微处理器原理与接口技术（第1-8章）复习资料

1、微处理器原理与接口技术微处理器原理与接口技术（第（第1-8章）章）计算机的基本结构框图（1）运算器：是计算机对各种数据进行运算，对各种信息进行加工、处理的部件，因此，它是数据运算、加工和处理的中心。（2）存储器：是计算机存放各种数据、信息和执行程序的部件。存储器又分主存储器（又称内存）和辅助存储器（又称外存）。（3）输入设备：它给计算机输入各种原始信息，包括数据、文字、声音、图像和程序，并将它们转换成计算机能识别的二进制代码存入存储器中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪，手写板及数码相机等。（4）输出设备：它将计算机中各种数据运算的结果，各种信息加工、处理的结果以人们可识别的信息形式输出。常

2、用的输出设备有显示器、打印机等。 输入、输出设备是人机交互的设备，统称为外部设备，简称外设。（5）控制器：是计算机对以上各部件进行控制、指挥，以实现计算机运行过程自动化的部件。因此，它是计算机发布操作命令的控制中心和指挥系统。 以上的五大基本组成是计算机的实体，统称为计算机硬件（Hardware）。其中运算器和控制器称为计算机系统的主机。而把包括解题步骤在内的各式各样的程序叫做计算机软件（Software）。第二章第二章 8086/80888086/8088微处理器结构及工作原理微处理器结构及工作原理 2.1 2.1 微处理器的主要性能指标微处理器的主要性能指标 2.2 8086/80882.

3、2 8086/8088的内部结构的内部结构 2.3 8086/80882.3 8086/8088的引脚功能与工作方式的引脚功能与工作方式 2.4 8086/80882.4 8086/8088的总线周期与工作时序的总线周期与工作时序 2.5 8086/80882.5 8086/8088的存储器和的存储器和I/OI/O端口组织端口组织 2.6 322.6 32位位80X8680X86微处理器微处理器 2.22.28086/80888086/8088微处理器的内部结构微处理器的内部结构一、一、8086/8088CPU8086/8088CPU的编程结构的编程结构 80868086功能：负责指令的执行，

4、进行功能：负责指令的执行，进行8 8位及位及1616位的各种运算。位的各种运算。组成：组成： 运算器运算器:ALU(:ALU(算术逻辑单元算术逻辑单元)+)+暂存器暂存器+ +标志寄存器标志寄存器(FLAG)(FLAG) 通用寄存器组通用寄存器组:AX,BX,CX,DX,BP,SP,SI,DI:AX,BX,CX,DX,BP,SP,SI,DI 控制器控制器: :核心为指令译码器核心为指令译码器1. 1. 执行部件（执行部件（EUEU）2. 2. 总线接口单元（总线接口单元（BIUBIU）功能：负责与存储器及功能：负责与存储器及I/OI/O接口之间的数据传送操作。接口之间的数据传送操作。 从程序存

5、储单元取指令送到指令队列，供从程序存储单元取指令送到指令队列，供EUEU执行执行; ; 从数据存储单元或从数据存储单元或I/OI/O端口取操作数端口取操作数; ; 将操作结果送到数据存储单元或将操作结果送到数据存储单元或I/OI/O端口。端口。组成：组成： 段寄存器（段寄存器（DSDS、CSCS、ESES、SSSS） 指令指针寄存器指令指针寄存器IPIP（指向下一条要执行指令）（指向下一条要执行指令） 20 20位地址加法器（逻辑地址位地址加法器（逻辑地址2020位物理地址）位物理地址） 6 6字节（字节（80888088为为4 4字节）指令队列缓冲器字节）指令队列缓冲器(FIFO(FIFO结

6、构结构) )3. BIU3. BIU与与EUEU的协调工作的协调工作 每当每当80868086的指令队列中有两个空字节，或的指令队列中有两个空字节，或80888088的指令队列的指令队列 中有一个空字节时，中有一个空字节时，BIUBIU就会自动就会自动进入总线周期，进入总线周期，把指令取把指令取 到指令队列中。取指的顺序是按指令在程序存储单元中的到指令队列中。取指的顺序是按指令在程序存储单元中的 存储顺序。存储顺序。图8086/8088CPU的寄存器结构 二、二、 8086/8088CPU8086/8088CPU内部寄存器内部寄存器AX，BX，CX，DX，CS，DS，SS，ES，BP，SP，S

7、I，DI，IP，FLAG共14个。1.1.数据寄存器数据寄存器四个四个1616位数据寄存器（位数据寄存器（AXAX、BXBX、CXCX、DXDX），可以存放），可以存放1616位位的操作数，也可拆成的操作数，也可拆成8 8个个8 8位的寄存器（位的寄存器（AHAH、ALAL；BHBH、BLBL；CHCH、CLCL；DHDH、DLDL）来使用。其中）来使用。其中AXAX称为累加器，称为累加器，BXBX称为基称为基址寄存器，址寄存器，CXCX称为计数寄存器，称为计数寄存器，DXDX称为数据寄存器。称为数据寄存器。2.2.指针寄存器指针寄存器两个两个1616位的指针寄存器位的指针寄存器SPSP和和B

8、PBP，其中，其中SPSP是堆栈指针寄存是堆栈指针寄存器，由它和堆栈段寄存器器，由它和堆栈段寄存器SSSS一起来确定堆栈在内存中的一起来确定堆栈在内存中的位置；位置； BPBP是基址指针寄存器，通常用于存放基地址。是基址指针寄存器，通常用于存放基地址。3.3.变址寄存器变址寄存器两个两个1616位的变址寄存器位的变址寄存器SISI和和DIDI，其中，其中SISI是源变址寄存器，是源变址寄存器，DIDI是目的变址寄存器，都用于指令的变址寻址方式。是目的变址寄存器，都用于指令的变址寻址方式。4.4.段寄存器段寄存器四个四个1616位段寄存器，即代码段寄存器位段寄存器，即代码段寄存器CSCS、数据段

9、寄存器、数据段寄存器DSDS、堆、堆栈段寄存器栈段寄存器SSSS和附加段寄存器和附加段寄存器ESES。这些段寄存器的内容与有效。这些段寄存器的内容与有效的地址偏移量一起，可确定内存的物理地址。通常的地址偏移量一起，可确定内存的物理地址。通常CSCS控制程序控制程序区，区，DSDS和和ESES控制数据区，控制数据区，SSSS控制堆栈区。控制堆栈区。5.5.指令指针寄存器指令指针寄存器IPIPIPIP和和CSCS一起可以确定下一条指令的内存地址。顺序执行程序一起可以确定下一条指令的内存地址。顺序执行程序时，时，CPUCPU每取一个指令字节，每取一个指令字节，IPIP自动加自动加1 1，指向下一个要

10、读，指向下一个要读取的字节；当取的字节；当IPIP单独改变时，会发生段内的程序转移；当单独改变时，会发生段内的程序转移；当CSCS和和IPIP同时改变时，会产生段间的程序转移。同时改变时，会产生段间的程序转移。6.6.处理器状态字处理器状态字FLAGFLAG（FLAGFLAG）FLAGFLAG标志寄存器的内容，又称为处理器状态字标志寄存器的内容，又称为处理器状态字PSWPSW。其中共有。其中共有9 9个标志位，可分成两类：个标志位，可分成两类：一类为状态标志，一类为控制标志一类为状态标志，一类为控制标志。其中状态标志表示前一步操作（如加、减等）执行以后，其中状态标志表示前一步操作（如加、减等）

11、执行以后，ALUALU所处的状态，后续操作可以根据这些状态标志进行判断，实现所处的状态，后续操作可以根据这些状态标志进行判断，实现转移；控制标志则可以通过指令人为设置，用以对某一种特定转移；控制标志则可以通过指令人为设置，用以对某一种特定的功能起控制作用（如中断屏蔽等），反映了人们对微机系统的功能起控制作用（如中断屏蔽等），反映了人们对微机系统工作方式的可控制性。工作方式的可控制性。一、一、8086/8088CPU8086/8088CPU的两种工作模式的两种工作模式为了适应各种应用场合，在设计为了适应各种应用场合，在设计8086/8088CPU8086/8088CPU芯片时，就考虑芯片时，就考

12、虑了其可工作在两种模式下，即最小模式与最大模式。了其可工作在两种模式下，即最小模式与最大模式。最小模式：最小模式：系统中只有一个系统中只有一个8086/80888086/8088微处理器，所有的总线微处理器，所有的总线控制信号都由控制信号都由8086/80888086/8088直接产生，系统中的总线控制逻辑电直接产生，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少，最小模式适用于规模较小的微机应用系统。路被减到最少，最小模式适用于规模较小的微机应用系统。最大模式：最大模式：系统中至少包含两个微处理器，系统中至少包含两个微处理器， 8086/80888086/8088为主处为主处理器，其它的为协处理器，协助

13、主处理器工作。而总线控制信理器，其它的为协处理器，协助主处理器工作。而总线控制信号由号由82888288总线控制器产生。最大模式用在中、大规模的微机应总线控制器产生。最大模式用在中、大规模的微机应用系统中。用系统中。2.3 8086/80882.3 8086/8088微处理器工作模式及外部结构微处理器工作模式及外部结构最小模式下的系统结构图最小模式下的系统结构图最大模式下的系统结构图最大模式下的系统结构图2.4 8086/80882.4 8086/8088的总线周期与工作时序的总线周期与工作时序 一、一、 8086/8088CPU8086/8088CPU的时钟的时钟占空比为占空比为1/31/3

14、的矩形波，由的矩形波，由82848284时钟发生器产生。时钟发生器产生。二、二、 8086/8088CPU8086/8088CPU的总线周期的总线周期概念：概念：BIUBIU通过总线访问一次（读写一次数据或读取一次指令）通过总线访问一次（读写一次数据或读取一次指令） 存储器或存储器或I/OI/O接口所花的时间。接口所花的时间。 1 1个总线周期个总线周期=4=4个个T T状态状态 + + 若干个可选的若干个可选的TwTw状态状态最小模式下的总线写操作时序最小模式下的总线写操作时序指令与总线操作指令与总线操作注：注：. 8086/8088. 8086/8088采用小端字节序（采用小端字节序（li

15、ttle endianlittle endian），），. . 字型数据低字节所在的低地址单元为偶数时，称为字型数据低字节所在的低地址单元为偶数时，称为规则字规则字（如本例），（如本例）， 否则称为否则称为非规则字非规则字。. 8086. 8086应用系统中，应用系统中，ABh179BBh179B9h对于对于80868086应用系统：应用系统：. BHE. BHE与与A0A0的的0000、0101、1010组合分别对应一个总线周期内对偶地址的组合分别对应一个总线周期内对偶地址的1616位读写位读写 （如本例）、对奇地址的（如本例）、对奇地址的8 8位读写、对偶地址的位读写、对偶地址的8 8位读

16、写。位读写。. . 规则字的读写只需一个总线周期，规则字的读写只需一个总线周期，非规则字的读写需要两个总线周期非规则字的读写需要两个总线周期。CDh179BAh179B8hA0=0A0=0BHE=0BHE=0D0D0D7D7D8D8D15D15D0D0D15D15A1A1A19A19A1A1A19A19A0A0A19A19MEMWMEMW偶地址偶地址单元单元奇地址奇地址单元单元图中图中步步的操作分别对的操作分别对应一个总线周应一个总线周期中的期中的T1T1T4T4时钟周期。时钟周期。MOV AX,1234hMOV DS,AX MOV BX,0ABCDhMOV 5678h,BX1. 1. 存储容

17、量存储容量8086/80888086/8088有有2020根地址线，可以直接寻址的存储器单元数为根地址线，可以直接寻址的存储器单元数为1MB1MB。2. 2. 物理地址物理地址8086/80888086/8088可直接寻址可直接寻址1MB1MB的存储空间，其地址区域为的存储空间，其地址区域为00000H 00000H FFFFFHFFFFFH，访问每个存储单元所需的，访问每个存储单元所需的2020位地址，称为存储单元位地址，称为存储单元的的物理地址物理地址，也称实际地址。，也称实际地址。2.5 8086/80882.5 8086/8088的存储器和的存储器和I/OI/O端口组织端口组织一、存储

18、器组织一、存储器组织3. 3. 存储器的分段及逻辑地址存储器的分段及逻辑地址由于由于CPUCPU内部的寄存器都是内部的寄存器都是1616位的，为了能够提供位的，为了能够提供2020位的位的物理地址，系统中采用了存储器分段的方法。物理地址，系统中采用了存储器分段的方法。1MB1MB存储器存储器空间逻辑上可划分为空间逻辑上可划分为64K64K个段，两个相邻段的首地址相差个段，两个相邻段的首地址相差1616个字节，每个段最大存储量个字节，每个段最大存储量64KB64KB。由。由CSCS、DSDS、SSSS、ESES段寄存器来指定存储单元所处的段，段寄存器来指定存储单元所处的段， 由由IPIP、SPS

19、P、 BXBX、BPBP、SISI、DIDI等地址指针寄存器指定或由指令直接给出等地址指针寄存器指定或由指令直接给出存储单元相对于所处段起始地址的存储单元相对于所处段起始地址的1616位段内偏移量（也位段内偏移量（也称偏移地址或称偏移地址或有效地址有效地址）。）。以段值以段值: :段内偏移量形式表示的地址称为段内偏移量形式表示的地址称为逻辑地址逻辑地址。（段地址（段地址: :偏移地址）偏移地址）存储器的每个段的容量为存储器的每个段的容量为64KB64KB，并允许在整个存储空间内浮动，并允许在整个存储空间内浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、连续排列，非常灵活。即段与段之间可以部分重叠、完

20、全重叠、连续排列，非常灵活。4.4.物理地址的形成物理地址的形成 物理地址物理地址= =段值段值16+16+偏移地址偏移地址例如：逻辑地址例如：逻辑地址1234H:0005H1234H:0005H对应的物理地址为对应的物理地址为12345H12345H。注意：注意：. . 物理地址与逻辑地址并不是一一对应的；物理地址与逻辑地址并不是一一对应的；. . 段寄存器与偏移地址寄存器的搭配段寄存器与偏移地址寄存器的搭配6.6.系统专用存储空间系统专用存储空间. .中断矢量区：中断矢量区：00000H00000H003FFH003FFH共共1K1K字节，用以存放字节，用以存放256256种中断类种中断类

21、 型的中断向量，每个中断向量占用型的中断向量，每个中断向量占用4 4个字节，共个字节，共2562564=1024=1K4=1024=1K. .显示缓冲区：显示缓冲区：B0000HB0000HB0F9FHB0F9FH约约4K4K字节，是单色显示器的显示缓字节，是单色显示器的显示缓 冲区，存放文本方式下，所显示字符的冲区，存放文本方式下，所显示字符的ASCIIASCII码及属性码；码及属性码； B8000HB8000HBBF3FHBBF3FH约约16K16K字节，是彩色显示器的显示缓冲区，存放字节，是彩色显示器的显示缓冲区，存放 图形方式下，屏幕显示象素的代码。图形方式下，屏幕显示象素的代码。.

22、.启动区：启动区：FFFF0HFFFF0HFFFFFHFFFFFH共共1616个单元，用以存放一条无条件转移个单元，用以存放一条无条件转移 指令的代码，转移到系统的初始化部分。指令的代码，转移到系统的初始化部分。7. 7. 堆栈堆栈(1) (1) 堆栈的概念堆栈的概念 堆栈是在存储器中开辟的一个临时存储区，这个存储区的一端堆栈是在存储器中开辟的一个临时存储区，这个存储区的一端固定（称为栈底），另一端活动（称为栈顶），且只允许数据固定（称为栈底），另一端活动（称为栈顶），且只允许数据从活动端（栈顶）进出。采用从活动端（栈顶）进出。采用“后进先出后进先出”的规则的规则 。(2) (2) 堆栈的组织

23、堆栈的组织堆栈指针堆栈指针SPSP总是指向堆栈的栈顶。总是指向堆栈的栈顶。8086/80888086/8088堆栈的生长方向堆栈的生长方向是是从大地址向小地址从大地址向小地址，每次，每次入栈操作入栈操作SPSP递减递减2B2B（因（因8086/80888086/8088只支持对字型数据的堆栈操作）只支持对字型数据的堆栈操作） 。 (3) (3) 堆栈的功能及工作过程堆栈的功能及工作过程功能：保存断点地址和重要数据。功能：保存断点地址和重要数据。入栈操作：以入栈操作：以PUSH AXPUSH AX为例为例 SP SP SP-2 SP-2 （SP+1SP+1）高字节高字节AHAH （SPSP） 低

24、字节低字节AL AL 出栈操作：以出栈操作：以POP BXPOP BX为例为例 低字节单元低字节单元BLBL（SPSP） 高字节单元高字节单元BHBH（SP+1SP+1） SP SP SP+2 SP+2SPSP12h34hAHAL低地址低地址高地址高地址SSSS段段PUSH AXPUSH AX34h12hSPSP12h34hAHALSSSS段段POP BXPOP BX34h12hSPSP12h34hBHBLSSSS段段二、二、I/O端口组织端口组织I/O端口的地址编排方式：端口的地址编排方式： 与存储器统一编址与存储器统一编址 独立编址独立编址80X86采用独立编址方式采用独立编址方式。I/O

25、端口有独立的端口有独立的64K字节或字节或32K字。采用专用的字。采用专用的IN/OUT指令来访问端口。指令来访问端口。本章小结本章小结2.1 2.1 微处理器的主要性能指标微处理器的主要性能指标 2.2 8086/80882.2 8086/8088的内部结构的内部结构(EU+BIU,14(EU+BIU,14个个REG,FLAGREG,FLAG各位功能各位功能) ) 2.3 8086/80882.3 8086/8088的引脚功能与工作方式的引脚功能与工作方式( (最小最小/ /最大最大, ,引脚分时复用引脚分时复用, ,系统结构）系统结构） 2.4 8086/80882.4 8086/8088

26、的总线周期与工作时序（概念，的总线周期与工作时序（概念，4 4个个T T状态，状态，TwTw，了解时序），了解时序） 2.5 8086/80882.5 8086/8088的存储器和的存储器和I/OI/O端口组织（分段结构，逻辑地址端口组织（分段结构，逻辑地址-物理地址）物理地址）2.6 322.6 32位位80X8680X86微处理器（不要求）微处理器（不要求） 第三章第三章 8086/80888086/8088的指令系统的指令系统 3.1 8086/80883.1 8086/8088的指令格式与寻址方式的指令格式与寻址方式 3.2 8086/80883.2 8086/8088指令系统详解指令

27、系统详解3.1 8086/80883.1 8086/8088的指令格式与寻址方式的指令格式与寻址方式 一、一、8086/80888086/8088指令的基本格式指令的基本格式 操作码操作码操作数操作数（指令长度为（指令长度为16B,其中操作码其中操作码12B）如：如：B83412hB83412h（其功能是将数据（其功能是将数据1234h1234h赋值给赋值给AXAX寄存器）寄存器）机器指令机器指令如：如：B83412hB83412h的助记符指令形式为的助记符指令形式为 MOV AX MOV AX ， 1234h1234h助记符指令（便于理解和记忆）助记符指令（便于理解和记忆）助记符助记符 操作

28、数操作数，操作数，操作数（可借助汇编或解释程序将助记符指令转换为机器指令）（可借助汇编或解释程序将助记符指令转换为机器指令）助记符助记符 目的操作数目的操作数源操作数源操作数指令中的操作数可能是：指令中的操作数可能是：n 立即数：指令中出现的常量型操作数，与操作码共同存放在代码段。立即数：指令中出现的常量型操作数，与操作码共同存放在代码段。n 寄存器操作数：存放在通用寄存器或段寄存器中。寄存器操作数：存放在通用寄存器或段寄存器中。n 存储器操作数：存放在存储器某一个单元或连续多个单元。存储器操作数：存放在存储器某一个单元或连续多个单元。n I/OI/O端口操作数：来源于或要传送到某端口操作数：

29、来源于或要传送到某I/OI/O端口。端口。二、二、8086/80888086/8088指令的寻址方式指令的寻址方式隐含寻址隐含寻址I/OI/O寻址寻址立即寻址立即寻址寄存器寻址寄存器寻址存储器寻址存储器寻址直接寻址直接寻址间接寻址间接寻址相对寻址相对寻址基址变址寻址基址变址寻址相对基址变址寻址相对基址变址寻址8086/8088寻址方式寻址方式（固定寻址）（固定寻址）寻址方式：指令中操作数所在地址的表示方式。寻址方式：指令中操作数所在地址的表示方式。. . 一般讨论寻址方式时多指源操作数的寻址方式。一般讨论寻址方式时多指源操作数的寻址方式。. . 在转移控制类指令中，寻址方式指的是转移地址的表示

30、方式在转移控制类指令中，寻址方式指的是转移地址的表示方式。1. 1. 隐含寻址（固定寻址）隐含寻址（固定寻址）：操作数在默认的寄存器中：操作数在默认的寄存器中指令中未出现操作数，实际上总是对特定寄存器进行操作。指令中未出现操作数，实际上总是对特定寄存器进行操作。例如：例如：DAA 指令总是对指令总是对AL中的数进行加中的数进行加6调整。调整。2. I/O2. I/O寻址寻址：操作数在：操作数在I/OI/O端口中端口中IN/OUTIN/OUT指令（对指令（对I/OI/O端口进行读端口进行读/ /写操作）采用写操作）采用I/OI/O寻址方式。寻址方式。指令中给出了要进行输入指令中给出了要进行输入/

31、 /输出操作的输出操作的I/OI/O端口地址。端口地址。8 8位端口地址可直接给出，也可用位端口地址可直接给出，也可用DXDX存放；存放；1616位端口地址必须用位端口地址必须用DXDX存放。存放。例例1 1：IN ALIN AL，50H ; 50H ; 将将50H50H端口的数据读入端口的数据读入ALAL。例例2 2：MOV AXMOV AX，1234H1234H MOV DX MOV DX，5678H5678H OUT DX, AX ; OUT DX, AX ; 将将AXAX中的数据中的数据1234H1234H输出到输出到 ; 5678H; 5678H端口和端口和5679H5679H端口。

32、端口。3. 3. 立即寻址立即寻址：操作数在存储器代码段：操作数在存储器代码段操作数本身直接出现在指令中（操作数本身直接出现在指令中（立即数立即数）。）。例例1 1：MOV CXMOV CX，1234H ; 1234H ; 将将1616位立即数位立即数1234H1234H存入存入CXCX例例2 2：MOV ALMOV AL，255 ; 255 ; 将将8 8位立即数位立即数255255存入存入ALAL立即数只能用作指令的源操作数。立即数只能用作指令的源操作数。4. 4. 寄存器寻址寄存器寻址：操作数在寄存器中：操作数在寄存器中指令中给出已存放了操作数的寄存器。指令中给出已存放了操作数的寄存器。

33、例例1 1：MOV DSMOV DS，AX AX ；将；将AXAX中的中的1616位数传送给（存入）位数传送给（存入）DSDS。例例2 2：INC BX INC BX ；将；将BXBX中的中的1616位数取出加位数取出加1 1后再存入后再存入BXBX。5. 5. 存储器寻址存储器寻址：操作数在存储器中：操作数在存储器中存储器寻址存储器寻址直接寻址直接寻址间接寻址间接寻址相对寻址相对寻址基址变址寻址基址变址寻址相对基址变址寻址相对基址变址寻址直接寻址直接寻址由指令直接给出存储器操作数的有效地址由指令直接给出存储器操作数的有效地址(EA)。MOV ALMOV AL，ES:1234h ; EA=12

34、34h,ES:1234h ; EA=1234h,段跨越段跨越MOV AXMOV AX，2001H 2001H ；EA=2001h,EA=2001h,非规则字非规则字MOV BXMOV BX，X X ；EA=OFFSET(X)EA=OFFSET(X)MOV CLMOV CL，ARRAY+2 ARRAY+2 ；EA=OFFSET(ARRAY)+2EA=OFFSET(ARRAY)+2MOV ALMOV AL，TAIL-6 TAIL-6 ；EA=OFFSET(TAIL)-6 EA=OFFSET(TAIL)-6 变量是变量是符号化了的地址符号化了的地址, ,加不加方括号效果一样，都是直接寻址。加不加方括号效果一样，都是直接寻址。（未使用段跨越前缀时，段地址默认存放在（未使用段跨越前缀时，段地址默认存放在DS中）中）间接寻址间接寻址存储器操作数的有效地址放在存储器操作数的有效地址放在BX、BP基址寄存器基址寄存器或或SI、DI变址