微机原理速成

微机原理速成

课时1

基础概念

位：计算机最小表示单位，0,1

字节：一个8位二进制数叫1字节单位B

1B (Byte)=8位，

1KB=2 ¹⁰B，

1MB= 2¹⁰KB=2¹⁰×2¹⁰B

字：一个16位二进制数

字长“处理器二进制位数

机器数：计算机中数据，分为数值数据和非数值数据

真值：机器数代表真正的数值

数制码制转换

十进制整数——二进制
方法：除2取余
用2不断去除要转换的十进制数，直至商为0。每次的余数即为二进制位数。
先得到的是低位，后得到是高位

十进制小数-二进制

2不断去乘要转换的十进制数。每次得到积的整数部分为二进制位数。 先得到高位，后得到的是低位

例题

把十进制数137.875转化为二进制数

整数部分：除2

小数部分：乘2法

二进制--十六进制

十六进制--二进制

方法--四位一组，不足四位，用0补

将二进制数100000111.1101转换为十六进制数

10000111.1101)2=(1000 0111.1101)2=(87.D)16

同理：3位二进制数对应1位八进制

带符号的机器数表示方法：原码，补码，反码

1.原码

机器数原本是原本的编码，最高是符号位，0是正，1是负，后续是数值位
范围是-127~+127

八位二进制数

1000 0001 ：-1

反码：

• 正数：原码=反码=补码
• 负数：符号位不变，数值位求反
• 范围 ：-127~127

补码

• 正数：原码=反码=补码
• 负数：反码+1
• 范围 -128~127

补码计算

运算规则

• 符号位与数值位一起运算
• 符号位产生进位可以舍去

设字长是8位，X=+65 Y=+48 计算[ X+Y]补 [ X-Y]补

溢出判别

字长是n位符号数，能表示最大值 2ⁿ-1, 超过就是溢出

由于溢出只可能时出现在同号相加或异号相减运算，且采用补码减法可转变为加法，最直观，最易于理解的溢出判定方法，如果整数加正数，结果变为负数或负数加负数，结果是正数，就发生溢出

3）ASCⅡ码（记忆）
数字符0~9的ASCII码为30H~39H；
大写字母A~Z的ASCII码为41H~5AH

BCD码

1位十进制可采用4位二进制编码表示

压缩BCD码，一个字节表示两位十进制数，这是常用的BCD码

非压缩BCD码：一个字节表示一位十进制数，字节高4位总是0000，如16位非压缩BCD码是00000001 00000110

计算机常用的BCD码 是二进制编码的十进制数

微机组成

CPU，存储器，输入输出设备，接口电路和系统总线

总线：总线是CPU向存储器输入和输出接口，传送地址，数据和控制信息共用通路

数据总线：16 传输数据

地址总线 20 传送地址信息

控制总线16 传输控制信号

例：8086的数据线为 16 位，地址线为 20 位，I/O口使用 16 位地址线

课时2

8086:16位微处理器

8086与8088区别

• 8086BIU中的指令队列是6字节，外部数据线总线16位
• 8088BIU中指令队列是4字节，外部数据总线是8位

CPU 内部结构

CPU EU（执行部件） BIU（总线接口部件）

EU

• 负责指令的译码和执行
• 负责向总线接口部件BIU提供偏移地址
• 对通用寄存器和标志寄存器进行管理

EU组成

• 算数逻辑部件ALU
• 标志寄存器FR
• 通用寄存器
  • 16位数据AX,BX,CX
  • 16位指针寄存器 SP,BP
  • 16位变址寄存器DI,SI
• 暂存寄存器
• EU控制电路

BIU

• 负责CPU与内存IO端口传送指令或数据
• BIU从内存取指令送到指令队列缓冲器
• EU执行时，BIU配合EU从指令内存单元或IO端口中读取数据
• 或者把EU操作结果送到指定的内存单元或IO端口去

BIU组成

1. 段寄存器

   1. 代码段寄存器CS

   2. 堆栈段SS

   3. 数据存储段DS

   4. 附加段寄存器ES

2. 指令指针寄存器IP

3. 地址加法器

4. 指令预期队列

5. 总线控制逻辑

6. 

数据寄存器

AX -AH(高字节) AL（低字节）累加器

BX BH BL 基数寄存器

CX CH CL 计数寄存器

DX DH DL 数据寄存器

地址指针寄存器

• 用来存取于当前的地址段中数据
• SP 堆栈指针寄存器，给出栈顶的偏移地址
• BP 基址指针寄存器：存放于堆栈段中的一个数据区基址偏移地址

变址寄存器

存放当前数据段的偏移地址

SI 源变址寄存器

DI 目的变址寄存器

指令指针寄存器 IP

存放BIU 要取的下一条指令偏移地址

下一条指令的物理地址 CSX16+IP

标志寄存器

状态标志

进位标志CF：最高进位产生进位/借位CF=1

奇偶标志PF：预算结果低8位1的个数是偶数 PF=1

辅助进位标志AF 低4位向高4位有进位 AF=1

零标志ZF 运算结果是0 ZF=1

符号标志SF：最高位式1，表示结果是负数，SF是1

溢出标志OF 运算过程中发生溢出 OF=1

控制标志

中断允许标志IF

IF=1，则CPU 可以接收可以屏蔽的中断请求

方向标志DF：

DF=1 地址自动递减

DF=0 地址自动递增

跟踪陷阱标志TF

为调试程序方便

TF=1则处于单步工作方式

TF=0 为正常执行程序

段寄存器

代码段CS:用来存放当前正在运行的程序，不做目的操作数

数据段DS：存放当前运行程序所用的数据

堆栈段SS：堆栈作用是保护数据

附加数据段ES：辅助的是数据区

为什么要分段

8086/8088有20位地址线，能够寻址1 MB的内存空间，但寄存器是16位，只 能寻址64KB存储空间，所以要分段，把1MB的存储空间分成若干逻辑段，每 个逻辑段最大具有64 KB的存储空间

分段概念：把1MB存储空间分为若干逻辑段，每个逻辑段最大具有64KB存储空间

存储器分段和地址空间

物理地址形成

物理地址：实际地址，一个存储单元物理地址是唯一的，而逻辑地址是不唯一的

段基址：段首址最高16位，段基址存放在段寄存器DS,ES,SS,CS

偏移地址：段内存储单元距离段首地址偏移量，也有有效地址EA，存放在IP

BP,SI,DI,BX,偏移地址范围：0000H~FFFFH

逻辑地址：通常用段基址，偏移地址形式来描述，程序中使用，如0000H:0001H

物理地址 = 段基址x16 +偏移量

常用：CS:IP ,SS:SP

计算物理地址

堆栈

先进后出，后进先出原则管理存储区域，SS给出堆栈段段基址，SP存放栈顶地址，指出从栈顶到段首址的偏移量

引脚

MN/MX :最小/大模式设定输入

MN/MX=1 工作方式设置是最小模式。在此方式下，系统全部控制信号由8086本身提供

MNMX=0 工作方式设置为最大模式，会外接其他CPU扩展

ALE地址锁存允许信号，输出，正脉冲。在任何一个总线周期的T1状态

ALE输出有效电平，以表示当前总线上输出的是地址信息，要求进行地址锁存。

RESET复位信号，输入高电平有效

RD:读信号

WR:写信号

NMI非屏蔽中断请求信号：上升沿有效，此请求不受IF影响，只要此信号出现，CPU就在现行指令结束后响应中断

INTR可屏蔽中断请求信号：高电平有效，INTR=1，表示外设提出了中断请求，8086/8088在每个指令周期最后一个T状态去采样此信号

若IF=1，若CPU响应中断，转去执行中断服务程序

INTA中断响应信号：输出，低电平有效。用于对外设中断请求做出响应，连续周期中两个负脉冲，第一个脉冲是通知外设接口，它的中断请求已获取允许，外设接口收到2个负脉冲，往数据总线上放中断类型码。

BHE/S7：高8位数据总线允许/状态复用引脚，在T1状态：输出，若果为0，表示高8位数据线D15~D8上数据有效

DEN：数据允许信号，输出，低电平有效，提供给数据总线收发器8286，表示CPU准备发送或接收一个数据，常作为数据总线驱动器三态控制信号

M/IO：存储器/外设信号，输出1-访问存储器，0-访问外设

DT/R：数据收发控制信号，输出三态，用来控制数据传送方向，1-发送数据，0-接收数据

AD15～AD0：地址/数据复用引脚。在总线周期的T1状态用来输出要访问的 存储器或I/O端口地址，在T2~T4状态，作为数据传输线。

A19/S6～A16/S3：地址/状态复用引脚。在T1状态：输出高4位地址，在T2～ T4状态：输出状态信息。访问存储器时：A19～A16与AD15 ～AD0组成20位地址； 访问I/O端口时：不使用这4条引线

READY：“准备好”信号，由所寻址的存储器或I/O端口发来的响应信号， 表明存储器或I/O端口的状态。CPU在T3采样READY，若READY=0，则在T3后插 入一个或多个TW，直至READY=1，进入T4，完成数据传送，从而结束当前总线 周期。

HOLD：总线保持请求信号，输入，高电平有效

HLDA：总线保持响应信号，输出，高电平高

奇区和偶区

8086和1MB存储空间实际上分为两个512KB的存储体，分别叫奇存储体，和偶存储体

偶存储体育数据总线D7-D0相连，该存储体中每个地址均为偶数地址

奇存储体育数据总线D15-D8，该存储体中每个地址均为奇数地址

时序与总线操作

指令周期：执行一条指令所需要的时间，不同指令的指令周期在时间上是不相等的

总线周期：CPU访问一次存储器或IO接口所需要的时间，一个指令周期由一个或几个总线周期组成，在8086中最基本的总线周期由4个时钟周期组成，分别是T1,T2,T3,T4

时钟周期，执行指令所有操作是在时钟脉冲下控制下一步一步进行的，时钟周期是CPU基本时间计量单位，时钟周期主频决定，计算公式T=1/f

等待状态TW：当被写入数据或读取数据存储器的外设速度跟不上CPU的要求时，就会存储器外设通过REDAY信号线在T3状态启动之前向CPU发一个READY无效信息，表示数据未就绪，于是CPU将T3之后插入一个或多个附加的时钟周期TW，当存储器外设完成数据读/写时，便在READY线上发出有效的信号，CPU接到此信号，会自动脱离Tw进入T4状态

空闲状态T：总线周期只用于CPU和存储器或I/O端口之间传送数据和供填充指令 队列，如果在1个总线周期之后，不立即执行下1个总线周期，那么，系统总线就处 于空闲状态，即执行空闲周期TI。在空闲周期中，可以包含1个时钟周期或多个时 钟周期

复位和启动

RESET引脚至少维持4个时钟周期的高电平信号时，8086/8088复位。如果 是初次加电引起的复位，则要求维持不小于50μs的高电平。

8086/8088复位后将从内存的FFFF0H处开始执行指令。因此，一般在该处 放一条无条件转移指令，转移到系统程序的入口处。这样系统一旦被启动， 便自动进入系统程序

时序和总线操作

M/IO信号有效，指出读
内存还是I/O，信号持续
整个总线周期；
地址输出：分高4位和低
16位，信号只持续一个
T1时间；
ALE输出地址锁存信号，
利用下降沿锁存；
BHE与A0组合决定奇、
偶地址库寻址；
DT/R变低，控制数据收
发器为接收状态

T2状态：
Ø高位地址线输出状态信息
S6～S3，BHE变为状态
信息S7，且一直持续到
T4为止；
Ø低位地址信号消失，
AD15~AD0进入高阻状
态，为读入数据做准备；
ØDEN信号有效，开放数据
总线收发器；
ØRD信号有效，控制选中
的存储器或I/O端口打开
数据缓冲器，以便将数据
送上数据总线。

T3状态：
若存储器或外设速度足
够快则数据出现在数据
总线上，并由CPU进行
读取。
Tw状态：
当存储器或外设速度较
慢时则利用READY信
号与CPU联络；
CPU在T3前沿（下降沿）
采样READY，
若READY信号为低电
平，在T3之后插入一个
或几个Tw，并在每个
Tw的前下降沿采样，
直到READY信号变为
高电平。

T4状态：
Ø在T4状态和前一个状态（T3
或Tw）交界的下降沿处，CPU
读取数据总线上的数据；
Ø读信号RD变为无效；
Ø关闭数据收发器；
Ø撤销其他控制信号 。

T1状态：
ØM/IO信号有效，指出读内存
还是I/O，信号持续整个总线周
期；
Ø地址输出：分高4位和低16位，
信号只持续一个T1时间；
ØALE输出地址锁存信号，利用
下降沿锁存；
ØBHE与A0组合决定奇、偶地
址库寻址；
ØDT/R变高，控制数据收发器
为发送状态。

T2状态：
Ø高位地址线输出状态信息
S6～S3，BHE变为状态
信息S7，且一直持续到
T4为止；
Ø低位地址信号消失，
AD15~AD0进入高阻状
态，立即将数据输出到
AD15-AD0 ；
ØDEN信号有效，开放数据
总线收发器；
ØWR信号有效，控制选中
的存储器或I/O端口打开
数据缓冲器

T3状态：
Ø若存储器或外设速度足
够快则数据存入存储器
或I/O端口的制定单元，
直接进入T4。
Tw状态：
Ø当存储器或外设速度较
慢时则利用READY信
号与CPU联络；
ØCPU在T3前沿（下降沿）
采样READY，
Ø若READY信号为低电
平，在T3之后插入一个
或几个Tw，并在每个
Tw的前下降沿采样，
直到READY信号变为
高电平

T4状态：
Ø撤销数据总线上的
输出数据；
Ø写信号WR变为无
效；
Ø关闭数据收发器；
Ø撤销其他控制信号

课时三

指令格式

操作数/目的操作数，源操作数

寻址方式

立即数寻址-直接给出操作数

MOV CX ,2A50H

寻址方式

寄存器寻址-操作数是内部寄存器

MOV DX,AX

AX内容送到DX中

存储器寻址

直接寻址，操作数给出有效地址（偏移地址）

MOV AL,[2000H]

设DS=3000H;[32000H] = 1234H

由指令得 EA=2000H

物理地址=16x3000H+2000H = 32000H

指令执行后AL=34H

如AX替代AL，则AX=1234H

AH替代AL，AH=12H

寄存器间接寻址：有效地址=DS*16+BX/SI/DI

例如MOV AX,BX=1064H

[21064H] = 2010H

物理地址=DS*16+BX = 21064H

寄存器相对寻址：有效地址是寄存器内容+位移

操作数物理地址 = 16xDS +BX/SI/DI +位移

或 16xSS+BP +位移

基址加变址寻址方式：有效地址是基址寄存器和变址寄存器内容之和

操作数的物理地址=16×DS ＋ BX（基址寄存器） ＋ SI/DI（变址寄存器） 或=16×SS ＋ BP ＋ SI/DI

语法规则

源操作数与目的操作数要一致

且类型要明确

数据传送指令

MOV 目的，源 功能：将源操作数的内容传送到目的操作数

• PUSH 源
功能：将源操作数压入堆栈
过程： SP新←SP原-2，再入栈
• POP 目的
功能：将堆栈中数据弹出至目的操作数
过程：出栈， SP新←SP原+ 2；
• XCHG 目的, 源
功能：源操作数、目的操作数交换数据

XLAT 转换表 或：XLAT
功能：使累加器（AL）中的一个值变换为内存表格中的一个值，一般用来实现代码转换，即查表功能

IN AX/AL IO地址
IO端口数据传输到AX,AL
OUT IO地址 AX/AL
AX AL数据传输到IO端口
LEA 目的操作数。源操作数
功能：取源操作数地址偏移量，送到目的操作数
LDS 目的操作数。源操作数
功能：从源操作数指定的存储单元中取出地址指针。低地址两个字节送入目的操作数。高地址两个字节送入DS寄存器

串操作指令

源串存放在数据段DS，用SI提供源串的偏移地址，DS:SI 是寻址源串

目的串存放在附加段ES：用DI提供目的偏移地址ES:DI是寻址目的串

当方向标志DF=0,地址提供SI，DI自动加1或2

当方向标志是DF=1，地址指针SI,DI自动减1或2

重复前缀

串操作指令前不加重复前缀，串操作只执行一次

重复执行串操作，可用CX存放重复次数，每重复执行一次，CX内容减1，当CX内容减为0时，串操作

REP-无条件重复前缀

执行步骤如下

先判断CX内容，CX=0，串操作停止，否则执行第2步

(CX)-1---CX

执行其后串操作指令，转到第一步

REPE/REPZ——相等/为零重复前缀

执行步骤如下：
①先判断 (CX)=0或ZF=0，则串操作停止，否则执行第②步；
②(CX)-1→CX ；
④执行其后的串操作指令，转第①步。

REPNE/REPNZ——不相等/不为零重复前缀

执行步骤如下：
①先判断CX的内容，如(CX)=0或ZF=1，则串操作停止，否则执行第②步；
②(CX)-1→CX ；
③执行其后的串操作指令，转第①步。

1)数据字节串/字串传送指令
MOVSB/MOVSW
功能：[DS:SI]→[ES:DI]，且相应修改地址指针，使其指向下一个字节(字)

2)数据字节串/字串比较指令
CMPSB/CMPSW
功能：[DS:SI]—[ES:DI]，不回送结果，只根据结果影响标志位，并相应修改地址指针，
使其指向下一个字节(字)。

3)数据字节串/字串检索指令 SCASB/SCASW

功能：将[AL]/[AX]—[ES:DI]，不回送结果，只根据结果影响标志位，并相应修改地 址指针，使其指向下一个字节(字)。

4)数据字节串/字串读出指令
格式：LODSB/LODSW
功能：[DS:SI]→[AL]/[AX]中，并相应修改地址指针，使其指向下一个字节(字)。
3.8 串操作指令
5)数据字节串/字串写入指令
格式：STOSB/STOSW
功能：[AL]/[AX]→[ES:DI]，并相应修改地址指针，使其指向下一个字节(字)

控制转移指令

修改IP,CS

无条件转移JMP

段内直接转移JMP 目标标号

段内直接短转移JMP SHORT 目标标号

段内间接转移 JMP WORD PTR OPD

段间直接转移 JMP FAR PTR 目标标号

段间间接转移 JMP DWORD PTR OPD

条件转移

无符号数比较大小

有符号数比较大小

循环控制指令

LOOP标号

功能：每执行一次LOOP指令，CX的内容减１，若(CX)≠0，则循环转移到标号所 指定的目标地址去重复执行程序，直到(CX)=0，退出循环，接着执行LOOP指令 的下一条指令

MOV CX，0100H；设置循环次数
DELAY：LOOP DELAY

控制转移指令

相等/为零计数循环指令

格式：LOOPE/LOOPZ

功能：每执行一次循环指令，CX内容减1，若若(CX)≠0且ZF=1，则循环转移到标号所指定的目标地址去重复执行程序，否则执行循环指令的下一条指令

不相等/不为零计数循环指令

格式：LOOPNE/LOOPNZ 标号

功能：每执行一次循环指令，CX的内容减１，若(CX)≠0且ZF=0，则循环转移到标号 所指定的目标地址去重复执行程序，否则执行循环指令的下一条指令

调用指令 CALL标号

返回指令RET

软中断指令

格式：INT n

功能：n为中断类型码，可以取0~0FFH之间的256个值。每个中断类型码在中断矢 量表中占4个字节，前两个字节用来存放中断服务程序入口地址的偏移地址，后 两个字节用来存放段基址。

CPU执行INT指令时，首先将标志寄存器FR 入栈，接着清除IF、TF，然后将当前 程序断点的段基址和偏移地址入栈保护，最后将中断矢量表中与中断类型码对应 的4个字节内容先后送入IP、CS，这样CPU转去执行中断服务程序

中断返回指令

IRET

功能放在中断服务程序的出口，由它从堆栈中弹出程序断点分别送IP、CS， 并弹出一个字送标志寄存器FR，以退出中断，返回到断点处执行后续程序。 中断服务程序的最后一条指令必须是IRET。

标志位操作指令

进位位清0指令：CLC
进位位求反指令：CMC
进位位置1指令：STC
关中断指令：CLI；置IF=0，禁止外部可屏蔽中断。
开中断指令：STI；置IF=1，允许外部可屏蔽中断。
方向标志清0指令：CLD
方向标志置1指令：STD