微机系统知识点整理(1)

写在前面

教材：微型计算机原理与汇编语言程序设计第二版（科学出版社），微型计算机原理与接口技术第二版（科学出版社），汇编语言实验指导书（校内教材）。教材主要以Intel8086CPU和Pentium系列处理器为例介绍。

微机系统对我来说太难了，之后继续学硬件/计算机底层的概率极低，不打算在此花费太长时间，于是决定每天花1h来学微机。更新随机，随时会咕咕咕。这里只是记录一下教学指导中重要的知识点，没写的不代表不重要。其他关于理解方面的会放在其他随笔中。大概率也会咕掉OTZ

欢迎捉虫！

上册：微型计算机原理与汇编语言程序设计

第1章 绪论

1．CISC和RISC技术的主要特点。

	指令系统	内存访问	电路结构	典型处理器
RISC	简单，指令短、等长	专有指令、简单	简单，设计周期较短，面积小，功耗低	IBM的PowerPC和PowerPC2，ARM微处理器，Sun的SPARC，HP的PA-RISC 7000和MIPS的R系列
CISC	复杂，指令长、不等长	很多指令、复杂	复杂，设计周期长，技术更新难，功能强	Intel x86、AMD、TI、Cyrix、VIA

第2章 16位微处理器Intel8086

2．8086的内部逻辑结构——BIU和EU的组成与功能；

• BIU：Bus Interface Unit，总线接口单元，用来完成所有总线操作
  • 组成：
    1.4个16位指令指针
    2.16位指令指针
    3.6字节指令队列
    4.总线控制逻辑
    5.20位地址加法器
  • 功能：
    1）取地址
    2）形成物理地址
    3）传送数据，实现CPU与内存、I/O端口间的数据传送

指令预取策略：当指令队列出现2个以上空字节（8086）时，自动按CS:IP组成20位物理地址，到存储器去取指令，一次取两个字节。

• EU：Execution Unit，执行单元，即执行各项运算的单元。
  • 组成：
    1.16位ALU
    2.16位标志寄存器
    3.EU控制电路
    4.8个16位通用寄存器
  • 功能：
    1）从BIU指令队列读取指令
    2）由EU控制电路译码分析
    3）在EU中计算操作数的16位偏移地址送BIU，由BIU形成20位物理地址
    4）将取来的操作数送ALU进行指令运算
    5）结果送寄存器或BIU放到内存中
    6）本次操作状态放到标志寄存器中

8086微处理器的构成（加上与8088的比较）

可以看出，8086CPU与8088CPU的EU相同，BIU有差别：

• 外部DB
  • 8086有16位
  • 8088只有8位
• 指令队列
  • 8086为6个字节
  • 8088为4个字节

*DB：Data Bus，数据总线

8086的结构特点

• 由BIU、EU两个独立单元组成
• 取指和执行重叠

3．8086微处理器的寄存器及功能；

8086CPU有14个16位寄存器，包括：

• 4个数据寄存器
• 4个指针及变址寄存器
• 2个控制寄存器
• 4个段寄存器

数据寄存器与指针及变址寄存器都称为通用寄存器

功能：

• 数据寄存器：存放操作数据及中间结果
  • AX 累加器，Accumulator Register
  • BX 基址寄存器，Base Register
  • CX 计数器，Counter
  • DX 数据寄存器，Data Register

  可高低字节分别寻址，H为高字节，L为低字节 可存16位地址 有专门功能

• 指针及变址寄存器：存放逻辑地址的偏移量，是20位物理地址的组成部分
  • SP 堆栈指针，Stack Pointer，指示堆栈段中栈顶位置，用于数据进出栈的位置指向
  • BP 基址指针，Base Pointer，指示堆栈段中一个数据区的基址位置，用于访问堆栈段的某个数据
  • SI 源变址寄存器，Source Index，源串指针，指示在数据段中一个源串操作数的位置
  • DI 目的变址寄存器，Destination Index，目的串指针，指示在附加段中一个目的串操作数的位置

  源串操作数：被操作的数据串
  目的串操作数：操作后的被存放的数据串
  SI、DI用于数据传操作，且隐含使用。

• 段寄存器
  • CS 代码段寄存器，Code Segment，存放当前执行程序的段起始地址
  • SS 堆栈段寄存器，Stack Segment，存放当前堆栈段的段起始地址
  • DS 数据段寄存器，Data Segment，存放当前数据段的段起始地址
  • ES 附加段寄存器，Extra Segment，存放当前附加段的段起始地址

  8086中，默认段起始地址是16的倍数。即20位物理地址的低四位都是0。
  附加段：有时程序需要从一个数据段取出，存放到另外一个段，这时需要同时指示两个段，即一个数据段，一个附加段。

• 控制寄存器：
  • IP 指令指针，Instruction Pointer，存放下一次要取出的指令的偏移地址
  • Flag 标志寄存器，存放ALU状态和对CPU的控制状态。16位定义9位，分为6位状态标志和3位控制标志

  IP不能被程序直接存取，有BIU来修改，类似PC。下一条指令的实际地址： CS:IP
  
  

4．引脚功能：INTR、NMI、RD、WR、MN/MX、BHE、M/IO；

• INTR ：可屏蔽中断请求信号，高电平有效
• NMI ：非屏蔽中断请求信号，上升沿有效
• RD ：读选通，低电平时有效
• WR ：写信号，低电平时有效
• MN/MX ：最小/最大模式，接+5V最小模式，接地最大模式
• M/IO ：存储器、输入输出控制，高电平时为存储器，低电平时为输入输出
• BHE ：与A0的代码组合对应相应的操作

BHE	A0	操作	所用数据引脚
0	0	从偶地址单元开始读/写一个字	AD15~AD0
0	1	从奇地址单元或端口读/写一个字	AD15~AD8
1	0	从偶地址单元或端口读/写一个字	AD7~AD0
1	1	无效	--

当连续两个周期BHE与A0值为{0,1}和{1,0}时，从奇地址开始读/写一个字（在第一个总线周期将第八位数据送到AD15_{AD8，下一个周期将高八位数据送到AD7}AD0），所用的数据引脚为AD15~AD0.

5．两种工作（组成）模式；

• 最小模式：单机系统，只有一个8086CPU，所有控制信号由该CPU产生。系统中的控制电路可减到最小。
• 最大模式：多机系统，有两个以上CPU，一个主8086CPU，其他为协处理器（如8087/8089），控制信号由总线控制器8288产生。
  
  

6．8086逻辑地址、物理地址及转换。

物理地址：信息在存储器中实际存放的地址。地址通过地址线给出
逻辑地址：编程中使用的地址
逻辑地址的格式：
      段地址：段内偏移量
物理地址的计算：
      物理地址 = 段寄存器 * 16 + 段内偏移量
      （20位） （16位）（10H）（16位）

段地址：决定该段第一个字节的位置
段内偏移量：该存储单元相对于该段起点字节的距离。指令中称为有效地址EA
同一个物理地址可以用不同的逻辑地址来表示

7．8086中断向量表。

8086可以处理256种不同类型的终端，每一种终端都规定一个唯一的中断类型编码。CPU根据中断类型编码来识别中断源。

中断分类：

• 外部中断：由外部中断源引起的终端，INTR，NMI。
• 内部中断：由内部软件中断指令产生，或者在某些特定情况下，由CPU本身触发产生。
  • 软件中断：中断指令INT n，一处中断指令INTO，断电中断指令INT3。
    特点：
    • 不受IF控制
    • 不读取中断向量
    • 优先权高
  • 软件陷阱：除法错误中断，单步中断

中断向量：中断服务程序的起始地址。一个中断向量占4个存储单元。
     中断向量地址 = 中断类型码 * 4

中断优先级：（高）除法错误 - 软件中断 - NMI - INTR - 单步（低）

END