大连理工823机械复试微机原理复习

1、第一章 微型计算机系统概论第二章 8086/8088微处理器第三章 8086微处理器的指令系统第四章 汇编语言程序设计第五章 存储器系统第六章 输入/输出接口第七章 中断与中断控制第八章 I/O接口技术第九章 数模模数转换第十章 串行通讯技术 第一章 微型计算机系统概论基本概念微型计算机系统微型计算机组成：CPU、存储器、I/O接口、总线掌握总线的概念和分类（按传输信息分）：地址总线、数据总线、控制总线微处理器、单片机、单板机基本概念冯诺依曼机的硬件体系结构计算机内信息表示 微处理器严格讲，微处理器 CPUCPU 计算机中执行运算和控制功能的区域，由算术逻辑部件(ALU)和控制部件(CU)两大

2、主要部分组成微处理器 把CPU和一组称为寄存器（Registers）的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中微处理器 微型计算机 微型计算机系统 微型计算机以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）、输入输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。 微型计算机系统微型计算机系统 以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件（软件分为系统软件和应用软件两大类）。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机。单板机 将微型计算

3、机的各个部分都集成在一块印制电路板上，并配以简单的外设（如键盘）等，构成的一个简单的计算机系统。算术逻辑单元(ALU)控制器内部总线微处理器(CPU)存储器（RAM、ROM）I/O接口系统总线外围设备系统软件、应用软件、数据库等微 型 计 算 机 系 统微型计算机冯诺依曼结构：由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成微型计算机的硬件体系结构 控制器 输入设备 存储器 输出设备 运算器 数据和程序以二进制代码的形式表示 数据和程序存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式控制器根据存放在存储器中的指令序列（即程序）工作，并由一个程序计数器（PC）控制指令的执行。CP

4、U (中央处理单元)Central Processing UnitALU (算术逻辑单元)Arithmetic Logic Unit控制器Memory(存储器)RAM (读写存储器)ROM (只读存储器)I/O接口主机与外设的匹配连接BUS (总线)AB (地址总线)DB (数据总线)CB (控制总线)总线：传递信息的一组公共通信线，是传送信息的公共通道，微机系统采用总线结构连接系统功能部件。数据总线（DB：Data Bus）处理器与存储器或外设交换信息的通道个数（条数）是一次能够传送数据的二进制位数 地址总线（AB：Address Bus）指定存储器或外设的具体单元个数（条数）反映访问的主存

5、储器容量或外设范围控制总线（CB：Control Bus）控制处理器数据传送等操作一个信号两种状态（高或低）两种编码（1或0）N：2N地址就是号码计算机中的信息表示和处理计算机中信息以二进制形式存储，书写时常用16进制无符号数表示掌握二进制无符号数表示掌握BCD码（压缩BCD码、非压缩BCD码）有符号数表示原码、补码、反码表示方法一个字节有符号数的范围、一个字的补码所表示的范围溢出，能够进行有符号数运算溢出判断ASCII码，熟记09、AF、af的ASCII码了解汉字内码的概念位和字节位(bit)是计算机所能表示的最小最基本的数据单位; 取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b字节

6、(byte)由8位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作BK 是kelo的缩写，1K=1024B=210；M是mega的缩写，1M=1024K=220；G 是giga的缩写，1G=1024M=230；T 是tera的缩写，1T=1024G=240。硬件基础知识三态门、D触发器、逻辑门的功能及其符号表示4LS244、74LS245、74LS273、74LS373的功能计算机总线连接规则计算机部件输出数据到总线时应加三态缓冲电路、总线输出到计算机部件时通常通过锁存器锁存计算机中信息分时传送原理 计算机总线-三态门和D触发器在总线中的应用三态门：增加驱动，用作数据输入时的缓冲。

7、D触发器：信号保持，用作信息输出时的锁存。多个器件接入总线时，一定要使用三态电路当需要使用总线的时候打开三态门，进行信息传递。当不需要使用总线时，关闭三态门，使之处于高阻状态，而不影响别的器件使用总线。第二章 8086/8088微处理器8086微处理器内部结构总线接口单元BIU (Bus Interface Unit)：主要负责物理地址的形成、预取指令、指令队列排队、读/写操作数和总线控制。 执行单元EU (Execution Unit) ：主要负责指令译码和执行 8086/8088微处理器程序执行过程指令队列中出现两个字节为空时自动按CS值和IP值组成20位实际物理地址到存储器中取指令，一次

8、取两个字节指令存放到指令队列中。EU从BIU指令队列中读取指令。由EU控制电路对指令进行译码分析，指出操作性质及操作对象。EU执行指令，如果执行指令时必需访问存储器或者I/O端口，则在EU中计算出操作数的16位地址偏移量送给BIU，由BIU的地址加法器形成20位物理地址。BIU根据EU请求，将操作数20位物理地址传递给存储器。BIU取来操作数经总线控制逻辑传送到内部EU数据总线。EU将取来的操作数从内部总线送入ALU，进行指令指定的操作。EU运算出的结果，经内部总线送到指定位置，若需要传送给存储器或者I/O端口，则由EU请求BIU产生20位实际目标地址，将结果写入存储器或者I/O接口。总线接口

9、单元BIU的组成段寄存器：CS、DS、ES、SS指令指针寄存器IP指令队列地址加法器其它组成部分：总线控制逻辑、暂存器掌握BIU功能执行单元EU的组成数据寄存器：AX、BX、CX、DX地址指针寄存器：SP、BP、SI、DI逻辑运算单元ALU标志寄存器FLAGS（6个状态标志和3个控制标志）掌握EU功能8086存储器和I/O端口管理8086对存储器的分段管理段地址、偏移地址、逻辑地址、物理地址基本概念20位物理地址的形成方法掌握8086对存储器和I/O端口的编址地址指针寄存器SP、BP、SI、DI以及IP、BX寻址时所默认的段及段超越概念一. 分段管理技术 1. 采用“分段管理”的原因Intel

10、 8086为标准的16位微处理器，20根地址总线管理1MB的存储空间。8086 CPU 中所使用的寄存器均是16位的，内部ALU也只能进行16位运算，其寻址范围局限在21665536(64K)字节单元。为了实现对1M字节单元的寻址，80 x86系统采用了存储器分段技术。8086对主存储器的分段管理数据段段基址(DS)数据段内偏移地址扩展段段基址(ES)堆栈段段基址(SS)代码段段基址(CS)每段地址空间最大64K数据段扩展段堆栈段代码段物理地址=段地址*16+偏移地址每个存储单元都具有一个唯一的20位编号，即物理地址，从00000HFFFFFH。每段起始位置的20位实际物理地址中的高16位称为

11、段地址(段基址)，每段中某个存储单元距段起始位置的偏移量称为偏移地址。段地址和偏移地址合称为逻辑地址。逻辑地址和物理地址逻辑地址（Logical Address）在微处理器内部、程序员编程时采用的地址某个存储单元可以有多个逻辑地址逻辑地址段基地址偏移地址段基地址逻辑段在主存中的起始地址偏移地址距离段基地址的位移量物理地址（Physical Address）地址总线上输出的地址，用于外部硬件连接每个存储单元只有一个唯一的物理地址逻辑地址由微处理器在输出之前转换为物理地址1082083081062063061072073071092093091101051041031021012102052042

12、03202201310305304303302301081828061626071727091929100504030201201514131211302524232221逻辑地址相对地址：205（2层05号房间）物理地址绝对地址：15（第15号房间）示意图8086系统和外部设备之间通过I/O芯片接口，每个I/O芯片对应一个或几个端口。8086对I/O端口操作，需要专门的IN、OUT指令，并且只能通过累加器（AX/AL）来完成。 存储器和I/O端口分别独立编址 存储器的地址范围是00000 0FFFFFH I/O端口的地址范围是0000 0FFFFH8086对I/O的管理8086引脚信号和工作

13、模式掌握最小模式、最大模式基本概念掌握8086最小模式下引脚信号和功能（READY引脚和/TEST引脚仅作了解）掌握8086/8088最小模式下的总线连接了解8086/8088最大模式下的总线连接了解8086最大模式下重新定义的8个引脚信号功能了解8088与8086引脚信号和功能的区别8086操作和时序了解8086/8088时钟电路和复位电路掌握8086/8088的复位操作了解微机的启动过程掌握时钟周期、总线周期、指令周期基本概念了解存储器读/写时序、I/O端口读/写时序第三章 8086微处理器的指令系统掌握8086/8088 CPU寻址方式 获得数据或者数据地址信息的方式称为寻址方式数据寻址

14、方式寄存器相对寻址基址变址寻址相对基址变址寻址I/O端口直接寻址I/O端口间接寻址隐含寻址立即数寻址寄存器寻址直接寻址寄存器间接寻址程序寻址方式段内直接寻址近跳转远跳转段内间接寻址段间直接寻址段间间接寻址熟练掌握8086/8088 CPU指令系统传送类指令MOV、PUSH、POP、XCHG、IN、OUT、XLAT、LEA、LDS、LES、SAHF、LAHF、PUSHF、POPF算术运算类指令ADD、ADC、INC、SUB、SBB、DEC、CMP、NEG、MUL、IMUL、DIV、IDIV、CBW、CWDBCD码调整指令掌握DAA调整指令了解DAS、AAA、AAS、AAM、AAD指令逻辑运算及移

15、位操作指令AND、OR、NOT、XOR、TEST、SHL、SHR、SAL、SAR、ROL、ROR、RCL、RCR串操作指令MOVS、STOS、LODS、CMPS、SCAS掌握重复前缀使用：REP、REPZ/REPE、REPNZ/REPNE控制转移类指令掌握子程序调用和返回指令：CALL、RET、RET n掌握无条件转移和条件转移指令条件转移指令：判断单个状态标志的条件转移指令：JZ、JNZ、JS、JNS、JO、JNO、JP、JNP、JC、JNC判断无符号大小的条件转移指令：JA（JNBE）、JAE（JNB）、JE（JZ）、JNE（JNZ）、JB（JNAE）、JBE（JNA）判断有符号数大小的条

16、件转移指令：JG（JNLE）、JGE（JNL）、JL（JNGE）、JLE（JNG）判断CX寄存器的条件转移指令：JCXZ掌握循环控制指令LOOP、LOOPZ（LOOPE）、LOOPNZ（LOOPNE）掌握中断指令：INT n、IRET、INTO掌握CPU控制类指令掌握标志控制类指令CLC/STC/CMCCLD/STDCLI/STI了解处理器控制指令：NOP、HLT、WAIT、ESC、LOCK第四章 汇编语言程序设计伪指令常用伪指令：DB、DW、DD、DQ、ORG、OFFSET、SEG、PTR、ASSUME、EQU、$、DUP等掌握段的定义： SEGMENT / ENDS掌握过程的定义：PROC

17、 / ENDP了解汇编语言中的标记（标号、注释等）DOS功能调用程序结构 程序由语句构成，每条语句占一行。 指令性语句(指令语句) 指示性语句(伪指令语句) 分段结构 程序按段编写,与8086内存分段编址对应 段由伪操作SEGMENT开始、ENDS结束 程序最后END结束语句，后跟启动地址 启动地址指程序开始执行第一条语句。 程序中设有返回DOS的功能。 使程序执行完后返回DOS系统的命令接受状态。 程序中用到内存操作数时，按操作数的寻址方式，给相应的段寄存器赋值;汇编语言程序结构例;实现数据传送功能aa SEGMENT ;数据段1str1 DB Hello! aa ENDSbb SEGMEN

18、T ;数据段2str2 DB 6 dup (?) bb ENDScc SEGMENT ;代码段 ASSUME CS:cc, DS:aa, ES:bb start: CLD MOV AX , aa MOV DS , AX LEA SI , str1 MOV AX , SEG str2 MOV ES , AX MOV DI ,OFFSET str2 MOV CX , 6 REP MOVSB MOV AH , 4CH INT 21H ;返回DOScc ENDS END start ;指示程序结束熟练掌握使用汇编语言设计程序顺序结构程序设计分支结构程序设计循环程序设计子程序设计子程序的参数传递方法通过

19、寄存器传递参数通过全局变量传递参数通过堆栈传递参数通过代码段来传递参数字符串处理码制转换程序第五章 存储器系统存储器基本知识存储器按材料分类：磁性存储器、光盘、半导体存储器存储器按位置分类内部存储器内部CACHE外部CACHE外部存储器外部存储器半导体存储器按功能分类：随机存取存储器RAMDARMSRAM只读存储器掩膜型ROM可编程ROM（PROM）紫外线可擦除、可编程ROM（EPROM）可用电擦除、可编程ROM（E2PROM）存储器扩展方法存储器数据宽度扩展方法多个位扩充的存储芯片的数据线连接于系统数据总线的不同位数其它连接都一样这些芯片应被看作是一个整体存储器字节数扩展方法通过将存储芯片的

20、片选端与系统的高位地址线相关联来实现8086/8088计算机与存储器连接了解8086/8088存储器空间8086系统有20根地址线，16根数据线，寻址空间为1MB偶地址数据由数据线低8位传送奇地址数据由数据线高8位传送奇、偶地址数据存取分别由BHE和A0控制存储器连接 存储芯片的数据线 存储芯片的地址线 存储芯片的片选端 存储芯片的读写控制线8088全地址译码方式的存储器连接8086全地址译码方式的存储器连接部分译码方式、线译码方式、不译码方式的存储器连接 全译码方式使用全部微处理器地址总线片内寻址：低位地址与存储器芯片地址引脚相连片选寻址：高位地址经译码与存储器芯片片选引脚相连译码方式只使用

21、部分微处理器地址总线进行译码没有使用的地址信号对存储器芯片的工作不产生影响部分译码 地址重复 译码简单全译码 地址唯一 空间连续第六章 输入/输出接口输入/输出基本概念接口、端口的基本概念接口：外设与总线之间的中间环节，是计算机与外设交换信息的控制电路。端口：接口电路中可以被寻址访问的存储单元。可分为数据端口、状态端口、控制端口。一个接口电路可以具有多个I/O端口（寄存器），每个端口用来保存和交换不同的信息可分为数据端口、状态端口、控制端口，用于保存数据、状态和控制信息。接口的功能数据缓冲：外设数据输入到总线时需要缓冲。数据锁存：总线数据输出到外设时的锁存，解决CPU与外设速度不匹配问题。传输

22、控制命令和状态信息：计算机与外设有时需使用硬件握手。例如：计算机利用查询输出到打印机。信息转换：串并转换、数模转换、电平格式转换对I/O端口寻址：对各设备的I/O端口译码寻址I/O端口的编址方式 I/O端口与存储器统一编址 把一个外设端口看作存储器的一个单元，占用存储器的地址空间，利用对存储器的读写操作完成数据的输入和输出。优点不需要专门的输入输出指令可使用全部对存储器操作的指令，指令数量多端口数量多缺点占用存储器空间寻址时地址线数多,译码复杂0地址空间(共1MB)内存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000HI/O端口独立编址 计算机单独给外设端口编址，I/

23、O端口具有独立的地址空间。计算机需用控制信号区分存储器空间和I/O端口空间（例8086 CPU的M/IO）。优点I/O空间较存储器空间小，地址线少，译码电路相对简单。不占用存储器空间缺点要有专门输入输出指令，寻址方式少，不灵活80 x86采用I/O端口独立编址00000H内存地址空间内存空间(1MB)FFFFFHI/O空间(64KB)FFFFHI/O地址空间0000H8086 I/O空间8086系统使用16根地址线（A15A0）寻址I/O端口，可寻址64KB个I/O端口；偶地址端口数据使用低8位数据总线传送，奇地址端口数据使用高8位数据总线传送；奇、偶地址端口的数据传送由BHE和A0控制；I/

24、O端口的读/写选通信号为IOR和IOW。计算机系统中，多使用8位端口。8086系统的8位端口使用数据线的低8位传送信息，所以端口地址的编址多为偶地址。 8088/8086 CPU的I/O编址方式采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)地址线上的地址信号用 来区分： 时为I/O地址I/O操作只使用20根地址线中的16根： A15 A0可寻址的I/O端口数为64K(65536)个I/O地址范围为0FFFFHIBM PC/XT只使用了1024个I/O地址(03FFH)M/IO=0M/IO控制总线CB地址总线ABI/O接口电路数据控制状态数据总线DBCPU外设控制寄存器状态寄存器数据寄存器I/O

25、接口的典型结构 CPU与外设的数据传送方式无条件数据传输方式查询传输方式中断传输方式了解DMA传输方式及DMA控制器8237常用输入/输出电路设计无条件传送微处理器与慢速变化的设备交换数据外设总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送无条件传送的接口电路：只考虑数据缓冲 无条件传送的软件编程：十分简单输入时执行输入IN指令mov dx,8000hin al,dxmov bufin,al输出时执行输出OUT指令mov al,bufoutmov dx,8000hout dx,al无条件传送接口电路输入接口电路连接开关：读取开关状态输出接口电路连接发光二极管LED功能要求：开关闭合时，将相应LED点

26、亮调用延时子程序DELAY保持一定时间mov dx,8000h;DX指向输入端口in al,dx;从输入端口读开关状态not al;求反out dx,al;送输出端口显示call delay;调子程序DELAY进行延时示意图查询传送查询传送有查询和传送两个环节首先查询外设工作状态检测、等待外设准备就绪进行数据传输设计实现查询功能的电路连接外设的状态输入信号保存在状态寄存器中通过状态端口读取实际中常引入超时判断查询需大量时间，效率较低查询输入接口读取状态端口查询外设状态，若已就绪，读取数据端口得到外设提供的数据mov dx,5001h;DX指向状态端口status:in al,dx;读状态端口t

27、est al,01h;测试状态位D0jz status;D00，未就绪，继续查询dec dx;D01，就绪，DX改指数据端口in al,dx;从数据端口输入数据示意图查询输出接口读取状态端口查询外设状态，若已就绪，将数据写入数据端口输出给外设mov dx,5001h;DX指向状态口status:in al,dx;读取状态口的状态数据test al,80h;测试标志位D7jnz status;D71，未就绪，继续查询dec dx;D70，就绪，DX改指数据口mov al,buf;将变量BUF送ALout dx,al;将AL中的数据送数据口示意图中断传送微处理器在执行程序过程中，被内部或外部的事件

28、所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序中断源引起中断的事件或原因内部中断外部中断可屏蔽中断非屏蔽中断第七章 中断与中断控制PC机中断系统基本概念了解中断的功能掌握中断源、现场、断点、返回地址的概念了解中断的原理和实现中断优先级了解优先级的概念掌握PC机对中断优先级的处理规则断点：CPU响应中断时，会停止当前执行程序，转去执行中断处理程序，原程序被打断的地方断点地址：中断处理程序结束后，返回原程序恢复执行的第一条指令的地址，又称“返回地址”。现场是指进入中断服务程序之前CPU各个寄存器的状态。中断系统的功能（一）实现中断及返回检测中断响应中

29、断时保护断点和现场中断服务完成时将中断申请信号撤销中断服务完成后恢复现场和断点，返回原程序（二）对中断进行控制对中断申请进行控制对中断响应进行控制（三）实现优先权排队（四）寻找中断源 优先权排队 当系统中多个中断源同时发出中断请求时，CPU按照重要性和急迫性(中断优先级)择优响应：不同优先级同时请求时，CPU先响应高优先级中断；CPU在处理低优先级中断时，若出现高优先级中断请求，则转去处理高优先级中断(中断嵌套)；CPU在处理高优先级中断时，若出现低优先级中断请求，暂不响应；CPU在处理中断时，若出现同级别中断请求，则等当前中断处理完后，才处理新的请求。8086/8088的中断结构中断的分类：

30、硬件中断和软件中断中断类型码可屏蔽中断、不可屏蔽中断2个硬件中断常用软件中断除数为0中断（INT 0）单步中断（INT 1）断点中断（INT 3）INTO指令（中断类型码为4）INT n指令中断源任何能引发中断的事件都称为中断源，可分为：硬件中断源：I/O设备，系统时钟，故障源等软件中断源：程序中断指令(INT 3)，指令运行出错(INTO)等8086/8088的外部中断信号：INTR、NMIINTR可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控制。IF=1时，执行完当前指令后CPU对它作出响应。 NMI非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU都要响应此中断请求信号。查询中断的顺序，决定了各种中

31、断源的优先权软件中断除法错中断指令中断溢出中断非屏蔽中断可屏蔽中断单步中断高低PC机的中断向量中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址）每个中断类型码对应一个中断向量每个中断向量需占用4个字节。中断向量的低字是偏移地址(IP)，低字节在前，高字节在后；高字是段地址(CS)，低字节在前，高字节在后8086/8088微处理器从物理地址000H开始，依次安排各个中断向量，向量号也从0开始8086/8088 CPU在内存00000H003FFH 的1KB地址空间内，为256个中断建立一个中断向量表，中断向量表就是中断服务程序入口地址表。类型255指针除数为0 单步非屏蔽断点溢出003FCH00000H00004H00008H0000CH00010HCSIP段地址偏移量每个中断类型码对应一个中断向量，即4个字节的程序入口地址，中断类型码乘以4便可得到中断向量表中存放中断服务程序入口地址的存储单元的偏移量。0 4： 专用中断类型5 1FH：保留中断类型(可修改中断服务程序)20H0