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微机原理及应用核心笔记
第1章、微型计算机基础知识
§1．1微机的一般概念和基本组成
（一）冯.诺依曼结构计算机
从第一代电子计算机开始到现代计算机，其制造技术发生了极大的变化，但我们目前使用的各类计算机大都沿用了冯.诺依曼结构。
概括起来冯.诺依曼结构有如下要点：
1、采用二进制形式表示数据和指令；
2、将程序（包括数据和指令序列）事先存储到主计算机内，即：
程序顺序存储方式；
论文：
程序控制、存储程序
3、计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入和输出装置等组成。
（二）微型机的基本组成
微型计算机系统由计算机硬件系统和软件系统组成。
（微机系统、微机、CPU）P3
微型计算机系统的硬件由微型计算机（主机）和外围（输入、输出）设备组成。
主机由：
CPU（中央处理器：
算术、逻辑运算部件；累加器、寄存器；控制部件；内部总线）；主存储器（ROM、RAM）；输入、输出接口；系统总线组成。
微型计算机系统的软件由系统软件、工具软件和应用软件组成。
CPU是计算机的心脏。
是一片超大规模集成电路芯片，它的功能直接决定了计算机的性能好坏。
CPU的主要功能：
●可进行算术、逻辑运算；
●临时保存数据；
●能对指令进行译码，并执行规定的动作；
●能与内存或外设交换数据；
●能提供整个系统需要的定时和控制；
●可以响应其它设备的中断请求
CPU的主要参数有：
（1）主频
（2）一次能处理的数据位数。
它由CPU的数据线条数决定。
（3）能带多少存储器和I/O口。
它由CPU的地址线条数决定。
如：
Pentium80586CPU为32位CPU，主频可为60MHZ，可带4GB存储器。
PentiumpⅡCPU为32位CPU，主频可为130MHZ。
PC/XT机，CPU是Inter8086，16位，主频8MHZ，可1MB存储器。
存储器用来存储程序和数据。
存储器分内存和外存。
（1）内存
CPU用地址线直接访问的存储器称内存，内存又分RAM和ROM。
ROM是只读存储器，其中存放的程序和数据是计算机生产厂用特殊方式写入的，计算机不加电时也不丢失。
RAM叫可读可写存储器，RAM中一般存放用户开发的程序和数据，只要一掉电，RAM中的数据全部丢失。
人们常说的计算机容量，就是指内存。
（2）外存
外存是CPU用输入输出方式存取的存储器。
一般指软盘和硬盘。
它的特点是容量大，速度慢，价格低。
目前软盘的容量一般为1.4MB（兆字节），硬盘一般达到10GB（10千MB）。
总线是连接多个装置或功能部件的一组公共信息通道。
微机中一般有三种总线：
地址总线 其条数，决定了系统能配带多少存储器；每一个存储单元都有一个确定的地址，该地址就是通过地址线描述的。
数据总线 其条数，决定了机器的字长；
控制总线
如：
8086CPU有20条地址线，16条数据线。
直接寻址1M字节存储器，一次能处理16位二进制数据。
§1．2计算机中的数和码
（一）计算机中常用的编码
1、BCD码
BCD码是一种用二进制表示的十进制数。
从四位二进制数表示的数：
0000--1111中选出0000--1001分别表示十进制中的0--9这十个数码，它们就是BCD码。
2、ASCII码
计算机中的一些符号，如：
大小写英文字母，各种专用符号：
+、-、*、/、（、）、[、]，汉字，图形符号等等都叫非数值数据。
在计算机中非数值数据也要用二进制表示。
如人们敲键盘输入计算机中的信息就是二进制数。
所有外不设备输入计算机的都是用二进制数。
为了使不同生产厂商生产的外部设备如键盘、显示器等能通用，同时人们输入的程序和数据能共享，大家都能看懂，对输入计算机的非数值信息必须采用大家都共识，共同规定的方案去编码。
ASCII码
现在用得最广泛的西文编码方案是ASCII码，即美国标准信息交换码。
在这种编码方案中，用八位二进制数来表示一个ASCII码，其中最高位为0，余下的七位代表128个不同的字符，其中95个（编码值大于31的）编码代表键盘能敲入并且能显示的，打印机也能打印的95个字符。
如大小写各26个字母，0—9这十个数字符，通用的运算符和标点符号+，-，*。
/，>，<，（，），[，]，：
，；，？
等等。
余下的33个（编码值为0---31和127）作为控制码。
3、汉字编码
汉字在计算机中也用二进制数表示。
不过汉字的编码不能与ASCII码相同，为此汉字在计算机内，目前用两个八位二进制数表示，且每个二进制数的最高位必须是1，余下的七位对应的十进制数值必须大于32。
这种编码可以经过国标码（我国于1980年制定的信息用汉字编码字符集.基本集：
GB2312—80）得到或从区位码得到。
（二）计算机中数的表示
1.计算机中的进位计数制
（1）进位计数制的表示法
日常生活中用十进制计数，除了符号位用+、-号外，只用0、1、2、------9这十个符号。
要表示大于十的数，还必须规定数字排列规则，如345中的3处于百位，它代表3百，可用3*102来表示，其中102代表百位数的位权。
4处于十位，它代表4个十，可用4*101来表示，其中101代表十位数的位权，5处于个位，可用5*100，其中100代表个位数的位权。
于是345可写成：
（345）10=3*102+4*101+5*100
=∑ai*Ri
其中：
ai为0或1，R为基数，对十进制数R=10
对于任意数制，一般情况下有：
对于二进制数，它只有两个符号：
0和1。
当某一位的值增加到2时，向高一位进1，本位变0。
即，运算法则是：
逢二进一。
各位位权是：
1、2、4、8、16、32、64、128---等。
二进制数由排列起来的0和1组成。
如二进制数：
（1010）2=1*23+0*22+1*21+0*22=（10）10
对八进制数，有八个符号：
0--7；
运算法则是：
逢八进一；
位权分别是：
1、8、64、512等。
如八进制数：
（1625）8=1*83+6*82+2*81+5*80=（907）10
对十六进制数，有16个符号：
0--9、A、B、C、D、E和F；
运算法则是：
逢16进一；
位权分别是：
1、16、256、4096等。
如十六进制数：
（1A2F）16=1*163+10*162+2*161+15=（6703）10
（2）进位计数制的转换
十进制转换成Ｒ进制
法则：
整数部分：
除Ｒ取余
小数部分：
乘Ｒ取整
二进制转换成十进制
法则：
若要将二进制数转换成十进制数，只要将那些不为0的数位的位权相加即可。
例
（10110011）2=27+25+24+21+20=128+32+16+2+1
=（179）10
由此可知：
若要将Ｒ进制数转换成十进制数，只要将那些不为0的数位ai乘其该位位权ai，再累加求和即可。
例:
2a8H=2*256+10*16+8=512+160+8=680D
二进制转换成八进制
法则：
从小数点开始，三位变一位
二进制转换成十六进制
法则：
从小数点开始，四位变一位
八进制转换成二进制
法则：
一位变三位
十六进制转换成二进制
法则：
一位变四位
例：
（10110011.0010101）2=263.124O =B3.2AH
（3）二进制运算法则
二进制的运算法则是：
逢二进一
0+0=01+0=10+1=11+1=10
0*0=01*0=00*1=01*1=1
例：
01010101+00111011=10010000
01010101
＋00111011
10010000
练习：
加、减、乘、除
2.带符号数的表示
（1）机器数
数，除了有多少外，还有+、-符号。
因此，在计算机中要表示一个完整的数，其符号也得用二进制数来表示，机器中这样的数叫机器数。
一般机器数的最高位用来表示数的符号：
1表示负数，0表示正数。
机器数中余下的二进制位叫数值位。
如：
01010001
符号位数值位
机器数所代表的有符号数的大小，就是该机器数的真值。
用机器数来表示一个数，可采用不同的码制（即：
“数值位”表示1、2、3……等等的编码方式叫码制），一个数（一个真值）若用不同码制来表示，其机器数是不相同的。
反过来说：
一个机器数，可能代表多个真值。
常用的码制有：
原码、反码、补码等。
（2）原码
若数值位直接以无符号二进制数的方式编码，这样的机器数的表示法叫原码。
（3）反码
规定：
正数的反码与其原码相同，负数的反码是其对应的原码按位取反所得。
如：
（00000101）原对应的反码也是（00000101）反
（10000101）原对应的反码是（11111010）反
（00000101）原和（00000101）反对应的真值都是+5
（10000101）原对应的真值是-5
（11111010）反对应的真值也是-5
而（10000101）反对应的真值是-234
可见：
一个数（如：
-5）用原码和反码表示时，其机器数是不同的。
因此，问：
机器数：
10000101的真值是多少？
是不确切的。
（4）补码
（补码为其反码加1。
）
（正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码加1。
）
如：
（0）补=00000000B；
（127）补=01111111B；
（-1）补=11111111B；
（-127）补=10000001；
（-128）补=10000000
（5）移码
将补码的符号取反就是移码。
带符号数的表示及意义（位数固定如4位，8位）：
（1）表示方法
（2）进位与溢出
（3）如何判断进位与溢出
3.定点数和浮点数
（1）定点数
机器数中若将小数点的位置固定在数值位的最左边或最右边，而采用默认的方式，小数点不占数位，即机器数中不出现小数点，这就是定点数。
小数点放在数值位的最左边叫纯小数或定点小数；小数点放在数值位的最右边叫纯整数或定点整数。
（2）浮点数
对于小数点位置不固定的数，机器中用浮点数来表示，其形式为:
Pf
P
Sf
S
阶符
阶码
尾符
尾数
第2章Intel8086微处理器
§2．18086的编程结构
（一）.8086编程结构
8086CPU从编程功能上看可以分成两部分：
总线接口BIU和执行单元EU。
两部分功能
（二）总线接口部件
功能：
负责与CPU外部传送数据（ROM，RAM，IO）
4个段寄存器：
CS（代码）、DS（数据）、ES（扩展）、SS（堆栈）
指令指针寄存器IP
20位加法器
指令队列缓冲器
8086CPU外部有20条地址线，但内部只有16条线，所有寄存器均是16位的，它无法直接处理20位的地址的。
因此，8086的设计者是这样来设计的：
按64K字节为一段，将1M内存分成很多段。
若CPU要对访问一个存储器，将一个存储器的物理地址（20位二进制数地址）分成两部分：
16位二进制位的段地址和16位二进制位的段内偏移地址。
一般将段地址放入段寄存器，段内偏移地址放入BP、BX、SI或DI之中。
且有：
物理地址=段地址*16+段内偏移地址
例：
P12.3
（三）执行部件
4个通用寄存器：
AX、BX、CX、DX
4个专用寄存器：
堆栈指针寄存器SP、基数指针寄存器BP、源变址寄存器SI、目标变址寄存器DI
标志寄存器PSW（F）
所有寄存器均是16位的。
其中4个通用寄存器均可分成两个8位寄存器：
AH和AL、BH和BL、CH和CL、DH和DL
ALU
8086标志寄存器
标志寄存器中有9位作为CPU执行指令后的各种状态。
这9位标志位可分成两类：
状态标志和控制标志。
（1）进位标志CF
（2）奇偶标志位PF
（3）半进位标志AF
（4）零标志ZF
（5）符号标志SF
（6）溢出标志OF
（7）跟踪标志TF
（8）方向标志DF
（9）中断标志IF
注意：
1、传统总线的产生
2、接口芯片引脚功能
3、接口芯片与总线的连接
提问：
8086CPU从编程功能上看可以分成哪两部分，两部分功能？
有哪些寄存器？
如何得到外部20位地址？
有哪两类标志位？
讲解：
执行指令的管理：
指令队列（P10-P11）
时钟周期和总线周期：
时钟周期：
时钟频率的倒数
总线周期：
执行一次取指操作或传送数据操作的时间
T1往总线发地址
T2总线低16位高阻，高4位输出状态
T3总线低16位为数据
TW
T4结束
§2．28086的引脚及工作模式
一、8086工作模式
8086最小模式和最大模式
系统中只有一个8086CPU再无其它控制总线的芯片，这就是最小模式。
系统中有多于一个8086CPU，或有其它控制总线的芯片，这就是最大模式。
二、8086引脚
按信息定义分五大类：
#1每个引脚只传送一个信息；如：
AD0--AD15
#2每个引脚高低电平代表不同的信号，如：
TO/M
#3在两种模式下有不同的定义，如：
WR/LOCK，小模式是写信号，大模式下是总线锁定信号。
#4一个引脚分时使用，如：
AD0--AD15，T1状态下传送地址，T3状态转送数据。
#5输出、输入分别传送不同的信息，如：
RQ/GT0，输入时传送总线请求，输出时转送总线请求允许。
按功能分类：
1、基本工作保证：
电源：
VCC、GND、GND，
时钟：
CLK（p16），
复位：
RESET（p16）初始地址FFFF0H
2、地址数据总线：
AD0-AD15、A16-A19
ALE
BHE/SS0（P15表2.2）
3、控制线：
读写控制：
/RD，/WR，M/IO，
READY，DT/R，DEN
中断控制：
INTR，INTA，NMI
总线控制：
MN/MX，HODA，HODR
指令等待（WAIT）控制：
TEST
三、基本接线：
1、基本工作保证：
加8284（P21知道图）
2、最小模式读写操作（P21表）（会设计图）
3、最大模式典型配置说明（P23倒3段）（知道两个图）
四、PC系统板总线
PC系统板总线共62条，全部引到系统板8个扩展槽上。
62条线分成五类：
地址线20根、数据线8根、控制线21根、状态线2根和时钟、电源线8根。
五、总线操作与8086的时序
1、理解最小模式下读写操作图
8086总线周期
8086CPU中的各部件,不管取指令或执行指令阶段，都是在一个时钟定时器的参与下，严格地、有条不紊的按预先设计的顺序进行。
即CPU设计者是按照预先设计的时序要求，来考虑各部件的整体配合、协调工作。
要了解和利用计算机进行控制，都必须要掌握CPU的时序要求。
8086CPU时序中，最重要的是8086总线执行部件BIU从内存或外部设备中取指令或数据的时序。
CPU从内存或外部设备中取指令或数据叫CPU访问（或叫CPU读）存储器或外设。
在这段时间内，CPU要占用总线（数据线、地址线和控制线）。
CPU从内存或外设中读一个字节的数据所用的时间叫一个总线周期。
8086的一个最基本的总线周期包含四个时钟周期（如CPU主频传0MHZ，1个时钟周期为100ns）。
4个时钟周期又叫4个T状态：
T1、T2、T3和T4状态。
CPU在4个T状态中必须完成给定的工作。
（1）在T1状态，CPU往地址线上发送地址；
（2）在T2状态，总线的低16位成高阻状态，高4位传送本总线周期的状态信息（使用那个段寄存器等）；
（3）T3状态，总线低16位传送数据，高4位继续传送本总线周期的状态信息；
（4）T4状态，总先周期结束。
（5）如果存储器或外设的存取速度满，CPU在T3结束后要插入一个或多个TW等待周期。
CPU8086对总线的访问一般不是连续的。
两个总线周期之间的时间CPU不访问总线，而进入“空闲周期”。
8086读（写）时序：
2、中断
中断分类
中断向量:
p35表
硬件中断及响应过程
硬件中断产生条件：
内部，外部
可屏蔽中断响应过程:
1、执行完当前指令，2、发INTA两个负脉冲，3、收到中断号暂存
4、PSW入栈，请中断允许标志，保护断点
5、进入中断程序
软件中断及响应过程（类似子程序）
用软件提供中断类型码
3、IO及RAM组织
地址的产生
片选与端口地址
复习：
§1．1微机的一般概念和基本组成硬件系统和软件系统
§1．2计算机中的数和码
§2．18086的编程结构
§2．28086的引脚及工作模式
§2．38086的时序、复位操作（p26）及中断
§2．4IO及RAM组织
习题：
2.3、2.7、2.8、2.10（小模式）、2.11（后问）、2.14、2.23、2.27
思考题：
1.1、1.6、2.2、2.4、2.5、2.6、2.30、2.38
二、8086指令系统
START：
MOVCX，1230H
MOVAX，[1230H]
LOOP：
SUBAX，CX
JZEXT
INCBX
JMPLOOP
EXT：
HLT
指令格式
标号：
关键字（指令助记符）操作数；注释
标号：
字符（字母数字@—？
）例
关键字（指令助记符）P468--P47975个
注释
计算机中指令也必须用二进制数来表示。
8086CPU设计者用1--6个字节二进制数来代表不同的指令。
每一条指令均包含四部分内容：
（1）作什么事；
（2）到何处取操作数；
（3）结果放在何处；
（4）下一条指令放在何处。
其中“1”称为操作码，“2”--“4”叫操作数。
所谓寻址方式,就是指操作数放在何处，采用何种方式寻找操作数。
上述“2”和“3”是操作数的寻址；“4”是指令的寻址。
在一条指令中,“指令的寻址”部分采用两种方式来表示:
#1一般指令中,如传送指令、算术运算指令、逻辑指令等，采用缺省方式，即指令中不包含“下一条指令”的地址，而用顺序存放的方式，紧接着本指令存放地址的后面就是“下一条”指令的存放地址。
#2在转移指令、调子程序指令等指令中包含“下一条指令”的地址。
主机中操作数只能放在CPU寄存器或存储器中。
存储器是分段的，操作数可能放在程序区也可能放在数据区。
１．8086寻址方式
1.什么是寻址方式
操作数和寻址方式（从硬件上解释操作数在指令、R、RAM、IO什么地方）
1、根据关键字规定操作数0-2个
如2个中间用逗号，且两个操作数或位长相同，（类型匹配）
2、操作数可以是数字、寄存器内容或存储单元内容
表示方法：
数字立即在指令中写出数字
寄存器内容在指令中写出寄存器名称
存储单元内容用括号括出存储单元有效地址
段地址可注明，否则BP为SS段，其余为DS段
例：
1234H，[1234H]，SI，[SI]，[BP]，ES：
[1234H]，ES：
[BP]
3、寻址方法：
（1）操作数是数字，指令中立即写出数字------------立即数寻址
MOVAX，1234H解释此句意义
立即寻址
操作数放在程序区，就在当前指令操作码的后一个字节中。
如：
汇编指令：
MOVAX，1234H
对应的机器指令是：
B8H34H12H
该指令的功能是：
将源操作数：
1234H传送到AX寄存器。
对源操作数而言，它就放在指令码B8的后面，这就是立即寻址。
（2）操作数是寄存器内容，指令中写出寄存器的符号---------寄存器寻址
MOVAX，BX
寄存器寻址
操作数放在CPU中的寄存器中。
如：
汇编指令：
MOVAX，BX
对应的机器指令是：
8BHC3H
指令功能是：
将BX中的数传送到AX寄存器。
源操作数是放在BX寄存器中，所以叫寄存器寻址。
指令的机器码中并不包含要传送的操作数。
只有BX的代码011B（C3H=11000011B）
（3）操作数是存储单元内容，用括号括出存储单元有效地址-----直接寻址
MOVAX，[1234H]
MOVAX，ES：
[1234H]
直接寻址
指令中直接包含有操作数存放的16位偏移地址。
该地址是数据区中的某一地址。
如：
汇编指令：
MOVAX，[2000H]
对应的机器指令是：
8BH06H00H20H
指令功能是：
将BX中的数传送到AX寄存器。
机器指令中的00H20H，就是源操作数的存放地址。
（低地址在前）
（4）操作数是存储单元内容，用括号括出寄存器或其表达式，寄存器或其表达式的值为存储单元有效地址-------------间接寻址
MOVAH，[BX]
MOVAX，ES：
[SI]
MOVAL，[BX+SI+5]===5[BX+SI]===5[BX][SI]
间接寻址所用寄存器为BX、BP称基址寻址，所用寄存器为SI、DI称
变址寻址，两者的组合称基址+变址，均可带位移量
寄存器间接寻址
操作数存放在以寄存器中的内容为偏移地址的存储器中。
寄存器只能是BX或BP或SI或DI之一。
若是BP，则对应的存储器是在堆栈段，段地址在SS中；其它则对应的存储器是在数据段，段地址在DS中。
如：
汇编指令：
MOVAX，[BX]
对应的机器指令是：
8BH07H
指令功能是：
将存储器[BX]中的数传送到AX寄存器。
机器指令中的（07H=00000111B）包含的111B，就是源操作数中寄存器BX的代码。
操作数中并不包含存储器地址，只包含寄存器的代码，所以叫寄存器间接寻址。
变址寻址
变址寻址实际上是在寄存器间接寻址的基础上再加一个16位的偏移量。
如：
汇编指令：
MOVAX，[SI+0100H]
对应的机器指令是：
8BH54H00H01H
指令功能是：
将存储器[SI+100H]中的数传送到AX寄存器。
机器指令中的（54H=01010100B）包含的010B，就是源操作数中寄存器SI的代码，00H01H就是16位偏移地址。
操作数中并不包含存储器地址，只包含寄存器的代码和16位偏移地址，所以叫变址寻址。
基址加变址寻址
如果操作数是存放在以[基址寄存器BX或BP+变址寄存器SI或DI]的存储器中则叫基址加变址寻址。
如：
汇编指令：
MOVAX，[BX+SI]
指令功能是：
将存储器[BX+SI]中的数传送到AX寄存器。
指令中的操作数中并不包含存储器地址，只包含基址寄存器和变址寄存器的代码，所以叫基址加变址寻址。
操作数类型和类型匹配
（1）操作数类型（位长）BYTE，WORD，DD，
（2）操作数类型的确定
数字12H，0012H，00000012H无法确定
寄存器内容AX，AH，AL确定
存储单元内容[1234H]
可字节；L[1234H][1235H]H字；L[1234H][1235H][1236H][1237H]H双字无法定
（3）两个操作数类型匹配
两个操作数类型都确定，必须在指令中匹配
MOVAX，BX
MOVAH，BL
MOVAX，BL错
两个操作数仅一个类型确定，8086自动匹配
解释MOVAX，86H
MOVAH，86H
MOVAX，[1234H]
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