第三章16位和32位微处理器的指令系统
郑州大学《微型计算机原理及应用》课后习题答案
郑州⼤学《微型计算机原理及应⽤》课后习题答案《微型计算机原理及应⽤》习题解答第⼀章基础知识1.1 解释题(1)微处理器【解答】由⼤规模集成电路芯⽚构成的中央处理器（CPU），叫做微处理器。
(2)微型计算机【解答】以微处理器为基础，配以内存储器、输⼊输出接⼝电路、总线以及相应的辅助电路⽽构成的计算机裸机，叫做微型计算机。
(3)微型计算机系统【解答】微型计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
即由微型计算机、配以相应的外部设备（如打印机、显⽰器、键盘、磁盘机等），再配以⾜够的软件⽽构成的系统。
(4)单板机【解答】将微处理器、RA、ROM以及I/O接⼝电路，再配上相应的外设（如⼩键盘、LED显⽰器等）和固化在ROM中的监控程序等，安装在⼀块印刷电路板上构成的微型计算机系统称为单板机。
(5)运算器【解答】运算器是直接完成各种算术运算、逻辑运算的部件，主要由ALU（Arithmetic and Logic Unit,算术逻辑部件）、通⽤寄存器、标志寄存器等组成。
(6)地址总线【解答】地址总线是CPU对内存或外设进⾏寻址时，传送内存及外设端⼝地址的⼀组信号线。
地址总线的条数多少决定了CPU的寻址能⼒。
(7)数据总线【解答】数据总线是CPU与内存或外设进⾏信息交换时，所⽤的⼀组数据信号线。
它决定了CPU ⼀次并⾏传送⼆进制信息的位数，反映出CPU的“字长”这个重要性能指标。
(8)控制总线【解答】控制总线是在CPU与外部部件之间传送控制信息（如读/写命令、中断请求命令等）的⼀组信号线。
1-2 单⽚机应包括哪些基本部件？其主要应⽤于哪些领域？【解答】⼀般单⽚机芯⽚中包括微处理器、RAM、ROM、I/O接⼝电路、定时器/计数器，有的还包括A/D、D/A转换器等。
其主要应⽤于智能化仪器仪表及⼯业控制领域。
1-3 按图1-11和图1-12，写出取第⼆条指令操作码和执⾏第⼆条指令的过程。
【解答】ADD AL,12H指令的取指过程：1)IP的值（002H）送⼊地址寄存器AR；2)IP的内容⾃动加1，变为003H；3)AR将地址码通过地址总线送到存储器的地址译码器，经译码后选中002H单元；4)微处理器给出读命令MEMR；5)所选中的002H单元内容04H送上数据总线DB；6)数据总线DB上的数据04H送到数据寄存器DR；7)因是取指操作，取出的是指令操作码04H，即由DR送⼊指令寄存器IR；8)IR中的操作码经指令译码器ID译码后，通过PLA发出执⾏该指令的有关控制命令。
《计算机硬件技术基础(第三版)》第3章 32位微处理器
（１）总线接口部件 总线接口部件与片内Cache外部总线接口实行的是逻辑接口连接。当访问 Cache出现没命中、或需更改系统存储器内容、或需向Cache写入某些信 息时，就要通过总线接口从外部存储器系统中取出一批数据。 （２）预取缓冲部件 预取缓冲部件 取指令是指从高速缓冲存储器Cache内或从内存储器中取出指令代码， 以备译码之用的操作。 （３）指令译码部件 指令译码部件 译码操作， 一是检查一条指令的格式， 二是确定它是哪种类型操作的指令，并给出这条指令所需的操作数。 （４）控制部件 控制部件 Pentium微处理器控制部件的作用是，负责解释来自指令译码部件的 指令字和控制ROM的微代码。控制部件的输出控制着整数流水线部件和 浮点部件。 （5）执行部件 执行部件 是微处理器用于执行指令所规定的具体操作的CPU的核心硬件部分。 这些非常具体的操作是指诸如数值运算、逻辑操作以及分支转移处理等。
为了支持在Pentium内采用的分支转移预测新技术，芯片内装备有两个 预取缓冲存储器，一个是以线性方式来预取代码，另一个则是根据分支转 移目标缓冲器（BTB）预取代码。这样就可以保证在执行之前将所需用的 指令从存储器预取出来。 由于Pentium采用了这项技术，可以在无延迟的情况下正确地预测各 种转移。另外，V流水线中的条件转移指令可以与一条比较类指令成对执 行，当然也可以与U流水线中的置标志指令配合执行。但Pentium作到了 与现有软件是完全兼容，所以不必修改现有软件。
计算机硬件技术基础
3．1 ．
CISC和RISC 和
1 复杂指令系统计算机 复杂指令系统计算机—CISC 每一种微处理器的CPU都有属于它自己的指令系统。 CPU正是通过执行一系列的特定的指令来实现应用程序 的某种功能。像Intel x86系列，为了增加新的功能， 就必须增加新的指令；另一方面，为了保持向上兼容， 又必须保留原有的指令。每条指令又有若干个不同的操 作字段，用来说明要操作的数据类型，以及存放的位置。 这就意味着一个较大的指令系统和复杂的寻址技术。以 这样的微处理器为平台的计算机系统就是“复杂指令系 统计算机”(CISC)。 CISC也有许多优点，如指令经编译后生成的指令程 序较小执行起来较快，节省硬件资源。像存取指令的次 数少，占用较少的存储器等。
微机原理 第三章 微处理器
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表3.1 通用寄存器的特定用法
寄存器 操作 寄存器 操作 在移位指令中作 移位次数计数器
AX
字乘，字除，字I/O
CL
AL
字节乘，字节除，字节I/O， 查表转换，十进制运算
字节乘，字节除
DX
字乘，字除指令 中作辅助累加器
堆栈操作，做堆 栈指针
AH
SP
BX
查表转换,做基址寄存器
SI
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2）逻辑地址与物理地址
逻辑地址（LA）和物理地址（PA）：
物理地址：就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器 进行数据交换时所使用的地址（20位）。
逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段基址和偏移地
址两部分组成（16位）。
物理地址=段基址（左移4位）＋偏移量
形成20位段 起始地址 16位
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2 . 8086/8088CPU的寄存器结构
8086/8088CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器， 按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标 志寄存器，如所示。
AH BH CH DH SP BP SI DI FLAGS IP CS DS SS ES AL BL CL DL 累加器 基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器 数据寄存器 通用寄存器 地址指针和 变址寄存器
2
3 4 5
6
存取一般变量（除3、4、5项外）
DS
有效地址EA
根据寻址方式计算出来的偏移量又叫操作数的有效地址EA
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4. CPU对堆栈的设置与操作
堆栈的功能：用于暂存数据和现场保护 （特别是在过程调用或中断处理时暂存断 点信息） 堆栈的解释：实际上是由特定存储单元 构成的一个存储区，只是在这个存储区中 信息的出入严格按照“先进后出”或“后 进先出”的规则进行。
32位微型计算机原理---史新福--第3版--西工大版---答案
01001110
01000010
01001110
11011110
异或：11010010
01001110 10011100
15.试画出组成微型计算机系统的框图并简述
各部分的作用。（18-19页） 硬件：运算器、控制器、存贮器、输入设备、 输出设备等；
软件：系统软件、应用软件；
源操作数:存储器直接寻址
目的操作数:寄存器寻址
⑵．MOV EDX,[BX]
PA=10*2000H+2000H=22000H
源操作数:寄存器间接寻址
目的操作数:寄存器寻址
⑶.MOV CL,[BX+100H]
PA=10*2000H+2000H+100H=22100H
源操作数:寄存器相对寻址
目的操作数:寄存器寻址
通讯网络系统：
16．微型计算机各部分的连接采用总线结构时有
哪几种方式？简述它们的优缺点。 （20页）
①.以CPU为中心的双总线结构：效率不高，运
算器是中间站降低了工作效率；
②.以存储器为中心的双总线结构：效率较高；
③.单总线结构：结构简单，增减设备方便；
④.三总线结构：高效率；
17.典型的微处理器是由哪几部分组成的？其主
13.试说明80486微处理器中指令流水线的硬
件组成与指令流水过程。 41-42页
硬件组成：8K内部Cache存贮器、32字节指
令预取队列、指令译码器、控制器、控制
寄存器和执行部件。 指令流水过程：1、指令预取 2、译码1 3、 译码2 4、执行 、5、回写
第三章 80x86寻址方式和指令系统
1.数据寻址方式有哪几种?
微型计算机原理及应用.doc
高纲1587江苏省高等教育自学考试大纲02277微型计算机原理及应用扬州大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室Ⅰ课程性质与课程目标一、课程性质和特点《微型计算机原理及应用》课程是机械电子等相关专业的一门重要的专业基础课，是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程，具有明显区别于其他课程的独特之处。
学习之初可能要机械记忆一些概念，并不能深刻理解。
后续学习过程中逐渐加深理解，直到彻底掌握适合计算机硬件学习的思维方式，也就是思路跟着数据流在芯片之间有序流动的思维方式。
二、课程目标设置本课程的目的是使学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及常用接口技术，建立微机系统整体概念，使学生具备微机应用系统软、硬件开发的初步能力。
在目前工厂企业都需要机器换人，提高自动化控制程度的大背景下，学习本门课程意义尤其重大。
工厂里很多操作工位，工人身处恶劣的工作环境，长期单调从事着简单、重复的机械动作，完全可以用简单的机械手取代人工。
本课程当中涉及I/O端口输入输出的内容，稍加修改完善即可投入实际应用，A/D转换技术用于采集生产线上的温度、压力、流量、位移、速度等物理量，端口输出技术可用于电机等各种执行机构的驱动控制，比如对机械手各关节电机的运动控制。
建议初学者先在实验装置上编程调试，熟练掌握各种常见芯片的驱动程序，常用执行部件控制方法，比如步进电机、伺服电机、阀门、继电器后，动手设计一些简单的测量与机电控制电路，简单的数码管显示或液晶模块显示电路，简单的成功往往会激发进一步学习的兴趣，当你成功的建立了一套测控系统的时候，可能变得一发而不可收，最终变成工厂里面不可或缺的机电控制人才。
另外建议，在这门课程的基础上，进一步学习相关单片机或PLC控制课程，便于构建灵活的、低成本的机电系统。
也可以购买插入电脑主板上PCI 插槽中的PCI总线的数据采集卡，或者不需要插入电脑中的可即时插拔的USB总线的数据采集卡，建立基于PC的控制系统，也可用PC机作为上位机，单片机或PLC作为下位机，构成集散控制系统。
16、32位微机原理、汇编语言和接口技术教程课后习题答案解析
《16/32 位微机原理、汇编语言及接口技术教程》部分习题参考解答第1 章微型计算机系统概述〔习题1.2 〕什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、芯片、嵌入式系统？〔解答〕通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。
单片机：是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。
芯片：称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。
嵌入式系统：利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统，其典型的特点是把计算机直接嵌入到应用系统之中。
〔习题1.5 〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。
〔解答〕：也称处理器，是微机的核心。
它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。
存储器：存储器是存放程序和数据的部件。
外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（）设备和输出（）设备，也称设备。
设备通过接口与主机连接。
总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。
习题1.6 〕什么是总线？微机总线通常有哪3 组信号？各组信号的作用是什么？〔解答〕总线：传递信息的共用通道，物理上是一组公用导线。
3 组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。
（1）地址总线：传输将要访问的主存单元或端口的地址信息。
（2）数据总线：传输读写操作的数据信息。
（3）控制总线：协调系统中各部件的操作。
习题1.7 〕简答如下概念：（1）计算机字长（2）取指－译码－执行周期（3）（4）中断（5）总线解答〕（1）处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。
（2）指令的处理过程，即指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。
微机原理第3章-指令系统
▲按给出偏移地址方式的不同，分为以下5种： 寄存器间接寻址 寄存器相对寻址 基址加变址寄存器 相对基址加变址寄存器 MOV AL, [ BX ] MOV AL, [ BX + 10H ] MOV AL, [ BX + SI ] MOV AL, [ BX + SI + 10H ]
（1）寄存器间接寻址
寄存器寻址方式的操作数是寄存器的值，指令中直接 使用寄存器名，包括8位或16位通用寄存器和段寄存器。可 使用的16位寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、 BP；其中：AX、BX、CX、DX可分成两8位使用。
例： MOV AX，CX
；（AX）
（CX）
INC CX
；（CX）
（CX）＋1
3.直接寻址（Direct Addressing）
0002
AH
AL
默认段寄存器的关系： ① 使用BX、SI、DI，默认段寄存器为DS
(BX)
PA = ( DS )×10H + (SI) (DI)
② 使用BP，默认段寄存器为SS PA = ( SS )×10H + ( BP )
使用BX、SI、DI的寄存器寻址，默认段寄存器为DS
寄存器组 AH AL BH BL CH CL DH DL SI DI BP SP AX BX CX DX DS ES SS CS IP 地 址 加 法 器
运 算 器
控制总线CB
码
器
PSW标志 寄存器
执行部件控制电路
CPU
总线
内存
例： MOV AX , [ BX + SI ]
若 ( DS ) = 4000H
( BX ) = 2000H ( SI ) = 100H 则内存操作数的物理地址为：
大工计算机原理第3章8086微处理器的指令系统(1)资料
第3章 8086微处理器的指令系统（1）3.1 指令系统概述● 指令系统是一台计算机所能（识别和执行）的全部指令的集合。
它与（微处理器）有着密切的关系,不同的微处理器有不同的指令系统。
8086CPU 包含133条指令● 指令是使计算机执行某种（特定操作）的二进制编码。
指令一般包括两个部分：（操作码域）和（地址域）。
填空操作码域：存放指令的操作码,即指明该指令应由计算机完成何种操作。
地址域：确定操作数的值或地址、操作结果的地址，有的指令的地址域还指出下一条指令的地址。
● 机器指令：计算机能（直接识别）的二进制代码。
● 汇编语言：汇编语言是一种符号语言，用助记符表示操作码，用符号或符号地址表示操作数或操作数地址,它与机器指令是一一对应的● 汇编程序：将汇编语言源程序翻译成机器语言（就是一条一条的机器指令），即目标程序。
3.2寻址方式● 根据（指令内容）确定（操作数地址）的过程，称为寻址。
● 根据寻址方式计算所得到的地址叫做（有效地址EA ）,也就是(段内偏移地址)。
有效地址还需要与相应的(段基地址)组合才是20位的(物理地址PA) ，该工作由微处理器来完成。
牢记什么是EA ？什么是PA ？怎么计算？后面有关于EA 和PA 的解释及计算方法！● 寻址方式在两种方式下被涉及：（操作数）的寻址方式和（指令）的寻址方式。
如果没有特别说明,寻址方式是指源操作数的寻址方式。
1、隐含寻址（隐含了规定的操作数）例：DAA 指令,只有操作码,无操作数。
规定对AL 中的内容进行压缩BCD 码转换。
2、立即寻址（操作数（立即数）直接放在指令中，不需访问存储器）例：MOV AX ，1234H （若CS=1000H ，IP=100H ）3、寄存器寻址（操作数就放在内部寄存器中,不需访问存储器）例：INC CX ；(CX)←(CX)+1 MOV AX ，BX ；执行后BX 内容不变 4、直接寻址（指令中直接给出操作数的存放地址） 例1：MOV AX ，[4000H] （DS ＝3000H ）☞操作数寻址 可以进行寄存器寻址的寄存器： （16位）AX 、BX 、CX 、DX 、SI 、DI 、SP 、BP（8位） AH 、AL 、BH 、BL 、CH 、CL 、DH 、DL例2：MOV ES:[1234H]，BL （ES ＝4000H ）注意：（1）指令中给出的[4000H]和[1234H]是操作数的偏移地址。
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(1) 立即数寻址方式(Immediate Addressing)。立即数寻址方 式所提供的操作数直接包含在指令中，紧跟在操作码之后，它 作为指令的一部分，这种操作数称为立即数。立即数可以是８ 位的，也可以是16位的。如果是16位数，则高位字节存放在高 地址存储单元中，低位字节存放在低地址存储单元中。例如：
表3 MOD与R/M字段组合的寻址方式
3.1.1 8086的寻址方式
1．操作数的种类 1) 数据操作数 这类操作数是与数据有关的操作数，即指令中操作的对象是数 据。数据操作数又可分为： (1) 立即数操作数。指令中要操作的数据包含在指令中。 (2)寄存器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的寄存器中。 (3)存储器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的存储单元中。 (4)I/O操作数。指令中要操作的数据来自或送到I/O端口。
2) 地址操作数
这类操作数是与程序转移地址有关的操作数，即指令中操作 的对象不是数据，而是要转移的目标地址。它也可以分为立即数 操作数、寄存器操作数和存储器操作数，即要转移的目标地址包 含在指令中，或存放在寄存器中，或存放在存储单元之中。
对于数据操作数，有的指令有两个操作数：一个称为源操作 数，在操作过程中其值不改变；另一个称为目的操作数，操作后 一般被操作结果代替。有的指令只有一个操作数，或没有(或隐 含)操作数。
清华大学计算机系列教材
戴梅萼 史嘉权 编著
2020/5/13
2
3.1 8086的寻址方式和指令系统
每台计算机都有一套反映该计算机全部功能的指令，它构成 了该计算机的指令系统。通常指令以二进制编码的形式存放在存 储器中，用二进制编码形式表示的指令称为机器指令。CPU可以 直接识别机器指令。用符号表示的指令称为符号指令。 符号指令 具有直观、易理解、 可帮助记忆的特点。 汇编语言程序中的指 令就是符号指令。在计算机中，符号指令与机器指令具有一一对 应的关系。
对于地址操作数，指令只有一个目的操作数，它是一个供程 序转移的目标地址。
2．寻址方式
所谓寻址方式，就是指指令中给出的寻找操作数(包括数据 操作数和地址操作数)的方法。根据操作数的种类，8086/8088指 令系统的寻址方式分为两大类：数据寻址方式和地址寻址方式。
1) 数据寻址方式 数据寻址方式可分为立即数寻址方式、寄存器寻址方式、
MOV CL，DL
MOV AX，BX
如果(DL)=50H，(BX)=1234H，则指令执行情况如图所示。执行 结果为：(CL)=50H，(AX)=1234H。
C L
D L 50H
A X
B X 12H 34H
寄存器寻址方式的指令执行情况
由于寄存器寻址方式的操作数就在CPU内部的寄存器中， 不需要访问存储器来取得操作数，因而可以取得较高的运行速度。
MOV BL，80H
MOV AX，1090H
则指令执行情况如图所示。执行结果为：(BL)=80H， (AX)=1090H。
BL
存储器 操作码
80H
பைடு நூலகம்AX
存储器 操作码
90H 10H
立即数寻址方式指令的执行情况
(2) 寄存器寻址方式(Register Addressing)。寄存器寻址方式 的操作数存放在指令规定的寄存器中，寄存器的名字在指令中 指出。对于16位操作数，寄存器可以是AX、BX、CX、DX、SI、 DI、SP或BP。对于８位操作数，寄存器可以是AH、AL、BH、 BL、CH、CL、DH或DL。例如：
8086/8088不同字长的指令码格式
操作码和寻址方式字节格式
在操作码字节中第D1、D0位分别用于表示指令中数据传送 的方向和操作数类型。
由于8086 CPU不允许一般的存储器到存储器的传送，所以 至少有一个操作数必须是寄存器。
如果D=0, 则寻址方式字节中的reg域指定的寄存器用作源 操作数； 若D=1， 则由reg域指定的寄存器为目的操作数， 而 源操作数可来自r/m域中的存储器或另一个寄存器。
通常指令的第一字节为操作码字节(OPCODE)，规定指令 的操作类型；第二字节为寻址方式字节(MOD)，规定操作数的 寻址方式；接着以后的3～6字节依据指令的不同而取舍，可变字 长的指令主要体现在这里，一般由它指出存储器操作数地址的位 移量或立即数。
8086/8088/80286 CPU指令编码的一般形式 操作码和寻址方式字节格式
(3) 存储器寻址方式(Memory Addressing)。存储器寻址方式 的操作数存放在存储单元中。在第2章中已经知道，操作数在存 储器中的物理地址是由段地址左移4位与操作数在段内的偏移地 址相加得到的。段地址在实模式和保护模式下可从不同途径取得。 本节要讨论的问题是指令中是如何给出存储器操作数在段内的偏 移地址的。偏移地址又称为有效地址(Effective Address，EA)， 所以存储器寻址方式即为求得有效地址(EA)的不同途径。
每条符号指令都由操作码和操作数两部分组成，操作码表示 计算机执行某种指令功能，操作数表示操作中所需要的数据或者 所需数据与输出数据的存放位置（又称地址码）。
8086/8088指令系统的指令类型较多，功能很强。各种指令 由于功能不同，需要指令码提供的信息也不同。为了满足不同功 能的要求又要尽量减少指令所占的空间，8086/8088指令系统采 用了一种灵活的、由1～6个字节组成的变字长的指令格式，包括 操作码、寻址方式以及操作数三个部分，如图所示。
W(宽度)用于表示操作数是8位数还是16位数。若W=0，指 令中两个操作数均是8位数，指令按字节进行操作；若W=1，则 为16位数， 指令按字进行操作。
第二字节为寻址方式字节，指出两个操作数的存放地址， 以及寻求存储器中操作数有效地址EA(Effective Address)的方法。
reg域：规定一个寄存器操作数，它在指令中作为源操作数 还是目的操作数由操作码(第一)字节中的W位规定。 由reg域选 择的寄存器的具体规定如表1所示。
mod域： 用来区分另一个操作数是在寄存器中(寄存器寻址)， 还是在存储器中(存储器寻址)。在存储器寻址的情况下，还用来 指出该字节后有多少位移量字节。mod域的编码及其说明如表2 所示。
表1 reg域及其说明
表2 mod(方式)域及说明
R/M字段受MOD字段控制。MOD=11为寄存器方式，R/M 字段将指出第二操作数所在的寄存器编号；MOD=00，01，10 为存储器方式，R/M则指出如何计算存储器中操作数的偏移地 址。MOD与R/M字段组合的寻址方式见表3。