微机原理基本概念复习
微机原理基本概念复习 Prepared on 22 November 2020
1、字节，字概念，1字节=8位，
2、字长概念:传微处理器一次送二进制数据的位数（总线宽度）。
3、地址空间概念：
16根地址线—64K，
20根地址线—1M空间
4、进制间的转换：将十进制数转换为二级制数
5、数值数据的表示：
有符号数：补码，n位补码的范围
无符号数： FFFFH=65535
6、BCD码： 789的压缩BCD码789H
7、ASCII码：789的ASC码373839H
8、求补运算概念
9、8086CPU从功能上来说分成两大部分：总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）和执行单元
EU（Execution Unit）
总线接口部件由下列4部分组成：
① 4个段地址寄存器（CS、DS、 ES、SS）② 16位的指令指针寄存器 IP(Instruction Pointer) ③ 20位的地址加法器
10辑段概念——
8086 CPU 的内部结构是16位的，即所有的寄存器都是16位的，而外部寻址空间为1M,需要20位地址线。为了能寻址1M空间。8086把1M字节空间划分成若干个逻辑段。
11 逻辑地址概念——2000H：5F62H，则其对应的物理地址：25F62H
12堆栈指针：SP与段寄存器SS一起确定在堆栈操作时，堆栈在内存中的位置。SS和SP的初始值决定了堆栈区的大小
13 状态标志的意义：即SF、ZF、PF、CF、AF和OF
14 8086引脚：
MN/MX、
AD15 ~ AD0地址/数据分时复用引脚
NMI（Non-Maskable Interrupt）不可屏蔽中断请求，输入、上升沿有效、
INTR（Interrupt Request）可屏蔽中断请求，输入、高电平有效，有效时，表示请求设备向CPU申请可屏蔽中断，该中断请求是否响应受控于IF（中断允许标志）、可以被屏蔽掉INTA——
RESET（复位）复位请求，输入、高电平有效，复位后CS＝FFFFH、IP＝0000H，所以自启动程序入口在物理地址FFFF0H
INTA（Interrupt Acknowledge）可屏蔽中断响应，输出、低电平有效，有效时，表示来自INTR引脚的中断请求已被CPU响应，CPU进入中断响应周期。
ALE（Address Latch Enable）地址锁存允许，输出、三态、高电平有效，脚高有效时，表示复用引脚：AD15 ~ AD0和A19/S6 ~ A16/S3正在传送地址信息，由于地址信息在这些复用引脚上出现的时间很短
暂，所以系统可以利用ALE引脚将地址锁存起来M/IO（Input and Output/Memory） I/O或存储器访问，输出、三态，该引脚输出高电平时，表示CPU 将访问存储器，这时地址总线A19 ~ A0提供20位存储器
地址，该引脚输出低电平时，表示CPU将访问I/O端口，这时地址总线A15 ~ A0提供16位I/O口地址
15 多字节数据存放方式：
图中0002H“字”单元的内容为：
[0002H] = 1234H
0002H号“双字”单元的内容为：
[0002H] = H
16 物理地址和逻辑地址的转换
例设代码段寄存器CS的内容为1000H，指令指针寄存器IP
的内容为2500H，即CS＝1000H，IP＝2500H，则访问代码段
存储单元的物理地址为：
17 指令周期：
是指一条指令经取指、译码、读写操作数到执行完成的过程。若干总线周期组成一个指令周期
18 总线周期
是指CPU通过总线操作与外部（存储器或I/O端口）进行一次数据交换的过程
8086的基本总线周期需要4个时钟周期，4个时钟周期编号为T1、T2、T3和T4
总线周期中的时钟周期也被称作“T状态”，时钟周期的时间长度就是时钟频率的倒数
当需要延长总线周期时插入等待状态Tw，CPU进行内部操作，没有对外操作时，其引脚就处于空闲状态Ti
8086如果工作频率1MHZ,1个基本总线周期需要多长时间。
19 指令代码由操作码和操作数两部分组成
寻址方式：
立即数寻址MOV AX,14
寄存器寻址：MOV DS,AX
直接寻址：MOV AX, [2000H]，MOV BX, BUFFER
寄存器间接寻址MOV AX, [BX]
寄存器相对寻址MOV AX, [SI+06H]
基址变址寻址方式MOV AX, [BX+SI]
相对基址变址MOV AX, [BX+DI+6]
隐含寻址
MUL BL；（AL）×（BL）→AX隐含了被乘数AL和乘积AX 20 存储器寻址方式中的变量
WVAR DW 1234H
；定义16位变量WVAR，具有初值1234H
21注意点
1. 区别立即数寻址和直接寻址
MOV AX，126
MOV AX，[126]
2．区别寄存器寻址和寄存器间接寻址
MOV AX，BX
MOV AX，[BX]
3．双操作数指令中，不能同为存储器操作数。
4．CS不能为目的寄存器。
?最基本的传送指令(MOV）
?堆栈指令(PUSH,POP)
?数据交换指令(XCHG)
?换码指令XLAT
非法指令的主要现象：
两个操作数的类型不一致
无法确定是字节量还是字量操作
两个操作数都是存储器 MOV[2000H],[3000H]
立即数直接送段寄存器 MOV DS, 3000H
目标操作数用立即数方式 MOV 2000H, AL
两个操作数都是段寄存器MOV DS, ES
在绝大多数双操作数指令中，目的操作数和源操作数必须具有一致的数据类型，或者同为字量，或者同为字节量，否则为非法指令
两个操作数类型不一致
MOV AL, 050AH ；非法指令，修正：
；mov ax,050ah
MOV SI, DL ；非法指令，修正：
；mov dh,0
；mov si,dx
?当无法通过任一个操作数确定是操作类型时，需要利用汇编语言的操作符显式指明MOV [BX+SI], 255 ；非法指令，修正：
；mov byte ptr [bx+si],255
；byte ptr 说明是字节操作
；mov word ptr [bx+si],255
；word ptr 说明是字操作
?8086/8088指令系统除串操作指令外，不允许两个操作数都是存储单元（存储器操作数）MOV buf2, buf1 ；非法指令，修正：
；假设buf2和buf1是两个字变量
；mov ax,buf1
；mov buf2,ax
；假设buf2和buf1是两个字节变量
；mov al,buf1
；mov buf2,al
?8086指令系统中，能直接对段寄存器操作的指令只有MOV等个别传送指令，并且不灵活MOV DS, ES ；非法指令，修正：
；mov ax,es
；mov ds,ax
MOV DS, 100H ；非法指令，修正：
；mov ax,100h
；mov ds,ax
MOV CS, [SI] ；非法指令
；指令存在，但不能执行
例3-13 把BLOCK1地址开始的10个字节数据传送到BLOCK2地址开始的10个字节单元处。
MOV CX,10
MOV SI,OFFSET BLOCK1
MOV DI,OFFSET BLOCK2
NEXT: MOV AL,[SI]
MOV [DI],AL
INC SI
INC DI
DEC CX
JNZ NEXT
HLT
进栈指令先使堆栈指针SP减2，然后把一个字操作数存入堆栈顶部
用堆栈交换AX与CX的值。
push ax
push cx
pop ax
pop cx
交换指令XCHG（
xchg al,byte ptr wvar+1
；ax=5599h，wvar=6611h
；“byte ptr wvar+1”强制为字节量，只取高字节与AL类型交换，否则数据类型不匹配
例3-18 内存的数据段有一张0~9的平方表，首地址为TABLE，如图所示，用换码指令实现求数字4的平方。
MOV BX,OFFSET TABLE
MOV AL,4
XLAT
加法指令
2、减法指令
3、乘法指令
4、除法指令
加法指令:ADD, ADC和INC
减法指令:SUB, SBB, DEC, NEG和CMP
他们分别执行字或字节的加法和减法运算，除INC和DEC不影响CF标志外，其他按定义影响全部状态标志位
[例3-32] 在数据段从BLOCK开始的存储单元中存放了两个8位无符号数，试比较它们的大小，将较大者传送到MAX单元。
LEA BX,BLOCK
MOV AL,[BX]
INC BX
CMP AL,[BX]
JNC DONE
MOV AL,[BX]
DONE:MOV MAX,AL
HLT
逻辑指令AND、OR、XOR和TEST
屏蔽AL寄存器的低四位。
MOV AL，0FF H 1 1 1 1 1 1 1 1
AND AL ，0F0 H ∧ 1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0
例3：使某数的第4、5位置1。
MOV AL，03H 0 0 0 0 0 0 1 1
OR AL，30H ∨ 0 0 1 1 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0 1 1
[例3-47] 判断DATA单元的数据是否为0。
MOV AX,DATA
OR AX，AX
JZ ZERO
……
ZERO: …….
例4：使某数的D1、D0位取反，其它位不变。
MOV AL，11H 0 0 0 1 0 0 0 1
XOR AL，03H ⊕ 0 0 0 0 0 0 1 1
= 0 0 0 1 0 0 1 0
AND与TEST指令的关系，
同SUB与CMP指令的关系一样
例7：检测AL中的最低位是否为1，若为1则转移。
MOV AL，data 0 1 0 0 0 0 0 1
TEST AL，01H ∧ 0 0 0 0 0 0 0 1
JNZ Next 0 0 0 0 0 0 0 1
Next: MOV BL，0
TEST 通常用于检测一些条件是否满足，但又不希望改变原来操作数的情况，该指令后通常带有条件转移指令。
移位指令：移位指令的第一个操作数是指定的被移位的操作数，可以是寄存器或存储单元；后一个操作数表示移位位数：
该操作数为1，表示移动一位
该操作数为CL，CL寄存器值表示移位位数（移位位数大于1只能CL表示）SAL SHL SAR SHR
循环移位指令类似移位指令，但要将从一端移出的位返回到另一端形成循环。分为:
ROL reg/mem,1/CL ;不带进位循环左移
ROR reg/mem,1/CL ;不带进位循环右移
RCL reg/mem,1/CL ;带进位循环左移
RCR reg/mem,1/CL ;带进位循环右移
循环移位指令按指令功能设置进位标志CF，但不影响SF、ZF、PF、AF标志，OF只当CNT=1时有效，移位后当最高有效位发生变化时(如1变0) OF=1, 否则 OF=0 。将中32位数值左移一位
shl ax,1
rcl dx,1
控制转移指令
JMP JZ JNZ
例判断是否为字母Y
寄存器AL中是字母Y（含大小写），则令AH＝0，否则令AH＝－1
cmp al,’y’；比较AL与小写字母y
je next ；相等，转移
cmp al,’Y’ ；不相等，
；继续比较AL与大写字母Y
je next ；相等，转移
mov ah,-1 ；不相等，令AH＝－1
jmp done ；无条件转移指令
next: mov ah,0 ；相等的处理：令AH＝0
done: ……
[例3-68 ] 在内存中有一个首地址为 ARRAY 的数据区存放了200 个 8 位有符号数，统计其中正数、负数、0 的个数，并分别将统计结果存入PLUS、MINUS和ZERO单元中。
XOR AL, AL
MOV PLUS,AL
MOV MINUS,AL
MOV ZERO,AL
LEA SI, ARRAY
MOV CX, 200
CLD
LLAB:LODSB
OR AL,AL
JS MLAB
JZ ZLAB
INC PLUS
JMP NEXT
MLAB: INC MINUS
JMP NEXT
ZLAB: INC ZERO
NEXT: DEC CX
JNZ LLAB
HLT
LOOP label ；循环指令
IRET
伪指令：DB ，DW，byte ptr
例2：操作数可以是字符串，例如
STR DB ‘HELLO’
汇编后的情况如图：
某数据段定义为
DATA SEGMENT
S1 DB 0,1,2,3,4,5
S2 DB ‘12345’
COUNT EQU $-S1
S3 DB COUNT DUP(2)
DATA ENDS
画出该数据段在存储器中的存储形式DOS系统功能调用介绍
(1) 从键盘输入一个字符(功能号=1) MOV AH,1
INT 21H
(1) 在显示器上显示一个字符(功能号=2)
MOV AH, 2
MOV DL, <要显示的字符>
INT 21H
例：在显示器上显示一个字符‘A’
MOV AH, 2
MOV DL, ’A’ ;或MOV DL, 41H
INT 21H
(2)显示字符串(功能号=9)
MOV AH, 9
LEA DX, <字符串>
INT 21H
注意：被显示的字符串必须以’$’结束。
分支程序设计
4-31 求符号字节数X的绝对值，X用补码表示DATA SEGMENT
X DB -50
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE,DS:DATA START:
MOV AX,DATA
MOV DS,AX
MOV AL,X；取X
TEST AL,80H；测试符号位
JZ DONE；若大于0，转done
NEG AL;若小于０，求补得到|x|
MOV X,AL;保存
DONE: MOV AH,4CH
INT 21H
CODE ENDS
END START
关于存储器:
扩展存储器所需存储芯片的数量计算：
若用一个容量为m K×n位的存储芯片构成容量为M K×N位（假设M＞m，N＞n，即需字位同时扩展）的存储器，则这个存储器所需要的存储芯片数为 (M／m)×(N／n)。
RAM芯片的容量:
为220×16b，问（1）该芯片地址线多少，（2）数据线多少
SRAM与CPU连接:
CPU数据总线不相同，连接不一样。
8086CPU的16数据总线，其高8位数据线D15-D8接存储器的奇地址体
低8位数据线D7-D0接存储器的偶地址体，
根据BHE(选择奇地址库)和A0(选择偶地址库)的不同状态组合决定对存储器做字操作还是字节操作
存储器与CPU地址总线的连接:
低位地址线直接和存储芯片的地址信号连接作为片内地址译码
高位地址线主要用来产生选片信号（称为片间地址译码），以决定每个存储芯片在整个存储单元中的地址范围，避免各芯片地址空间的重叠。
片选译码的几种方法：
①全译码：所有的地址线全用上，无地址重叠。
②部分译码：部分高位地址没有用，存在地址重叠。
（3）全译码
，每个存储单元的地址都是唯一的，不存在地址重复，但译码电路可能比较复杂、连线也较多
I/O端口与存储器统一编址概念
I/O端口独立编址概念
8086采用独立编址
I/O端口地址译码的一般原则：
把CPU用于I/O端口寻址的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：例6-1，某8088最小系统，I/O接口译码电路如图
A0-A9选择端口
CPU和外设间的数据传送方式
程序控制方式
中断控制方式
DMA方式
程序控制方式
无条件传送方式
查询传送方式
查询传送方式
CPU从接口中读取状态字
CPU检测状态字
传送数据
数据端口
状态端口
a) 查询式输入的算法：
（1）用指令检测 Ready：
IN AL ，三态缓冲器（或状态寄存器）的地址（2）若 Ready = 0，返回（1）
（3）若 Ready = 1，发出
IN AL ，输入接口数据寄存器的端口地址。
查询输入：
MOV BX,OFFSET STORE
IN_TEST: IN AL,状态口地址
TEST AL,80H
JZ IN_TEST
IN AL,数据口地址
MOV [BX],AL
INC BX
…
、
b) 查询式输出：
MOV BX,OFFSET STORE
OUT_TEST: IN AL ， 100;状态端口
TEST AL ， 80H
JNZ OUT_TEST
MOV AL,[BX]
OUT 101，AL ；数据端口
INC BX …
中断概念：
中断向量表是存放中断向量的一个特定的内存区域。
中断向量,就是中断服务子程序的入口地址。
中断向量表：中断服务程序的入口地址（首地址）
逻辑地址含有段地址CS 和偏移地址IP （共32位），其中低字是偏移地址、高字是段地址 8086微处理器从物理地址00000H 开始，依次安排各个中断向量，向量号也从0开始 256个中断占用1KB 区域，就形成中断向量表
8259：
完全嵌套方式（默认工作方式）：
查询式
输出的
接口电
路 接至D7
中断请求按优先级IR0~IR7处理，IR0优先级最高，IR7最低。当有中断发生时，如果有更高级的中断请求到来，会发生中断嵌套。
中断结束命令
（1）自动中断结束模式（AEOI）
自动结束方式
一进入中断就将ISR中对应的状态标志清除，因为ISR是优先仲裁的依据，所以这种方式只能用在不会出现嵌套的简单场合。
（2）非自动中断结束方式（EOI）
②一般结束方式：
当发出中断结束命令后，用结束指令把当前中断服务寄存器（ISR）中优先级最高的（正在处理的）IS位清除。（最常用）
8259初始化：
（2）ICW2（中断向量命令字）
向8259A写入ICW1命令字后，应立即向8259A送ICW2。
ICW2用于确定8259A每根IR线上的中断向量号；（其实确定的是IR0线上的中断向量
设置中断向量号
?命令字中，T7～T3为中断向量号的高5位，低3位设为0
?根据此命令， 8259A自动确定低3位：IR0为000、IR1为001、……、IR7为111
1）OCW1（中断屏蔽命令字）
屏蔽命令字
内容写入中断屏蔽寄存器IMR
Di＝Mi对应IRi，为1禁止IRi中断；
为0允许IRi中断。各位互相独立。
8255：
例：若要求8255A#1的各个端口处在如下的工作方式：端口A方式0输入 ,端口B方式1输出，端口C(上半部)PC7～PC4输出, 端口C(下半部)PC3～PC0输入
解：方式控制字=B或95H，
初始化程序：CWR EQU 0FBH；8255A#1控制字寄存器端口地址
MOV AL，B
OUT CWR，AL
例8-2 使端口C的PC7置1的控制字为00001111B，PC3置0控制字00000110。
8255控制口地址00EEH：
相应的汇编程序为：
MOV AL,0FH
MOV DX,00EEH
OUT DX,AL
MOV AL,06H
OUT DX,AL
注意使端口C按位置位或复位的控制字也是写入至控制字寄存器。
例题8-3
8255 工作于方式0，以查询的方式输出，与打印机连接如图所示
程序：
PP:MOV AL，81H；控制字A口输出,c高4位输出,低4位输入,方式0
OUT 0D6H，AL
MOV AL,0DH； 00001101B
OUT 0D6H,AL；PC6=1，发出STB高电平
MOV CX,100
LEA DI ,DATAPTR；DI指向首地址
LPST: IN AL,0D4H；读C口
AND AL,04H；查busy信号
JNZ LPST；如忙，等待
MOV AL,[DI]；不忙，取出一个字节数据OUT 0D0H,AL；；A口输出并锁存字符MOV AL,0CH ；0000 1100B
OUT 0D6H,AL；STB=0
INC AL；AL=0000 1101
OUT 0D6H,AL；STB=1
INC DI
LOOP LPST
…