微机原理与接口技术

原码：二进制数 = 1 101

反码=原码的每一位（除符号位）都取反 = 1 010

补码=反码+1 = 1 011

补码的补码=原码

[x+y]补=[x]补+[y]补

[x-y]补=[x]补+[-y]补

补码运算的符号位进位丢失 ≠ 溢出（若结果未超出-128~127）

双高位法判断是否溢出

最高位进位 xor 次高位进位 = 1 溢出

= 0 无溢出

0110

1100

定点数：

定点纯小数：符号位后面都是小数部分，定点纯整数：符号位后面都是整数部分。

十进制小数转二进制:

乘2取整数部分: : 0.321×2=0.642 – 0

0.642×2=1.284 – 1

0.284×2=0.568 – 0

0.568×2=1.136 – 1

…

0.321=0.0101…

二进制小数转十进制

(

0.1001

)

∗

−

∗

−

0.5

0.0625

(

0.5625

)

(0.1001)_2=1*2^{-1}+1*2^{-4}=0.5+0.0625=(0.5625)_{10}

$(0.1001)_{2} = 1 * 2^{- 1} + 1 * 2^{- 4} = 0.5 + 0.0625 = (0.5625)_{10}$

浮点数

N=2^pS

$N = 2^{p} S$

阶符 $P_f Pf$	阶码	尾符 $S_f Sf$	尾数

S用带符号的定点小数原码表示

p为带符号整数，用补码表示

0.5<S<1则称为规格化浮点数

例：将-18.75转换成规格化的二进制数（尾数8 位，阶码四位表示）:

(

−

18.75

)

(

−

10010.11

)

(

−

0.1001011

)

∗

101

(-18.75)_{10}=(-10010.11)_2=(-0.1001011)*2^{101}

$(- 18.75)_{10} = (- 10010.11)_{2} = (- 0.1001011) * 2^{101}$

先把十进制数转成二进制，再全部移到小数点后，乘上2的 i次方，i为移了的位数

微型计算机基本组成

1.CPU(微处理器) 2.内存储器(RAM,ROM) 3. 总线（地址总线AB，数据总线DB，控制总线CB）

4.接口芯片(I/O接口) 5.输入输出设备(I/O设备)

1.CPU

EU:执行部件

8个通用寄存器

ALU 算数逻辑运算部件 16位加法器，用于对寄存器和指令操作数进行算数或逻辑运算

FR 标志寄存器 9个标志位 6个存放指令结果状态

EU控制系统接收从BIU的指令队列中取出的指令代码向EU有关部分发出时序命令

功能: 指令的执行，向BIU输出数据，管理Reg和PSW
BIU：总线接口部件

4个段寄存器

指令指针寄存器(IP)

指令队列

20位地址加法器

总线控制逻辑

功能：完成所有外部总线操作，提供总线控制

使用指令队列实现流水线操作

在一条指令的执行过程中可以取出下一条（或多条）指令，指令在指令队列中排队（预取下一条指令的技术称指令流水线）；在一条指令执行完成后,就可以立即执行下一条指令，减少CPU为取指令而等待的时间，提高CPU的利用率和整个运行速度。

存储器空间：20根地址线

2^{20}=1MB

$2^{20} = 1 M B$

将存储器分成4种段，存放三类信息：代码、数据、中间结果和断点地址。

8086有20根地址线，但其内部可以表示的地址最多只能是16位。为了能寻址1MB空间，8086对存储器进行逻辑分段，每个段最大为64KB，最小为16B（此时最多64K个段）。

寄存器

寄存器是CPU内部用来存放数据的小型存储区域，一般用于存放运算的中间值和结果.下面是常用的寄存器

reg8(8位通用寄存器):

AH AL BH BL CH CL DH DL

其实就是对应的AX BX等16位寄存器的高8位和低8位。比如AH (A High)和AL (A Low)就是AX的高8位和低8位,其他的同理

reg16(16位通用寄存器)

AX BX CX DX

SI , DI 变址寄存器默认段:DS

IP 指令指针寄存器(指向下一条要取的指令的偏移量)，和CS组合使用可以取下一条要执行的指令

BP 指针寄存器，存储偏移量，默认段:SS，BP和SS组合使用可以访问整个堆栈

SP 指向SS的栈顶，SP和SS组合使用可以访问栈顶

Sreg(段寄存器)

将内存（主存储器）分段后，段寄存器保存的是每个段的段基址的高16位

DS（数据段寄存器） CS（代码段寄存器） SS（堆栈段寄存器） ES（附加段寄存器）：

存放相应段的基地址

PSW（标志寄存器）用来存放运算结果的特征

所以注意段寄存器存储的是地址。

操作数寻址方式：

1.立即寻址：操作数在指令中，操作数部分给出操作数

2**.寄存器(Reg)寻址**：操作数在寄存器Reg中，操作数部分给出对应Reg的编码

3.存储器寻址：操作数在主存储器中，操作数部分给出操作数的存储地址（段内偏移地址）

这里的段位偏移地址（仅针对存储器寻址）被称为有效地址EA

EA=基址寄存器+（变址寄存器x比例因子）+ 位移量

其中根据EA给出的方式不同，存储器寻址又可以分为

1) 直接寻址:EA直接在指令中给出,EA=位移量数据。默认为数据段DS的位移量。如MOV AL,[2000H] ，EA=2000H ，物理地址=DS*16+2000H

允许段超越（用指定的段Reg替代默认段）如：MOV AX,ES:[2000H]

☠️ 注意和立即寻址区分：立即寻址中后面的数是数据，而存储器寻址的直接寻址中后面的数是一个地址

2) 寄存器Reg间接寻址: EA在指令指定的Reg中 EA = Reg

☠️ 注意和寄存器寻址区分：寄存器寻址中寄存器里存的是操作数，而寄存器间接寻址里寄存器存的是操作数的有效地址EA（偏移量），可以看作指针

若Reg为DI,SI,BX，则默认操作数在数据段中。即操作数物理地址=DS*16+BX (或SI,DI)

若Reg为BP，则默认操作数在堆栈段内.  操作数物理地址=SS*16+BP

如果要取的操作数不在以上默认段，就必须加段超越前缀:

MOV AX, [SI] ; 将DS段[SI] [SI+1]的内容送到AX，因为AX是16位寄存器所以有两字节（1字节=8位）[SI]送到AL，[SI+1]送到AH

MOV BH,[BP] ; 将SS段[BP]的内容送到BH

3) 基址寻址

EA为指令中给出的基址寄存器与位移量之和。

MOV AX,[BX+24] 物理地址=DS * 16 + BX + 24

4) 基址加变址寻址

EA＝（基址Reg）＋（变址Reg ）

MOV AX，[BX＋SI]

MOV AX，[BX][SI]

常用指令

MOV

mov data,25H 立即数->存储器

mov ds,ax 通用Reg->段Reg

CS(代码段寄存器) 只能读取不能写入和修改. 因此不能向CS传送数据
内存的两个存储单元不能直接传送，需要用Reg做中介
段寄存器之间不能直接传送数据，例如MOV DS ,ES是错误的
立即数不能直接传送到段寄存器，应先传到通用寄存器再传到段寄存器
将立即数传送到存储单元时，必须显式说明存储器操作数的宽度类型。

PUSH/POP

push ax 将AX中的内容压入栈，SP=SP-2

pop bx将栈顶数据弹出到BX中，SP=SP+2

8086的堆栈从上往下增长，堆栈操作一定是16位操作
XCHG

XCHG AX,BX 将AX和BX内容互换

不能对段寄存器使用

不能两个都为存储器操作数
LEA

取存储器操作数在当前段内的有效地址送至通用寄存器

LEA AX,[BP+SI]

LEA DI,TABLE 将TABLE的有效地址送入DI

区别于：MOV DI,TABLE将TABLE的内容送入DI
IN/OUT

用于在AL或AX寄存器与I/O端口之间传送信息

x86 CPU中的16条I/O地址线,可形成： 64K个传送8位数据的端口地址；

①当端口地址＜256（使用8根地址线）：采用直接寻址方式，在指令中直接指定端口地址。

②当端口地址≥256（使用8~16根地址线）：采用间接寻址方式，端口地址放在DX中。

IN AX,20H 从端口20H和21H输入16位数据到AX

OUT 27H,AL 将8位数据从AL输出到端口27H
MUL/IMUL

将8位操作数与AL相乘结果放在AX中，或者将16位操作数与AX相乘结果放在（DX,AX）中。DX为高位，AX为低位

MUL BL

CMP

比较两个操作数并改变相应标志位，一般后跟条件转移指令，根据比较结果产生不同的转移

CMP AX,BX

无符号数比较结果:

指令	转移条件	含义	英文表述
JA/JNBE DEST	CF=0 AND ZF=0	无符号数A>B	JMP above (not below or equal)
JAE/JNB DEST	CF=0	无符号数A≥B	JMP above or equal (not below )
JB/JNAE DEST	CF=1	无符号数A	JMP blow (not above or equal)
JBE/JNA DEST	CF=1 OR ZF=1	无符号数A≤B	JMP blow or equal (not above)

有符号数比较结果:

指令	转移条件	含义	英文表述
JG/JNLE DEST	SF=OF AND ZF=0	有符号数A>B	JMP greater (not less or equal)
JGE/JNL DEST	SF=OF OR ZF=1	有符号数A≥B	JMP greater or equal (not less)
JL/JNGE DEST	SF≠OF AND ZF=0	有符号数A	JMP less (not greater or equal)
JLE/JNG DEST	SF≠OF OR ZF=1	有符号数A≤B	JMP less or equal (not greater)

SAL算术左移最低位用0填充，最高位移入进位标志位CF

SAR算术右移最低位抛弃，符号位复制到最高位

SHL 循环左移最低位用0填充，最高位移入进位标志位CF

ROR 循环右移最低位移入进位标志位和最高位

RCL 带进位循环左移

RCR 带进位循环右移

I/O 端口独立寻址（也称直接I/O映射编址）

存储器地址空间和I/O端口地址空间为两个不同的独立地址空间(80X86系统该编址方式)，即计算机单独给外设端口编址。计算机要有控制信号区分存储器空间和I/O口空间。

（a）优点： ◼ 1. I/O空间较存储器空间小，地址线少，译码电路简单 ◼ 2、不占用存储器空间；（b）缺点： ◼ 要有专门输入输出指令，寻址方式少，不灵活。

I/O 与存储器统一编址(存储器映射的I/O编址)

把一个外设端口看成存储器的一个单元，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。（a）优点： ◼ 1、不需要专门的输入输出指令； ◼ 2、可使用全部对存储器操作指令，指令多，方便； ◼ 3、端口数量多。（b）缺点： ◼ 1、占用存储器空间；在程序中不易分清存储器外设的访问 ◼ 2、寻址地址线数多，译码复杂

8086CPU中I/O译码电路使用A9来区别端口位置

A9=0 寻址主板上的512个I/O端口

A9=1 寻址I/O卡上的512个I/O端口

输入输出方式

1.无条件传送默认外设已准备就绪，程序不检查外设状态直接执行输入输出指令

2.查询方式(条件传送)

CPU从接口读取状态字，满足条件就从数据口输入输出，不满足则重新读取状态字

3.中断传送

4.直接数据通道传送:

DMA方式 : 直接存储器存取（Direct Memory Access）方式

DMA控制器: 包含:

控制寄存器

状态寄存器设置控制字，指定数据传输方向
地址寄存器: 要传送的数据块的首地址
字节计数器要传送的数据长度（字节数）

每个字节传送后地址寄存器+1,字节计数器1

硬件中断:

非屏蔽中断

由NMI引脚产生上升沿触发，中断类型码固定为2

可屏蔽中断

外部设备发出请求，CPU的INTR引脚引入，高电平触发

软件中断

除法出错中断 0型中断
单步中断 1型中断
溢出中断 4型中断
指令中断 n型中断

中断向量表：00000H~003FFH

中断向量：中断服务程序入口地址

IF标志位: IF=1 可响应中断请求，IF=0 不响应中断请求

TF标志位: 追踪标志位 TF=1 CPU进入单步执行方式，每执行一条指令就产生一个单步中断请求

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_42885747/article/details/121759387

微型计算机基本组成

寄存器

操作数寻址方式：

常用指令

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