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计算机组成与结构 主讲人 王健 计算机的基本工作主要体现为执行指令。一台计算机所能执行的全部指令，称为该机的指令系统或指令集。 相对微体系结构层，指令系统层是一个抽象的层次，它是硬件和软件之间的接口，其主要特征就是指令系统。 本章讨论指令系统层，主要内容包括： ? 80x86系列CPU的结构特点； ? 80x86主存储器和寄存器组织； ? 80x86指令系统。 4. 1、8086 CPU内部结构如下图所示: 由指令指针IP提供段内偏地址（偏移量）：即一个主存单元与所在段的段基址之间的字节距离。 当CPU访问某个主存单元时，必须指明由哪个段寄存器提供段基值，同时又给出偏移地址。然后由BIU将16位段基值左移4位后与16位偏移地址相加，形成20位主存单元的物理地址称为段基址，。 1、基本结构寄存器组 基本结构寄存器组如右图所示： 通用寄存器； 指令指针寄存器； 标志寄存器； 段寄存器 。 （1）通用寄存器 四个16位的寄存器AX、BX、CX、DX可称为数据寄存器。这4个寄存器都是通用寄存器，但它们又可以用于各自的专用目的。 AX（Accumulator）作为累加器用。在乘除等指令中指定用来存放操作数。另外，所有的I/O 指令都使用这一寄存器与外部设备传送信息。 BX（Base）可以作为通用寄存器使用。此外，在计算存储器地址时，它经常用作基址寄存器。 CX（Count）可以作为通用寄存器使用。此外，它还常用来保存计数值，如在移位指令、循环（LOOP）和串处理指令中用作隐含的计数器。 DX可以作为通用寄存器使用。一般在做双字长运算时把DX和AX组合在一起存放一个双字长数，DX用来存放高位字。此外，对某些I/O 操作，DX可用来存放I/O 的端口地址。 SP、BP、DI、SI 这4个16位寄存器可以像数据寄存器一样在运算过程中存放操作数，但它们只能以字（16位）为单位使用。此外，它们更经常的用途是在存储器寻址时，提供偏移地址。因此，可称它们为指针或变址寄存器。 （2）指令指针寄存器和标志寄存器 IP（Instruction Pointer）为指令指针寄存器，它用来存放代码段中的偏移地址。IP作为指令的地址指针，其作用类似于其他计算机中的程序计数器PC，当现行指令执行完毕时，由IP提供下一条指令地址。 FLAGS为标志寄存器，又称PSW（Program Status Word），即程序状态寄存器。这是一个存放条件码标志、控制标志和系统标志的寄存器。 ① 条件码标志包括以下6位： OF（Over Flow Flag） 溢出标志。将参加算术运算的数看作带符号数，如运算结果超出补码表示数的范围N，即溢出时，则OF置1；否则OF置0。对于字节运算有?128≤N≤+127；对于字运算有?32768≤N≤+32767。 SF（Sign Flag） 符号标志。把指令执行结果看作带符号数，如结果为负，则SF置1；结果为正，则SF置0。 ZF（Zero Flag） 零标志。如指令执行结果各位全为0时，则ZF置1；否则ZF置0。 CF（Carry Flag） 进位标志。在进行算术运算时，如最高位（对字操作是第15位，对字节操作是第7位）产生进位或借位时，则CF置1；否则置0。在移位类指令中，CF用来存放移出的代码（0或1）。 AF（Auxiliary Carry Flag） 辅助进位标志。在进行算术运算时，如低字节中低4位（第3位）产生进位或借位时，则AF置1；否则AF置0。AF可用于十进制运算的校正。 PF（Parity Flag） 奇偶标志。用来为机器中传送信息时可能产生的代码出错情况提供检验条件。当运算结果中1的个数为偶数时置1，否则置0。 ② 控制标志位1位 DF（Direction Flag）方向标志，用来在串处理指令中控制处理信息的方向。当DF位为1时，每次操作后使变址寄存器SI和DI减小，这样就使串处理从高地址向低地址方向处理。当DF位为0时，则使SI和DI增大，使串处理从低地址向高地址方向处理。 ③ 系统标志位： TF（Trap Flag） 陷阱标志，用于调试时的单步方式操作