和运算器之间的通路是16位的。

8086CPU给出物理地址的方法

8086有20位地址总线,可传送20位地址,寻址能力为1M。

8086内部为16位结构,它只能传送16位的地址,表现出的寻址能力却只有64K。

8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址。

地址加法器合成物理地址的方法:物理地址 = 段地址× 16 + 偏移地址

对段概念的正确认识

内存并没有分段,段的划分来自于CPU,由于8086CPU用“(段地址×16)+偏移地址=物理地址”的方式给出内存单元的物理地址,使得我们可以用分段的方式来管理内存。

例如:我们可以认为:地址10000H~100FFH的内存单元组成一个段,该段的起始地址( 基础地址)为10000H,段地址为1000H,大小为100H。

我们也可以认为地址10000H~1007FH、10080H~100FFH 的内存单元组成两个段,它们的起始地址( 基础地址 )为10000H和10080H,段地址为:1000H  和1008H,大小都为80H。

所以以后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×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。

注意:

(1)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;

(2)偏移地址为16位,16 位地址的寻址能力为 64K,所以一个段的长度最大为64K。

CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址。

例如:对于一个物理地址:21F60H,段地址可以是:2000H,偏移地址可以是1F60H;段地址还可以是:2100H,偏移地址还可以是0F60H……

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。

“数据在21F60H内存单元中。”对于8086PC机的两种描述:

(a)数据存在内存2000:1F60单元中;

(b)数据存在内存的2000段中的1F60H单元中。

可根据需要,将地址连续、起始地址为16的倍数的一组内存单元定义为一个段。


段寄存器

8086CPU有4个段寄存器:CS、DS、SS、ES

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。

接下来介绍CS和IP寄存器

CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器,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

8086PC工作过程的简要描述

(1)从CS:IP指向内存单元读取指令,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。

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。

内存中指令和数据没有任何区别,都是二进制信息,CPU在工作的时候把有的信息看作指令,有的信息看作数据。

CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令。

在任何时候,CPU将CS、IP中的内容当作指令的段地址和偏移地址,用它们合成指令的物理地址,到内存中读取指令码,执行。如果说,内存中的一段信息曾被CPU执行过的话,那么,它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。

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。

那么问题来了,我们怎样改变CS、IP的值呢?

mov指令可以改变8086CPU大部分寄存器的值,被称为传送指令。如:mov ax,123

那么move指令能修改CS、IP的值吗?不能,因为8086CPU没有提供这样的功能。8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变它们的值:转移指令,最简单的转移指令是jmp

同时修改CS、IP的内容:jmp  段地址:偏移地址

功能:用指令中给出的段地址修改CS,偏移地址修改IP。例如:  jmp 2AE3:3

如果仅修改IP的内容:jmp 某一合法寄存器

功能:用寄存器中的值修改IP。例如:jmp ax   (类似于 mov IP,ax)

代码段

如何使得代码段中的指令被执行呢?

将一段内存当作代码段,仅仅是我们在编程时的一种安排,CPU 并不会由于这种安排,就自动地将我们定义得代码段中的指令当作指令来执行。

CPU 只认被 CS:IP 指向的内存单元中的内容为指令。所以要将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。

CS = 123BH,IP = 0000H。


数据段、代码段、栈段

我们可以将一段内存定义为一个段,用一个段地址指示段,用偏移地址访问段内的单元。这完全是我们自己的安排。

我们可以用一个段存放数据,将它定义为“数据段”;

我们可以用一个段存放代码,将它定义为“代码段”;

我们可以用一个段当作栈,将它定义为“栈段”;

我们可以这样安排,但若要让CPU按照我们的安排来访问这些段,就要:

对于数据段,将它的段地址放在 DS中,用mov、add、sub等访问内存单元的指令时,CPU就将我们定义的数据段中的内容当作数据段来访问;

对于代码段,将它的段地址放在 CS中,将段中第一条指令的偏移地址放在IP中,这样CPU就将执行我们定义的代码段中的指令;

对于栈段,将它的段地址放在SS中,将栈顶单元的偏移地置放在 SP 中,这样CPU在需要进行栈操作的时候,比如执行 push、pop 指令等,就将我们定义的栈段当作栈空间来用。

可见,不管我们如何安排 ,CPU 将内存中的某段内存当作代码 ,是因为CS:IP指向了那里;CPU将某段内存当作栈 ,是因为 SS:IP 指向了那里。

如果文章对您有帮助,欢迎点击下方按钮打赏作者

Comments

No comments yet.
To verify that you are human, please fill in "七"(required)