X86系列CPU 注记（一）

本系列文章主要针对X86系列的CPU 知识作梳理，初步考虑整理8086和80386两款。主要参考书清华大学出版社 王爽的《汇编语言》以及周明德《unix系统下的80386》。

1. 8086的体系结构

8086 CPU由以下两大部分组成：

• 总线接口单元（BIU），包括：
  • CS寄存器 - 16位代码段寄存器
  • DS寄存器 - 16位数据段寄存器
  • ES寄存器 - 16位扩展段寄存器
  • SS寄存器 - 16位堆栈段寄存器
  • IP寄存器  - 16位指令指针寄存器
  • 20位的地址加法器
  • 6字节的指令队列缓冲器
• 执行单元（EU），包括：
• 4个数据寄存器：AX、BX、CX、DX
• 2个地址指针寄存器：BP、SP
• 2个变址寄存器：SI、DI
• 标志寄存器FR
• 算数逻辑单元ALU

8086主要的引脚是：AD15 ～AD0：地址/数据总线、A19/S6～A16/S3：地址/状态信号，输出，三态。其中AD0~AD15和A16~A19组成CPU的20位地址总线。因此8086的地址由段基地址和段偏移组成。

2. 8086的主要常用指令

• 内存访问：

mov bx, 1000H
mov ds, bx       ;ds寄存器存放要访问数据的段地址
mov al,  [0]      ;1000H(1000:0)数据读到al中

• 堆栈操作：

push ax ;入栈：SS:SP指向栈顶，push操作的顺序是SP=SP-2，ax放入SS：SP指向的内存处  
pop   ax；出栈

• 循环处理：

    mov cx, 11 ;cx寄存器决定循环的次数
s:  add ax, ax
    loop s

• 转移指令

 

 

    jmp short s ； 段内短转移
s: inc   ax

    jcxz s ;如果(cx) = 0, 转移到标号处

 

• 子程序调用

ret ;用栈中的数据，修改IP的内容，实现近转移
    retf;用栈中的数据，修改CS和IP的内容，实现远转移

    call 标号； 将当前的IP或CS和IP入栈，转移

• 标志寄存器
  • ZF:零位标志
  • PF:奇偶标志
  • SF:符号标志，正负
  • CF:进位标志
  • OF:溢出标志，有符号数计算式否溢出
  • DF:方向标志，串处理中，判断SI、DI递增减、
• 内中断

8086 的内部中断主要有四类，对应中断源的码分别是：除法错误（0）、单步执行（1）、执行int0指令（4）、执行int指令。CPU通过中断向量表存储中断处理程序的入口。8086CPU 从地址0处存储中断向量表（0000:0000~0000:03E8）。

int 0; 处理步骤：
1. 取中断类型码 
2. 标志寄存器入栈，IF= 0，TF=0 
3. CS 、IP入栈 
4. (IP) = (n*4),(CS) = (n*4+2)

• 端口

在X86体系中，与ARM不同，IO空间与内存空间是分开的，指令如下：

in   al,    20h ; 从20h端口读入一个字节
out 20h, al   ; 向20h端口写入一个字节

• 外中断：分为可屏蔽中断、不可屏蔽中断，具体操作与内中断类似