微机 8086 寄存器存储器寻址段地址有效地址

文章目录

前言 ´･ᴗ･`
微机系统的构成
外设
CPU 结构
CPU结构单元化功能性的视角
执行单元
BIU
寄存器
存储器组织结构寻址方式
总结 ´◡`

前言 ´･ᴗ･`

本节主要以8086为例讲了CPU的一些内置寄存器及其作用不要求记住因为只有用到的时候这些名称才更加有意义
笔者在玩嵌入式的时候比如stm32 涉及深入的硬件debug 就遇到了内部寄存器级别的问题所以这个也算是对嵌入式的铺垫
本篇内容将会帮助你学习…
- 0 8086 CPU的基本结构
- 1 Intel 8086 寄存器种类作用
- 2 寄存器之间部分相互联系
- 3 存储器内存的CPU寻址方法

微机系统的构成

这里我们提纲挈领的明白接下来我们学习的部分到底是属于哪里
大部分简单的单片机乃至复杂的PC 其实组成结构都是相近的可以说都从那个简单的8086进化而来
意味着我们掌握8086 就可以一通百通
姑且给简单的计算机（现在就是嵌入式的单片机了）起个名字：微机

微机系统
- 硬件系统
  - 主机（master）
    - CPU
    - 存储器
    - IO 接口
    - 总线 Bus
  - 外设 perpherial
- 软件系统
  - 系统软件（OS操作系统自带的）
  - 应用软件就是我们自己安装的

接下来的部分聚焦 CPU以及与存储器的联动

外设

外设（perpherial 直译外围的相对于CPU当然是外围的）就是我们CPU控制的外围设备

简单而言你用树莓派控制一个LED灯你可以认为树莓派是CPU LED灯是外设
这两者的桥梁就是一个接口（interface）（所谓IO 输入输出接口）
让灯亮就是CPU控制接口赋予+5V（打比方）
当然外设除了我们给它供电的（灯舵机）
也有反馈信息的比如传感器（sensor）
所以接口可以接受信息所谓输入输出接口
（当然设置这个接口的功能是输入还是输出是推挽输出还是端口复用都是我们编程序控制的）

所以CPU和外设的关系可以简单地看成这样：
在这里插入图片描述
接口有很多种为了适用于或者说驱动（drive）不同的外设这里大致看看了解就好

CPU 结构

物理意义上就是分为内部与外部

外部：
- 地址总线address bus
- 数据总线data bus
- 控制总线control bus
- 总线宽度的影响
  
  内部：

CPU结构单元化功能性的视角

实际上我们嵌入式等常见的应用（各种调试工具）看待CPU 都是以功能的角度看待其内部结构的
我们可以理解CPU为大型机房自然机房里面有很多服务器类似一个个单元（unity）
CPU也是如此由一个个单元组成其中

名称	英文	中文
EU	execution	执行单元
ALU	arithmetic	算术单元
BIU	bus interface	总线接口单元

在这里插入图片描述
我们之前说接口是CPU与外设的桥梁
而CPU内部与接口对接的就是BIU 总线接口单元

注意我们常常说CPU做了什么其实具体实现，是靠这一个个单元，他们功能几乎相同，所以我们抽象出一个集合体。就类似阿里的服务器机房是响应所有访问阿里服务的请求的主体具体干活的是服务器不是机房

执行单元

执行单元就是执行我们汇编程序的第一站类似CPU处理程序的接口

比方我们做一个加法运算汇编可能就写

mov ax, 0EA04H      
mov bx, 4ae0H     

add ax, bx

在这里插入图片描述
注意图上那个AH AL 那就是16位寄存器AX的高8位和低八位
也就是我们的加数都在通用寄存器里面存着呢
那么EU 包含的东西就是我们汇编程序里面的参数操作指令等可谓是与程序最相关的单元

当然 EU只是执行了解释程序的功能也就是把参数放好指令放好（放到寄存器里面方便BIU的进一步操作）

BIU

BIU就是接手EU工作的它调用EU之前修改的寄存器（EU把程序参数存放好了）然后具体的去找
比如找指令找立即数
这个“找”的过程就是寻址寻找地址然后去使用

之后把运算结果通过外部总线（就是这条线与接口相连），再通过接口最终传到外设上比如传递高电平灯就亮了

有没有注意一个好玩的事情：我们所有寄存器都是16位的那么 20位的地址到底怎么出来的呢？地址加法器扮演一个什么角色？

我们可以利用两个16位的寄存器值相加得到20位
当然不是直接相加可以移位操作一波
这就是8086寻址的基本套路后面会细讲

所谓的“两个“寄存器一个是 段寄存器（segment register），一个是专用寄存器
段听起来有点奇怪其实就是存储器太大了我们将它分段处理非常类似我们硬盘的分区
那么我们找数据就是先定位分区（我们就用到段寄存器的值），
定位分区后，内部定位，就需要知道具体是多少字节到多少字节，比如000FF - 字节 00FFF是存放电影的，打比方，这就是指针寄存器的值了
你可以和在一栋楼里面去找你女朋友为例
整栋楼是存储器我们分成10段也就是10层楼
具体在几楼请看段寄存器的值比方说是5楼
到了5楼哪个门牌号呢？
请看指针寄存器的值比方说01
那么地址就是 501

接下来我们会细讲具体有哪些指针寄存器和段寄存器分别用在哪些场合

寄存器

相信前面在BIU EU中看到了不少寄存器了
我们将寄存器大致分下类：

通用寄存器 general purpose —— 存储任何指令的地址和数据的寄存器
- AX adder 累加寄存器
- BX base 基址寄存器
- CX count 计数寄存器
- DX data 数据寄存器
专用寄存器 —— 与段寄存器合作完成寻址
- 指针寄存器
  - IP instruction point 指令指针寄存器
  - SP stack 堆栈指针寄存器
- 变址寄存器
  - SI source 源变址寄存器
  - DI destination 目标变址寄存器
段寄存器 segment
- CS code 代码段寄存器
- DS data 数据段寄存器
- ES extra 附加段寄存器
- SS stack 堆栈段寄存器
标志寄存器 FLAGS 也就是flag
- 作用
  - 反映指令执行结果（比如做加法是否进位是否溢出等）
  - 控制指令形式
- 构成
  - 状态标志
    - CF carry 进位标志位
    - OF overflow 溢出标志位
    - ZF zero 结果是否为零
    - SF sign 符号
    - PF 结果的奇偶性
    - AF auxiliary 辅助进位（不用管）
  - 控制标志
    - DF direction
    - TF trap

存储器组织结构寻址方式

前面稍微提到是专用寄存器与段寄存器的合作产生20位地址才能进行寻址接下来看表：

寄存器名称	举例	地址名称	形象描述
段寄存器	CS DS ES SS	基地址段地址	女朋友住几楼
专用寄存器	IP SP SI DI	偏移地址有效地址（EA）	女朋友家门牌号

我们用16位的段地址指示数据在哪一段总共有16段
用16位的偏移量也就是门牌号指示数据具体位置相对于每一段的开头偏移了多少
比如门牌号510的偏移量是10，因为相对于每层楼的开头500，差了10户人家
偏移量也称为有效地址（EA）
那么具体16位的EA 能够对应多少户人家呢？答案是2¹⁶ B = 64KB
所以一段（segment）= 64KB 也就是大概64000户人家

这里也把 段地址：有效地址 称为逻辑地址 就是一种键值对
而真正得到的数据地址也就是女朋友门牌号称为物理地址
一个物理地址可以对应多个逻辑地址反过来一个逻辑地址对应一个物理地址
因为逻辑地址通过加法得到物理地址加法组合无穷结果唯一

具体操作我们就会
段地址*16 + 有效地址 = 物理地址
乘16是为了将段地址 左移4位
在这里插入图片描述
当然物理地址还可以继续划分毕竟要寻址的内容特别复杂可能是指令可能只是个数据我们大致这么分类：

取指令寻址 CS+IP
堆栈寻址
- SS+SP
- SS+BP
存储器寻址
- DS+SI
- DS+DI

总结 ´◡`

本篇从 8086 CPU的基本结构深入到结构中的各种寄存器种类作用
以及·寄存器之间部分相互联系
最后讲了寄存器关系中重要的协作部分——用于寻址

这些是我其他学习的部分希望能帮到你

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阮菜鸡

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