【微机原理】32位微处理器
微机原理重点仅供参考
逻辑地址：由段基址和偏移地址两部分构成。
段基址是该段第一个单元高4位（16进）的地址；某个单元的偏移地址就是该单元地址和段首单元的地址之差。
物理地址：是CPU访问内存外设所需实际地址（20位）。
寄存器组：是CPU内部的若干个存储单元。
用来存放参加运算的二进制数据以及保存运算结果。
一般可分为通用寄存器和专用寄存器，通用寄存器可供程序员编程使用，专用寄存器的作用是固定的，如堆栈指针，标志寄存器等。
DOS为磁盘操作系统的简称，能够实现控制键盘、显示器、读写文件、串行通信等一系列功能。
采用DOS系统功能调用时，一般步骤为：1、功能调用号送AH寄存器。
2、设置入口参数。
3、执行DOS 功能调用：INT 21H。
4、分析出口参数。
常用的DOS系统功能调用：1、键盘输入2、显示单个字符3、控制台输入4、显示字符串5、键盘输入字符串。
常用BIOS调用：1、设置显示器显示模式2、设置光标位置。
8086CPU指令系统：1、数据传送类指令2、算术运算类指令3、逻辑运算与移位类指令4、串操作类指令5、控制转移类指令6、处理器控制指令DOS操作系统下，编辑、修改和运行汇编语言程序，需要用文件编辑软件、宏汇编程序、连接程序和调试程序。
E^2PROM是一种在线可编程只读存储器，它像RAM那样随机地进行改写，又能像ROM那样在掉电的情况下所保存的信息不丢失，即E^2PROM兼有RAM和ROM 的双重功能特点。
另一个优点是擦除可以按字节分别进行。
字节的编程和擦除都只需要10ms。
中断：软件中断和硬件中断，硬件中断：可屏蔽中断和非屏蔽中断。
2732Eprom容量4kb，32/8。
DMA方式又叫直接存储器存取方式，即在外设与存储器见传送数据时，不需要通过CPU中转，由专门的硬件装置DMA控制器即可完成。
由于这种传送是在硬件控制先完成，不需CPU的介入，故具有较高的工作效率。
优点是传输速度高，适用与高速传输的外部设备。
缺点是需要专门的DMA控制器，成本较高。
微机原理及接口技术概述
数据总线DB
控制总线CB
1.2.2 微型计算机的软件系统
操作系统 MS-DOS
汇编程序
文本编辑程序
MASM和LINK
调试程序
DEBUG.EXE
1.3 IBM PC系列机系统
16位IBM PC系列机是32位微机的基础 8088CPU
IBM PC机 IBM PC/XT机 IBM PC/AT机
（1）数—用来直接表征量的多少，它们有大小之分，可进行各种数学 运算。 （2）码—用来指代某个事物或事物的状态属性。计算机对码主要是做 管理、编辑、判断、检索、转换、存储及传输等工作。
1.4.1 计算机中的数
在讨论计算机中的数时，需要说明几个基本概念:
(1)进位计数制---即采用进位的计数方法。采用这种计数方法后人们可以用有限的数 码符号来表示无穷大或无穷小的数。在计算机领域，常用的进位计数制有二进制、十进 制、八进制和十六进制（因本课程不使用八进制数据，故以下从略）。例如，二进制中 有两个数码符号，即0和1,执行逢2进1的运算规则；十进制中有10个数码符号0-9，执行 逢10进1的运算规则；十六进制中有16个数码符号0一9及A一F，执行逢16进1的运算规则。 注意，在十六进制中，数码A表示十进制的10，但决不能记作10，因为1和0是两个十六 进制符号。 (2)基数---某种进位计数制中所包含的数码个数就是该数制的基数（Base），如二进制 的基数为2，N进制的基数为N。基数体现了该数制中进位和借位的原则：当我们在某个 数位上计够一个基数时需要向前进1；反之，从前一位借1可在后一位上当一个完整的基 数来使用。 (3)权—也称权重（Weight），表示进位计数制中各数位的单位值（可形象地理解为每个 数位的单位“重量”）。权可以用基数幂的形式来表示，例如在十进制数1111.11中， 各个“1”具有不同的权重，从左到右分别为：103、102 、101、100、10-1和10-2。还可进 一步推广到N进制数(1111．11）N，从左到右各数位上的权重分别是：N3、N2、 N1、N0, N-1和N-2。
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。
微机原理课后单元习题-单元2-8086cpu
习题二 8086微处理器答案主要内容：主要介绍8086／8088CPU内部结构。
了解80X86CPU的特点。
8086 CPU在内部结构上由哪几部分组成其功能是什么【答】8086的内部结构分成两部分。
总线接口部件BIU，负责控制存储器与I/O端口的信息读写，包括指令获取与排队、操作数存取等。
执行部件EU负责从指令队列中取出指令，完成指令译码与指令的执行行。
8086的总线接口部件有那几部分组成其功能是什么【答】8086的总线接口部件主要由下面几部分组成：4个段寄存器CS/DS/ES/SS，用于保存各段地址；一个16位的指令指针寄存器IP，用于保存当前指令的偏移地址；一个20位地址加法器，用于形成20位物理地址；指令流字节队列,用于保存指令；存储器接口，用于内总线与外总线的连接。
8086的执行单元（部件）由那几部分组成有什么功能【答】8086的执行单元部件主要由下面几部分组成：控制器、算数逻辑单元、标志寄存器、通用寄存器组。
（1）控制器，从指令流顺序取指令、进行指令译码，完成指令的执行等。
（2）算数逻辑单元ALU，根据控制器完成8/16位二进制算数与逻辑运算。
（3）标志寄存器，使用9位，标志分两类。
其中状态标志6位，存放算数逻辑单元ALU运算结果特征；控制标志3位，控制8086的3种特定操作。
（4）通用寄存器组，用于暂存数据或指针的寄存器阵列。
8086内部有哪些通用寄存器【答】四个16位数据寄存器AX、BX、CX、DX，二个指针寄存器SP、BP, 二个变址寄存器SI、DI。
这些寄存器使用上一般没有限制，但对某些特定指令操作，必须使用指定寄存器，可参考后面指令系统章节。
8086内部有哪些段寄存器各有什么用途【答】四个16位段寄存器：CS、DS、SS、ES，分别保存代码段、数据段、堆栈段与扩展段的段地址。
8086CPU状态标志和控制标志又何不同程序中是怎样利用这两类标志的 8086的状态标志和控制标志分别有哪些【答】（1）标志分两类：状态标志（6位）,反映刚刚完成的操作结果情况。
微机原理复习题
6、下列指令中，有语法错误的指令是 C）JMP WORD PTR[BX+8]
7、“先工作后判断”的循环程序结构中，循环执行的次数最 少是 次。 A）1 A）OF B）0 标志 （C）SF （D）ZF 。 （B）CF C）2 D）不定 8、DEC指令不影响
9、条件转移指令JNE的测试条件是 A）ZF=1 （B）CF=1 （C）ZF=0 （D）CF=0
14、输入/输出指令中的端口包含直接寻址和间接寻址两种方式， 其中直接寻址的端口地址范围是 ，间接寻址时必须使用寄 存器 ，寻址范围是 。 15、 已知AL=35H，BL=0DEH，对带符号数执行 ADD AL，BL后， CF= ，OF= 。 16、 寻址方式是指 ，指令MOV COUNT[SI]，AX中，目的 操作数采用的是 寻址方式，该操作数在 段。 17、一个有20个字的数据区，它的起始地址为50B0： H，该数 据区的最后一个字单元的物理地址为5B71CH。
20、已知中断控制器8259A的IR0的中断型号为88H，则其IR5的 中断类型号为 。*** A）8DH B）88H C）82H D）不能确定,需另外设置
二、填空题
1 、 8088 具 有 根 地 址 线 。 在 访 问内 存 时 使用 地 址 线 ，可直接寻址 容量的内存范围；在访问外 设时使用地址线 ，共能寻址 输入输出端口。 执行一条指令所需要的时间被称为 周期，而总线 周期指的是 ，8088典型的总线周期由 个 T 组成。如果8088的CLK引脚接2MHz的时钟信号，那么每个 T状态的持续时间为 。 2、在立即寻址方式下，操作数存放在 段中；在直接寻
9、乘法指令中规定：字节运算时，乘积被默认存放在 寄 存器中。 10、定义了的变量名具有： 、 、 、 和 属性。 11、32位微处理器除算术逻辑部件和控制部件以外，还包含一 组 以及 等特殊的存储器。(数据cache和指令cache) 12、在半导体存储器中，RAM指的是 ，它可读可写，但断电 后信息一般会 ；而ROM指的是 ，正常工作时只能 从中 信息，但断电后信息 。以EPROM芯片2764为 例，其存储容量为8K×8位，共有 条数据线和 条地 址线。用它组成32KB的ROM存储区共需 片2764芯片。 13、主机与I/O间的数据传送的方式通常 有 、 、 。
微机原理
第一章ENIAC 的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 。
冯·诺依曼（Johe V on Neumman ）提出了“存储程序”的计算机设计方案。
特点是： 1、采用二进制数形式表示数据和计算机指令。
2、指令和数据存储在计算机内部存储器中，能自动依次执行指令。
由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。
工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。
一型计算机的分类字长：有4位、8位、16位、32位、64位微型计算机等 工艺：可分成MOS 工艺、双极型TTL 工艺的微处理器 结构类型：有单片机、单板机、位片机、微机系统等 用途：个人计算机、工作站/务器、网络计算机 体积大小：台式机、携机。
二．微型计算机的性能指标介绍位：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。
字长：是计算机在交换、加工和存放信息时的最基本的长度。
字节（Byte ）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。
字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。
主频：也称时钟频率，是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。
访存空间：是该微处理器构成的系统所能访问的存储单元数。
指令数：构成微型计算机的操作命令数。
基本指令执行时间：计算机执行程序所花的时间。
可靠性：指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。
兼容性：指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。
性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。
微型计算机是以微处理器为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成 ：1.中央处理单元CPU （Control Processing Unit ）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，俗称微处理器。
微处理器是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微型机的各项关键指标。
微机原理习题答案3
《微型计算机原理》习题3（P117）参考答案（部分题号与教材有错位，请注意）3.1 为什么要研究8086/8088微处理器及其系统?这比直接研究32位微处理器及其系统有何优缺点?解:尽管8086/8088后续的80286、80386、80486以及Pentium系列CPU结构和功能已发生很大变化，但从基本概念与结构以及指令格式上来讲，他们仍然是经典的8086/8088CPU的延续与提升。
3.2 8086 CPU有多少根数据线和地址线？它能寻址多少内存地址单元和I/O端口？8088CPU又有多少根数据线和地址线？为什么要设计8088CPU？解：8086 CPU有16根数据线和20根地址线，可寻址1MB存储单元和64KB的I/O端口。
8088 CPU 有16位内部数据线和8条外部数据总线，20根地址线。
8088 CPU 是8086 CPU的向下兼容版，这样设计主要为了与INTEL原有的8位外围接口芯片直接兼容。
3.3 8086 CPU内部按功能可分为哪两大部分？他们各自的主要功能是什么？解：从功能上讲，8086可分为两个部分，即总线接口单元（bus interface unit，BIU）和执行单元（execution unit ，EU）。
总线接口单元（BIU）的功能是负责CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。
EU的功能只是负责执行指令；执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中取得，执行指令的结果或执行指令所需要的数据，都由EU向BIU发出请求，再由BIU经总线控制电路对存储器或外设存取。
3.4 8086 CPU内部的总线接口单元BIU由哪些功能部件组成？他们的基本操作原理是什么？解：BIU内有4个16位的段地址寄存器CS、DS、SS和ES，16位指令指针IP，6字节指令队列缓冲器，20位地址加法器和总线控制电路。
基本操作原理是BIU要从内存取指令送到指令队列缓冲器；CPU执行指令时，总线接口单元要配合执行单元从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行单元，或者把执行单元的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。
微机原理与接口技术 复习
第一部分：基础知识一、选择题1．在下面关于微处理器的叙述中，错误的是( ) 。
A、微处理器是用超大规模集成电路制成的具有运算和控制功能的芯片B、一台计算机的CPU含有1个或多个微处理器C、寄存器由具有特殊用途的部分内存单元组成，是内存的一部分D、不同型号的CPU可能具有不同的机器指令2．若用MB作为PC机主存容量的计量单位，1MB等于( )字节。
A、210个字节B、220个字节C、230个字节D、240个字节3．80X86执行程序时，对存储器进行访问时，物理地址可由（）组合产生。
A、SS和IPB、CS和IPC、DS和IPD、CS和BP4．某处理器与内存进行数据交换的外部数据总线为32位，它属于（）。
A、8位处理器B、16位处理器C、32位处理器D、64位处理器5．在堆栈操作中，隐含使用的通用寄存器是（）。
A、AXB、BXC、SID、SP6．十进制负数–38的八位二进制补码是（）A、BB、BC、BD、B7．用8位的二进制数的补码形式表示一个带符号数，它能表示的整数范围是（）A、-127—+127B、-128—+128C、-127—+128D、-128—+127 8．标志寄存器FLAGS中存放两类标志，即（）。
A、符号标志、溢出标志B、控制标志、状态标志C、方向标志、进位标志D、零标志、奇偶标志9．下列有关指令指针寄存器的说法中，哪一个是正确的（）。
A、IP存放当前正在执行的指令在代码段中的偏移地址B、IP存放下一条将要执行的指令在代码段中的偏移地址C、IP存放当前正在执行的指令在存储器中的物理地址D、IP存放当前正在执行的指令在存储器中的段地址10．如果访问存储器时使用BP寻址，则默认的段寄存器是（）A、CSB、ESC、DSD、SS二、判断题1．SP的内容可以不指向堆栈的栈顶。
2．寄存器寻址其运算速度较低。
3．计算机的堆栈是一种特殊的数据存储区，数据存取采用先进先出的原则。
4．当运算结果各位全部为零时，标志ZF=0。
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1.2 80386的寄存器
CR1保留给将来开发的Intel微处理器使用；CR2包含一个32 位的线性地址，指向发生最后一次页故障的地址；CR3包含页目 录表的物理基地址，因为80386中的页目录表总是在页的整数边 界上，每4KB为一页，所以CR3的低端12位保持为“0”。 5. 系统地址寄存器
80386微处理器是为多用户和多任务操作系统而设计的，具有 32位寄存器和数据通道，支持32位地址和数据类型。CPU片内有 存储器管理部件，可实现分段和分页管理，使微处理器地址有 4GB(千兆字节)物理存储器和64MMB(万亿字节)虚拟存储器，以 及有4级保护功能，因此程序不能访问段所规定区域以外的单元， 数据也不能写入到禁止的段里。另外，其指令流水线，在高速缓 冲存储器(cache)和高速总线带宽的作用下，缩短了指令执行时间 及增加了系统的数据吞吐能力。
这3种32位微处理器的工作原理类同，都属于80X86系列。它 们的软件也与我们前面所学的16位微处理器兼容。为了学习方便， 我们先从80386微处理器开始，讲述32位微处理器的工作原理。 随后，再来介绍80486和Pentium微处理器。
本章着重讲解32位微处理器与16位微处理器在结构和工作原 理上的区别，重点论述32位微处理器的实地址方式、保护方式和 虚拟8086方式的机理，存储器的分段和分页管理以及32位微处理 器的寻址方法。使同学对32位微处理器有一个基本的认识。
1.1 80386微处理器
1.1 80386微处理器
存储管理部件由分段部件和分页部件组成，存储器采用段、 页式结构。页是机械划分的，每4KB为一页，程序或数据均以页 为单位进入实存。存储器按段来组织，每段包含若干个页，段的 最大容量可达4 000MB。一个任务最多可包含16K个段，所以 80386可为每个任务提供64TB的虚拟存储空间。为了加快访问速 度 ，系统中还设置有高速缓冲存储器(cache)，构成完整的 cache—主存—辅存的3级存储体系。
1.2 80386的寄存器
3. 指令指针和标志寄存器 利用32位的指令指针(EIP) 可直接寻址4000MB的实存空间。
标志寄存器的位结构如下图所示。其低端12位与8086标志寄存器 完全相同，高端又设置了4个新的标位。其中，IOPL字段为特权 标志，用来定义当前任务的特权层。NT位为任务嵌套标志， NT=1，表示当前执行的任务嵌套于另一任务中，否则NT=0。VM 位是虚拟方式标志，如果VM位置“1”，表示CPU是工作在虚地址 保护方式。RF位是恢复标志位，当RF位置“1”，表示下边指令中 的所有调试故障都被忽略，当成功地执行完每条指令时，RF将被 置位。
总线接口部件通过数据总线、地址总线和控制总线负责与外 部取得联系，包括访问存储器预取指令，读／写数据和访问I／O 端口读／写数据等全部操作及其他控制功能。
1.2 80386的寄存器
80386微处理器中有通用寄存器、段寄存器、指令指针和标 志寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试寄存器以及测试 寄存器等，如下图所示。
1.1 80386微处理器
80386微处理器的内部结构流程图如下图所示。这是一种采 用流水线工作方式的结构，内部分为中央处理部件(CPU)、存储 管理部件(MMU)和总线接口部件(BIU)3部分，图中各部分用虚线 分开。
中央处理部件由指令部件和执行部件组成。指令部件包含两 个指令队列，其一是指令预取队列，用来暂存从存储器中预取出 来的指令代码。其二是已译码指令队列；这些预取指令经预译码 后，送入已译码指令队列中等待执行。如果在预译码时发现是转 移指令，可提前通知总线接口部件去取目标地址中的指令，取代 原预取队列中的顺序指令。执行部件中包含32位的算术运算单元 ALU，8个32位通用寄存器组。为了加快乘、除法运算速度，设置 了一个64位的桶形移位器和乘／除硬件。
80486微处理器是在80386基础上又增加了浮点运算部件和高 速缓冲部件，其性能和速度又提高了一大步。
Pentium处理器是一种最先进的32位微处理器。它是一种双 ALU流水线工作的CPU，每一个时钟周期可执行两条指令，提供 了强有力的工作站和服务器功能。PentiumⅡ，Ⅲ及Ⅳ微处理器又 增添了多媒体处理功能，所以，Pentium微处理器也就最适用于多 媒体计算机和网络计算机中。
1.2 80386的寄存器
4. 控制寄存器 80386中设置4个32位的控制寄存器R0~R3。CR0的低16位
为机器状态字，目前只用低4位。其中，D0位是保护允许位(PE)， 用来启动CPU进入保护虚地址方式。PE=0，表示CPU当前处于 实地址方式；PE =1，表示CPU当前已进入保护虚地址方式。D3 位是任务切换位(TS)、D2位是仿真协处理器位(EM)及D1位是监督 协处理器位(MP)，这3位的组合功能见表5-1。系统可用LMSW及 SMSW指令把机器状态字取出和存入存储器，来改变其功能。可 使用MOV指令对CR0进行读／写操作。
Байду номын сангаас
1.2 80386的寄存器
1. 通用寄存器 80386中设置8个32位通用寄存器，如下图所示。它们的用法
与8086相同，也可当作8位、16位寄存器用。若作32位寄存器使 用，前面必须加字符E。
1.2 80386的寄存器
2. 段寄存器 80386中设置6个16位段寄存器和6个64位描述符寄存器。其
微型计算机及应用
32位 微处理器
1 80386微处理器 2 32位微处理器的地址总线和数据总线 3 32位微处理器的工作方式 4 80486微处理器 5 Pentium微处理器
32位微处理器的问世，是微处理器发展过程中的又一个里程 碑。目前，32位微处理器的型号很多，Intel公司推出的主要类型 有80386，80486和Pentium微处理器。