1、微型計算機原理及應(yīng)用,主 講：郭振鐸,學(xué) 時：60,電子信息教研室中原工學(xué)院,總 目 錄,第1章 微型計算機概述,第2章 微型計算機的運算基礎(chǔ)與信息表示方法,第3章 8086/8088 微處理器結(jié)構(gòu),第4章 80X86 CPU的指令系統(tǒng),第5章 匯編語言程序設(shè)計,第6章 半導(dǎo)體存儲器,第7章 基本輸入輸出接口,第8章 中斷技術(shù),第9章 串行通信接口,第10章 并行接口技術(shù),第一章 微型計算機概述,微型計算機的發(fā)展與分類 微處理器的發(fā)展與分類 馮諾依曼機的思想 1、以二進制形式表示指令和數(shù)據(jù) 2、預(yù)存程序和數(shù)據(jù)，程序在執(zhí)行時可以高速的取出并加以執(zhí)行。 3、有運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出

2、設(shè)備組成。,第二章 微型計算機的運算基礎(chǔ)與信息表示方法,本章主要內(nèi)容 1、計算機中處理和表示的數(shù)及其與其它數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 十進制、二進制、十六進制和八進制的相互轉(zhuǎn)換 無符號數(shù)和有符號數(shù)的表示方法 原碼、反碼和補碼的轉(zhuǎn)換規(guī)則 2、數(shù)據(jù)運算溢出判斷 3、信息（數(shù)值與非數(shù)值）在計算機中的表示方法 ASCII碼表，大寫的AZ，小寫的az，09 的ASCII值,第3章 8086/8088 微處理器結(jié)構(gòu),本章主要內(nèi)容 8086 微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及EU、BIU 部件的作用； 8086 微處理器的外部引腳特性（了解）； 8086 微處理器內(nèi)部寄存器的分類、名稱及功能； 8086 微處理器系統(tǒng)存儲器的結(jié)構(gòu)及堆

3、棧的功能； 8086 系統(tǒng)總線的形成及兩種模式下的總線周期（不考）；,3.1 8080CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu),3.1 8080CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu),從功能上講可分為兩大部分：總線接口單元（BIU）和執(zhí)行單元（EU） 一、總線接口單元BIU 1、總線接口單元完成取指令，讀操作數(shù)，送結(jié)果，所有與外部的操作由其完成。 2、輸入輸出控制電路、指令隊列、專用寄存器組和地址加法器 二、執(zhí)行單元（EU） 1、指令執(zhí)行單元EU從BIU中取指令，并且執(zhí)行指令，不必訪問存儲器或I/O端口。 2、EU控制電路、ALU、通用寄存器組、狀態(tài)標(biāo)志寄存器,3.2 8086的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu),一、通用寄存器組 4個16位通用寄存器AX、BX

4、、CX、DX； 用于存放參與運算的操作數(shù)或運算結(jié)果。每個數(shù)據(jù)寄存器都是16位的，但又可將高、低8位分別作為兩個獨立的8位寄存器來用。 AX:除了作為累加器使用外，所有的I/O指令都使用該寄存器與外設(shè)端口交換信息。 BX: 存放操作數(shù)在數(shù)據(jù)段內(nèi)的偏移地址. CX:在設(shè)計循環(huán)程序時使用該寄存器存放循環(huán)次數(shù)。 DX：在寄存器間接尋址的I/O指令中存放I/O端口地址；在做雙字長乘除法運算時，DX與AX一起存放一個雙字長操作數(shù)，其中DX存放高16位數(shù)。 兩個變址寄存器SI和DI； 兩個指針寄存器BP（操作數(shù)在堆棧段的偏移地址）和SP；,3.2 8086的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu),二、段寄存器 CS：代碼段寄存器

5、DS：數(shù)據(jù)段寄存器 SS：堆棧段寄存器 ES：附加段寄存器 三、標(biāo)志寄存器FR,3.3 8086/8088 微處理器的存儲器結(jié)構(gòu),一、存儲器的組成 8086 CPU 具有20 位地址線，可尋址 1M 字節(jié)的存儲單元。 在此存儲空間中是以 8 位為一個字節(jié)順序排列存放， 每一字節(jié)都有一個唯一的 20 位物理地址。訪問其中任何一個字節(jié)，應(yīng)給出其物理地址。 直接尋址能力為220（1M)字節(jié)，用16進制數(shù)表示1M字節(jié)的地址范圍應(yīng)為00000HFFFFFH 8086的存儲器分為偶地址存儲體和基地址存儲體（A0、BHE）,二、CPU對存儲器的訪問 1、物理地址 任何一個存儲單元對應(yīng)一個20位的物理地址，也

6、稱為絕對地址； 物理地址由兩部分組成，即由段基址和偏移地址兩部分構(gòu)成； 段基址和偏移地址都是無符號的 16 位二進制數(shù)。 2、邏輯地址 16 位的段基址和偏移地址通稱為邏輯地址。 3、二者關(guān)系 物理地址=段基址*10H+偏移地址（有效地址） 注意BP，SP對應(yīng)堆棧段，IP對應(yīng)代碼段 舉例，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲,三、堆棧（重點） 1、基本定義 堆棧是在存儲器中定義的一個特殊存儲區(qū)域，用來存放需要暫時保存的數(shù)據(jù)。同其它邏輯段一樣，容量達 64KB（在 1MB 存儲空間中） 2、特點 先進后出 以字為單位進行操作（PUSH和POP的操作數(shù)必須為16寄存器） SP始終指向棧頂,第4章 80X86 CPU的

7、指令系統(tǒng),主要內(nèi)容 一、尋址方式 二、指令格式（不考） 三、指令系統(tǒng) 1、數(shù)據(jù)傳送指令 2、算術(shù)運算指令 3、位操作（邏輯運算與移位）指令 4、串操作指令 5、控制轉(zhuǎn)移類指令 6、處理器控制指令,第一節(jié) 尋址方式,一、尋址方式 尋址方式，就是指令中給出的尋找操作數(shù)（包括數(shù) 據(jù)操作數(shù)和地址操作數(shù)）的方法。 操作數(shù)的種類 數(shù)據(jù)操作數(shù) 立即數(shù)操作數(shù) 寄存器操作數(shù) 存儲器操作數(shù) I/O操作數(shù) 地址操作數(shù) 指令操作數(shù)的對象不是數(shù)據(jù)，而是要轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址。根據(jù)地址存放位置，也可以分為立即數(shù)操作數(shù)、寄存器操作數(shù)、存儲器操作數(shù)。,第一節(jié) 尋址方式,數(shù)據(jù)尋址方式 立即數(shù)尋址方式 操作數(shù)直接由指令給出，例如： ，

8、 說明：立即數(shù)可以為位，也可以為位，只能為整數(shù)，只能做源操作數(shù)。 寄存器尋址方式 操作數(shù)存放在指令規(guī)定的寄存器中，寄存器的名字在指令 中給出。例如： ， ， 說明：位寄存器為AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP或BP。 位寄存器為AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH或DL。,第一節(jié) 尋址方式,存儲器尋址方式 存儲器尋址方式的操作數(shù)存放在存儲單元中。存儲器尋址 方式是在指令中如何給出存儲器操作數(shù)在段內(nèi)的偏移地址 的。偏移地址又稱為有效地址(Effective Address，EA)，所 以存儲器尋址方式即為求得有效地址(EA)的不同途徑。 有效地址可以由以下三種地址分量組成： 位移量(D

9、isplacement)：存放在指令中的8位或16位的數(shù)。 基址(Base Address)：存放在基址寄存器BX或BP中的內(nèi)容。 變址(Index Addess)：存放在變址寄存器SI或DI中的內(nèi)容。 上述三種地址方式的不同組合，使得對存儲器操作數(shù)的尋 址產(chǎn)生了不同的方式。,直接尋址方式 直接尋址方式的操作數(shù)，有效地址只包含位移量一種分量，即在指令的操作碼后面直接給出有效地址。對這種尋址方式有：EA=位移量。 例如：MOV AL，1064H 寄存器間接尋址 MOV AX,BX 寄存器間接尋址方式的操作數(shù)有效地址只包含基址寄存器(BX、BP)的內(nèi)容或變址寄存器(SI、DI)的內(nèi)容一種分量。 以

10、SI、DI、BX為寄存器進行間接尋址: 操作數(shù)物理地址：PA=DS16D+? 以BP為寄存器進行間接尋址 操作數(shù)物理地址：PA=SS16D+BP,寄存器相對尋址 寄存器相對尋址方式的操作數(shù)有效地址EA是一個基址寄存器(BX,BP)或變址寄存器(SI,DI)的內(nèi)容和指令中給定的8位或16位位移量相加之和，有效地址由兩種分量組成. 例如： MOV AL, SI+10H 基址變址尋址 操作數(shù)有效地址是一個基址寄存器(BX或BP)和一個變址寄存器(SI或DI)的內(nèi)容之 和，所以有效地址由兩種分量組成。 例如： MOV AX，BX+SI 基址變址相對尋址 操作數(shù)有效地址是一個基址寄存器內(nèi)容、一個變址寄存

11、器內(nèi)容與指令中指定的一個8位或16位位移量之和，所以有效地址由三個分量組成。 例如：MOV AX，BX+SI+COUNT 注意有效地址EA的計算BP:SS，BX:DS.,I/O尋址 I/O端口尋址方式 端口直接尋址方式 端口地址用8位立即數(shù)(0-255)表示，例如： IN AL，21H 端口間接尋址方式 當(dāng)I/O端口地址大于FFH時，必須事先將端口地址存放在 DX寄存器中。例如： MOV DX，120H OUT DX，AX,地址尋址方式 尋求轉(zhuǎn)移地址的方法稱為地址尋址方式。 段內(nèi)直接尋址方式 轉(zhuǎn)移的地址是當(dāng)前的IP內(nèi)容和指令規(guī)定的下一條指令到目標(biāo)地址之間的8位或16位相對位移量之和，相對位移量

12、可正可負(fù)。例： JMP NEAR PTR PROGIA JMP SHORT QUEST 段內(nèi)間接尋址方式 轉(zhuǎn)移地址存放在寄存器或存儲單元中，例： JMP BX JMP WORD PTR BP+TABLE,段間直接尋址方式 在指令中直接給出16位的段地址和16位的偏移地址用來更新當(dāng)前的CS和IP的內(nèi)容。指令的格式可以表示為： JMP LABEL_NAME JMP FAR PTR NEXTROUTINT 段間間接尋址方式 由指令中給出的存儲器尋址方式求出存放轉(zhuǎn)移地址的四個連續(xù)存儲單元的地址。指令的操作是將存儲器的前兩個單元的內(nèi)容送給IP，后兩個單元的內(nèi)容送給CS，以實現(xiàn)到另一個段的轉(zhuǎn)移。 JMP

13、VAR_DOUBLEWORD JMP DWORD PTRBPDI,第4.2節(jié) 指令系統(tǒng),一、數(shù)據(jù)傳送指令 通用數(shù)據(jù)傳送指令(MOV) 實現(xiàn)：寄存器 寄存器 寄存器 存儲器 寄存器/存儲器 立即數(shù) 不能在兩個內(nèi)存單元之間直接傳送數(shù)據(jù)。 CS和IP不能作為目的操作數(shù)，但可以作為源操作數(shù)。 不能將立即數(shù)直接傳送給段寄存器。 段寄存器之間不能互相傳送值。 , 堆棧操作指令PUSH,POP 數(shù)據(jù)交換指令XCHG,目標(biāo)地址傳送指令 8086中，專用于地址傳送的指令有三條： LEA(Load Effective Address)取有效地址指令 LDS(Load pointer into register a

14、nd DS)取地址指針裝入DS和另一個寄存器的指令 LES(Load pointer into register and ES)取地址指針裝入ES和另一個寄存器的指令 標(biāo)志位傳送指令 讀標(biāo)志指令LAHF 設(shè)置標(biāo)志指令SAHF 對標(biāo)志寄存器壓入堆棧、彈出堆棧指令（PUSHF、POPF) 輸入/輸出數(shù)據(jù)傳送指令 輸入指令用于cpu從外設(shè)端口接收數(shù)據(jù) 輸出指令用于cpu向外設(shè)端口發(fā)送數(shù)據(jù),二、算術(shù)運算指令 1、加法指令 ADD，ADC，INC 注意INC指令的目的操作數(shù)位寄存器或存儲器操作數(shù)，不能為立即數(shù)和段寄存器 2、減法指令 SUB,SBB,DEC,NEG,CMP 3、乘法指令 MUL(無符號)

15、,IMUL（帶符號） 4、除法指令 DIV,IDIV 注意除法指令要求被除數(shù)是除數(shù)的兩倍長。 5、擴展指令 CBW(Byte to Word)，CWD (Word to Double Word) 6、BCD碼調(diào)整指令 AAA,DAA,AAS,DAS,AAM,AAD,三、位操作指令 邏輯指令的功能 邏輯指令主要用于根據(jù)源操作數(shù)中數(shù)據(jù)位的組合有選擇的使目的操作數(shù)中某些位改變、清零或?qū)λ鼈冞M行測試。 AND OR XOR NOT TEST Test指令后面可能跟一條JNZ或JZ指令，從而根據(jù)ZF的結(jié)果判斷是否轉(zhuǎn)移。 循環(huán)指令 （1）非循環(huán)移位指令 （2）循環(huán)移位指令 SAL(Shift Arithm

16、etic Left) ROL(Rotate Left) SHL(Shift Logic Left) RCL(Rotate throgh CF Left) SAR(Shift Arithmetic Right ROR(Rotate Right) SHR(Shift Logic Left） RCR(Rotate through CF Right),四、串操作指令 字符串傳送指令(MOVSB/MOVSW) 字符串比較指令(CMPSB/CMPSW) 字符串檢索指令(SCANSB/SCANSW) 取字符串指令(LODSB/LODSW) 存字符串指令(STOSB/STOSW) 用一條指令實現(xiàn)對一個字串或一

17、個字符串進行操作 共同特點： 可以用重復(fù)指令來進行串操作 串可以是字串或字節(jié)串 以SI作為源操作數(shù)的指針寄存器，默認(rèn)段為DS段；以DI作為目的操作數(shù)的指針寄存器，默認(rèn)段為ES段；串操作指令是唯一源操作數(shù)和目的操作數(shù)都在內(nèi)存中的一組指令 串操作的地址的修改和FLAG的DF位相關(guān)，DF=0時，SI和DI增量變化；DF=1時減量變化。對字符串操作，SI、DI每次變量為1，字串操作每次變量為2。 在同一個段內(nèi)實現(xiàn)字符串傳送時，應(yīng)該將數(shù)據(jù)段基址和附加段基址設(shè)置成同一數(shù)值，即(DS)=(ES)。,五、控制轉(zhuǎn)移類指令,段內(nèi)直接轉(zhuǎn)移 指令中給出一個相對位移量，IP(EA)=當(dāng)前IP值+位移量（8位或16位）

18、例如：JMP 1000H 段內(nèi)間接轉(zhuǎn)移 有效地址在寄存器或內(nèi)存單元中，采用立即數(shù)尋址之外的尋址方式獲得有效地址。IP(EA)=寄存器內(nèi)容（或內(nèi)存單元） 例如：JMP CX JMP WORD PTR1000H 段間直接轉(zhuǎn)移 指令中給出要轉(zhuǎn)移地址的段地址和偏移量，轉(zhuǎn)移時段地址帶入CS，偏移量帶入IP。IP(EA)=偏移量； CS=段地址 例如：JMP B000H:0100H 段間間接轉(zhuǎn)移 有效地址在兩個連續(xù)的內(nèi)存單元中，轉(zhuǎn)移時將這兩個單元的內(nèi)容送入CS:IP。IP(EA)=內(nèi)存單元；CS=內(nèi)存單元+2 例如：JMP DWORD PTRBX+SI JMP DWORD PTRDI 子程序調(diào)用和返回指令

19、CALL和RET,標(biāo)志處理和CPU控制類指令,第5章 匯編語言程序設(shè)計, 熟悉匯編語言的語法規(guī)則 掌握匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)及書寫格式 掌握等偽指令的語句格式、功能及應(yīng)用 掌握匯編語言源程序的建立、匯編、連接、調(diào)試及運行 掌握匯編語言程序的設(shè)計方法和技巧,一、偽指令語句 沒有對應(yīng)的機器指令，匯編程序匯編源程序時對偽指令語句進行處理，用于數(shù)據(jù)定義、存儲區(qū)分配、段定義、段分配、指示程序結(jié)束等。 1、數(shù)據(jù)定義偽指令：DB,DW,DD 2、段定義偽指令：SEGMENT,ENDS,ASSUME 3、過程定義偽指令：PROC,ENDP 4、常用分析運算符：SEG,OFFSET,TYPE,LENGTH,SI

20、ZE,DUP 2、指令語句 與機器指令相對應(yīng)，匯編程序把它翻譯成目標(biāo)代碼。 3、宏指令語句 在匯編語言中，對于多次使用的同一程序段，可以將這個程序段定義為一個宏指令。它的使用分為三步：宏定義、宏調(diào)用、宏展開。,二、匯編語言有三種程序結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu) 分支結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu) 三、DOS調(diào)用（BIOS調(diào)用不考） MOV AH,4CH INT 21H 四、匯編語言程序上機過程 用 EDIT 編輯程序，建立ASM源程序（文件名.ASM） 用 MASM 匯編程序產(chǎn)生目標(biāo)程序（文件名.OBJ ） 用 LINK 連接程序，將OBJ文件轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行文件（文件名.EXE） DEBUG調(diào)試，運行。,第6章 半導(dǎo)體存儲器

21、,一、基本概念 根據(jù)存取速度和用途分為內(nèi)存和外存 根據(jù)應(yīng)用角度分為RAM和ROM 二、存儲器擴展（本章重點） 1、位擴展 地址線、控制線 CS、WE 等并聯(lián) 芯片的數(shù)據(jù)線分別接數(shù)據(jù)線的高位和低位 需要的芯片數(shù)為：存儲器需要的字長N /芯片實際字長 L 2、字?jǐn)U展 片內(nèi)地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制線OE、WE 等并聯(lián) 片選線 CS 要單獨連接（多余的地址線經(jīng)譯碼后和其相連） 需要的芯片數(shù)為：存儲器需要的容量M /芯片實際容量 K,3、字位同時擴展 原則：先位擴展，后字?jǐn)U展 先按位擴展：片內(nèi)地址線、控制線CS、OE、WE 等并聯(lián)；數(shù)據(jù)線單獨引出，滿足位數(shù)要求 然后進行字?jǐn)U展； 片（組）內(nèi)地址線、讀寫控

22、制線OE、WE 等并聯(lián) 片選線 CS 要單獨連接（多余的地址線經(jīng)譯碼后和其相連） 需要的芯片數(shù)為：M / K N / L,第7章 基本輸入輸出接口,一、基本概念 接口電路 在外設(shè)和CPU三總線之間增設(shè)一個能控制外設(shè)與CPU進行信息交換的中轉(zhuǎn)電路，用來協(xié)調(diào)CPU和外設(shè)的信息交換及工作秩序，叫做接口。 端口 CPU與外設(shè)通信時，主要交換三種信息，數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。暫存這些信息的寄存器及控制邏輯統(tǒng)稱為I/O端口。 二、CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送方式 程序傳送方式（無條件傳送、條件傳送）、中斷傳送方式、DMA方式,三、I/O端口的編址方式 1、統(tǒng)一編址 I/O 端口和存儲單元按照存儲單元的編

23、址方法統(tǒng)一編排地址號，由 I/O 端口地址和存儲單元地址共同構(gòu)成一個統(tǒng)一的地址空間。 優(yōu)點：訪問端口同訪問存儲器一樣，不需專用的指令 缺點：占用了存儲器的地址空間，使存儲器的地址空間減少 2、獨立編址 I/O 地址空間和內(nèi)存地址空間是相對獨立的，有兩個地址空間，即 MEM 和 I/O 地址空間，由專用控制線來確定要訪問的對象。 優(yōu)點：不占用存儲器的地址空間 缺點：訪問端口必須使用專用的指令（如 IN / OUT） 8086 CPU系統(tǒng)采用了單獨編址方式，并通過 M /IO 控制信號來區(qū)分地址線上的地址是用于訪問存儲器或是訪問端口的。,第8章 中斷技術(shù),一、中斷的定義 CPU 執(zhí)行程序時，某種隨機的事件（外部或內(nèi)部）的產(chǎn)生 使 CPU 暫時中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的、為處理該事件的服務(wù)程序（稱為中斷服務(wù)程序），用于該事件的處理。該服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。這個過程稱為：中斷。中斷的過程具有隨機性 二、中斷的分類 內(nèi)部中斷：異常中斷和軟件中斷 外部中斷：可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷,三、中