微机原理与接口技术--西安电子科技大学-笔记一

微机原理与接口技术—西安电子科技大学

绪论

微型计算机系统组成

1. 硬件子系统与软件
2. 早期计算机硬件组成–ALU-----控制器控制ALU运算–ALU运算的数据
3. 存储器中的数据被控制器控制器送到ALU
4. 输入设备（IO）-----控制器控制输入设备
5. 信息------数据信息、控制信息、地址信息
6. 总线-----用来传送信息的通道
7. 数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）
8. 现代微型计算机硬件组成
9. 引脚------复用引脚–分时复用
10. 指令-----一种二进制代码（机器码）
11. 存储器按字节组织的-------寻址-----地址总线条数的多少----数据总线----可管理的数据的大小

计算机中的数制和码制

1. 十进制 <-----> 二进制 （字长n=8）
2. 逼近法-----位置加权法
3. 十进制 <-----> 十六进制
4. 在程序设计当中，都会遇到把十进制转换成二进制
5. 二进制 <-----> 十进制 （除10取余法）
6. 比较法

二进制数的运算

1. 算数运算 ±*/
   • 字长n 8–字节，16—字，
2. 8位寄存器----暂存数据
   • AX(16) BX CX DX------AH AL
3. 助记符 目的操作数 源操作数
4. 数字0打头
5. 结果溢出
6. 处理器状态字寄存器PSW----标志寄存器----运算才可能影响PSW

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1. 逻辑运算
   • 与 AND DST,SRC 应用场合：位清零AND0，有些位置不变
   • 或 OR DST,SRC 应用场合：位置1Or1，某些位置不变
   • 异或 XOR DST,SRC 应用场合：取反XOR1,某些位置不变
   • 非 NOT DST（不影响状态标志位）
     （无符号数）
2. 8位数据范围：0~255； 16位数据范围： 0~65535

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有符号数的表示方法以及溢出问题

1. D0-D6–数值，D7----符号（机器码）
2. 原码-----[X]原
3. 补码-----X>=0,本身；X<0,2^n+X；
   • 负数的原码----符号位不变–取反+1
4. 在计算机中，有符号数均用补码表示

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5. 补码的运算
6. n=8,-128~+127; n=16,-32768~+32767
7. [X+Y]补 = [X]补+[Y]补
8. 加法是前两位要进都进，减法是要借都借
9. [X-Y]补 = [X]补-[Y]补
10. 补码运算结果还是补码，再次求补就是原码
11. 变补/求负----[Y]补----[-Y]补

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12. BCD码
13. 组合BCD数—一个字节
14. 分离BCD数—两个字节
15. BCD运算—后四位超过9+6调整

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16. 计算机上的字符用ASCII码表示
17. 可显字符—‘0’----‘9’ ‘a’----‘f’ ‘A’----‘F’
18. 字符---->数字 -30H || AND 0FH
19. 大写---->数字 -37H ||
20. 大写---->小写 20H || 逻辑运算 AND 0DFH||ADN 5FH
    • 0100~0101------> 0110~0111
21. 小写----> 大写 OR 20H

CPU的结构与功能（第二章）

微型处理器的外部结构

1. 表现为数量有限的输入输出引脚
2. 输入输出引脚构成了微处理器总线
3. 数据总线、地址总线、控制总线
4. 8086(16-16)/8088(16-8)共40个引脚
5. A19-A16,A15-A0-----给外部存储器提供地址，2^20=1M
6. A15-A0-----同时给外部IO提供地址—M/^IO
7. 一个IO端口至少占用一个IO地址----IO端口地址
8. 统一编址—缺点：浪费了存储器的空间；优点：IO驱动程序灵活
9. 独立编制—优点：节约存储器的空间；缺点：，指令记忆复杂，IO编程不灵活

微处理器的内部结构（一般）–效率较低

1. ALU–算数逻辑运算
2. 工作寄存器—数据寄存器只可以提供数据–地址寄存器可以提供地址也可以提供数据—
3. 控制器—中央指挥机关—取指令–指令寄存器（指令队列）—译码
4. IO控制逻辑电路

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5. 外部存储器

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6. 控制器
   • 程序计数器（PC）–16
   • 指令寄存器（IR）–8
   • 指令译码器（ID）–
   • 控制逻辑部件

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7. 堆栈-----先进后出原则组织的一段存储器区域----在外部存储器
8. 8086：堆栈必须按字操作
9. SP—堆栈指针寄存器（16）----栈底+1的地址----SP—>SP-2;一个字单元的数据压入
10. SP----指向的地址是栈顶
11. 堆栈溢出就出现死机状态
12. pop---->取出数据；SP+2

8086/8088CPU的内部结构—8086/8088***

1. 虚线分为两大部分—BIU 和 EU
2. BIU

   • CS\SS\ES\DS\IP(相当于PC)

3. 为了16位的地址可以寻找1M的空间，内存分为段管理
4. 内部只提供16位地址，寻址16，把外部分为多个64K段地址，段地址(16)+偏移—>地址产生—>20

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5. 指令队列 REG（IR）----6个字节----效率提高—8088（4个字节）
6. BIU—主要职责：从外部存储器取指令，并将取回的指令放到指令队列中，直至6个字节
7. EU----主要负责从指令队列获取指令—遵循先进先出原则—并译码分析并指令
8. 图–时序周期–EU如果使用总线执行命令，BIU暂停取指令

8086CPU的寄存器组织

1. 共有14个16位的寄存器
2. 通用寄存器–8个

   数据寄存器（4个16位）

   • AX—累加器（特殊功能）| AH AL
   • BX—基址寄存器（特）—段内的–DS段的
   • CX—计数器
   • DX—数据寄存器（IO）

   地址指针寄存器 （2）与变址寄存器（2）-----16位

   • SP—堆栈指针寄存器（段内–偏移）
   • BP—地址指针寄存器—类似于BX做基址寄存器
     在段内讲偏移地址–64K—逻辑段
     MOV BX,0002H—DS
     MOV BP,0002H—SS
     MOV DS:[BP],AL//段超越前缀，存储到不属于自己的逻辑段内
   • SI—源变址寄存器
   • DI—目的变址寄存器—SI、DI对字符串的操作体现变\自动变
   • BX,SI,DI—DS段
   • 字符串操作指令—源在DS–SI提供---->目的必须在ES段–DI提供首地址
   • MOVSB

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3. 段寄存器（4个）
   • CS—代码段寄存器----与外部存储器的段联系，段地址–初始化由系统完成
   • DS—数据段寄存器----可以人为初始化
   • ES—附加数据段寄存器—可以人为
   • SS—
4. 控制寄存器（2个）
   • IP—指令指针寄存器（16）—与CS配合
   • PSW—处理器状态寄存器（16）—有用的只有9—3.8标志位操作指令(CF\DF\IF)
     状态标志（ZF、CF、PF、OF、AF、SF）–运算才影响----反应的是ALU运算后、结果的状态
     控制标志-----用来控制CPU的运行状态
     • DF（方向控制）—CLD;DF=0----STD;DF=1
     • IF（中断允许）—外部可屏蔽----
     • TF（陷阱、单步标志）–DEBUG

存储器和IO组织

存储器地址空间与数据存放格式

1. 地址空间
   • A19-A16，A15-A10,A9-A0
   • 给外部变址20-1M，IO:16-64k
   • 在pc机中，给IO分配A9-A0–10–1K—前512(主板上的IO)（000H-1FFH）–后512（给插件板上）(200H-3FFH)
2. 数据存放格式
   • 字节型、字型、双字型
   • 字节型数据：一个地址单元，定义在存储器中的DS段，DB(字节型定义伪指令)—如何编译
   • 字型数据：DW------对准（高低同时写/读）与未对准（在各个时序中通过）–时间周期是2倍
   • [BX BP SI DI]----所存的地址；BX BP SI DI—它本身
3. 存储器的分段与物理地址的形成
   • 为什么要分段----20根地址线—16位地址寄存器
   • 如何分—每个逻辑段最大64K,每个逻辑段的起始地址必须可以被16整除
   • 物理地址—实际存在的地址----0000 0–0001 0----0段、1段、2段、。。。65535段
   • 段的段首单元的地址----段基址：偏移地址（段内偏移地址、相对于段基址偏移）----0 0000:0000H
   • 由于段相互有叠加，所以一个单元的逻辑地址可能不同，但是物理地址一定
   • 程序、调试都是逻辑地址
   • 物理地址（PA）的形成----> 物理地址=段基址X16（左移加个0）+段内偏移地址（段内有效地址）

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4. 取指令操作
   • CS(段基地址)X16+IP(段内偏移地址)------>取指令所存储的PA----无条件转移
   • 堆栈操作(SS:SP+2) 和 数据操作（DS+IP）
5. 各类指令的地址信息
6. 实际上汇编后在存储器内不会重叠----当前段

8086指令系统

汇编语言指令

1. 名词解释

• 指令—一种二进制代码（机器码）
• 指令系统–CPU能识别的所以指令集合
• 机器语言–指令代码语言
• 机器语言程序–
• 汇编语言–符号化语言 如：B0 12—MOV AL,12
• 汇编语言源程序
• 汇编–将汇编语言翻译机器语言的过程–masm.exe
• 反汇编–将机器语言翻译成汇编语言
• .ASM—.OBJ–（连接）----.exe

2. 8086汇编语言程序中语句的种类

• 指令语句—CPU可以执行的语句（汇编后可以汇编成二进制）
• 伪指令语句–CPU不可以执行的语句（不会成二进制）
• 宏指令语句–本身是8086指令系统没有的指令，是用户用宏定义伪指令的指令语句–类似于函数

3. 汇编语言中语句的组成

• 变量名（标号名:） 助记符 操作数 ;注释
• 地址符号化 DATA1—变量名

4. 汇编语言中的常数及表达式

• 十进制常数、十六进制常数、字符常数、字符串常数、？（随机数）
• 表达式–操作符—算数操作符、逻辑操作符、关系操作符、属性操作符、其他操作符

5. 标号、变量及伪指令

• NEXT:----标号–一定定义了，就具有3个属性—段地址属性(SEG)—段内偏移地址属性(OFFSET)—类型属性(TYPE)
• MOV BX,OFFSET NEXT //属性表达式的值是十六位的常表达式
• TYPE：NEAR—近程（段内转）-- -1；FAR–远程（段间）-- -2；
• 变量：DB–定义字节型—1；DW—字型----2；DD—双字型—4；
• 变量一定定义就有五个属性：段地址属性、段内偏移地址属性（OFFSET）、类型属性、长度属性（LENGTH）、大小属性（SIZE）
• 在MASM.EXE中有一个$位置计数器，汇编过程中指向存储的位置，16位
• DATA6 DW DATA3—DATA的OFFSET；–DD—OFFSET+SEG
• DATA8 DB 4 DUP(?);DUP操作符：重复操作符，允许嵌套
• 长度属性: 在变量名定义语句中，所定义的变量的个数，8086规定如果有GUP操作，长度就是DUP的前的数值；其他的变量定义就是1
• 大小属性:所有变量所占的总的字节数，变量数字节数（TYPELENGTH）
• 其他操作符就是PTR操作符----MOV AL，DATA1+2；类型不一致，汇编会出错–类型要强制转换，属性临时修改操作符
• MOV [BX] 10H;错误----MOV TYPE PTR [BX] 10H

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6. 指令的分类(课本P31)
7. 数据与转移地址的寻址方式

• 寻址方式：求操作数所在地（寄存器、立即数）或所在存储器单元地址的方法
• 求得的操作数当作成数据 或 用作转移地址用（IP:段内、IP+CS：段间）
• 寻找数据的寻址方式(取操作数—源操作数，存数据–目的操作数)
• 1. 立即数寻址–常数形式；MOV AX,1234H；立即数–只能做源操作数
• 2. 寄存器寻址—MOV AX,BX—数据在BX寄存器中； MOV AX,CL；类型不一致，错误—寄存器寻址类型要一致
     MOV [0200H],56H;错误，没有明确给出存储单元的类型—MOV WORD PTR [0200H],56H;
     MOV DS,1500H;错误----==当DS\ES\SS做DST时,SRC不能为立即数，立即数寻址；==MOV AX,1500H;MOV DS AX;
     MOV CS；CS\IP不能做DST;人为无法改变；程序自动改变；但是可以做SRT
• 3. 存储器寻址—书上的3-7；要寻找的OPR在存储器某单元中；要知道这个单元的地址，存储操作数的单元的EA(有效地址)，可以由以下5种寻址方式求得

 > 1. 直接寻址
 > 2. 寄存器（REG）间接寻址  [BX\SI\DI]：操作数
 > 3. REG相对寻址 [BX\BP\SI\DI]+8\16位DISP（相对位移量）
 > 4. 基址、变址选址  --两部分组成---[BS\BP][SI\DI]
 > 5. 基址、变址且相对寻址--三部分组成--[BS\BP][SI\DI]+8\16位DISP

 > 1. 直接寻址：操作数所在存储单元的有效地址（EA）指令中直接给出
 > 1. MOV AL,[2000H];把DS:2000H存储单元的操作数直接给AL,一般会把操作数所在的存储单元符号化---也就是变量---变量具有5个属性
 > 1. ==两个存储器单元之间不能直接操作，传送、算数都不可以；需要通用寄存器作为桥梁过渡==
 > 1. PTR临时改变属性操作，会影响相邻存储单元，MOV WORD PTR DATA1(DB) AX；
 
 > 2. 寄存器间接寻址：EA = 地址寄存器间接给[BX\SI\DI]----默认在DS段内
 > 2. MOV BX,OFFSET DATA1;----(BX)<---DATA1的有效地址
 > 2. MOV AL,[BX];REG间接寻址
 > 3. REG相对寻址：EA = [BX\BP\SI\DI]+8\16位DISP（相对位移量）;DISP为常数时[BX\SI\DI]默认DS;[BP]默认SS;
 > 3. EA = [BX]+3;[BX+3];3[BX];
 > 3. MOV BX,0;MOV AL,00H;MOV DATA1[BX] AL;  DS:(OFFSET DATA1(16位) + (BX))就是EA
 > 3. BP的相对寻址默认在SS段可以在堆栈中读取数据，而不破环SP
 > 4. 基址、变址寻址：EA = [BX\BP][SI\DI];数据默认看[BS\BP]
 > 4. MOV [BX][SI],AL;
 > 5. 基址、变址且相对寻址:EA = [BX\BP][SI\DI]+8\16位DISP;DISP为常量，以[BX\BP]为准；DISP为变量时，OFFSET DATA 16位；以变量位置为准

• 4. 隐含寻址：PUSH AX;(SP)-2---->SP;(SS:(SP))<----(AX);
• 5. 变量不可以在指令中运算

本篇截止于第三章数据与指令的寻址方式