微机原理与接口技术期末复习资料(钱晓捷主编)

第1章微型计算机的系统组成（1）地址条数与主存容量的关系主存容量越大，地址条数越多（2）8086/8088的功能结构组成◆执行部件（EU）:由ALU、通用寄存器组、状态寄存器及操作控制器电路组成。◆总线接口部件(BIU):由专用寄存器、指令队列缓冲器、地址加法器等功能部件组成。形成对外总线，与存储器、I/O接口电路进行数据传输。◆EU与BIU的流水线操作：EU与BIU可独立工作，BIU在保证EU与片外传送操作数前提下，可进行指令预取，与EU可重叠操作。1.执行部件（EU）构成部件：（1）算术逻辑运算部件（ALU）（2）寄存器组（3）标志寄存器（1）算术逻辑运算部件（ALU）：功能：完成算术运算、垃圾运算及数据传送操作。（2）寄存器组：①4个16位通用的数据寄存器：AX、BX、CX、DX各可分为两个8位的寄存器：AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DHAX：具有累加功能，可作16位累加器，AL可作为8为累加器。BX：在基址变址寻址时作为基址寄存器。CX：在循环类与串处理类指令执行时作为默认的计数器寄存器。DX：作为数据寄存器使用，在双字运算中存放高16位数据。②堆栈指针寄存器SP：用来指出堆栈的顶部偏移地址。③基地址指针寄存器BP：在间接寻址时作为基地址寄存器。④目的变址寄存器DI：在间接寻址时作为地址寄存器或变址寄存器。在字符串处理指令中，作为目的变址寄存器。⑤源变址寄存器SI：在间接寻址时作为地址寄存器或变址寄存器。在字符串处理指令中，作为源变址寄存器。（3）标志寄存器在EU中设置有一个16位的标志寄存器FR，用来记录程序执行时的状态。2.总线接口部件BIU构成部件：（1）段寄存器：存放段地址。①代码段寄存器CS：存放当前被执行的程序的段地址。②数据段寄存器DS：存放当前被执行的程序所用操作数的段地址。③堆栈段寄存器SS：存放当前被执行的程序所用堆栈操作数的段地址。④附加段寄存器ES：存放当前被执行的程序所用操作数的段地址。（2）指令指针寄存器IP：存放将要执行的下一条指令的偏移量，与CS联合形成下一条指令的物理地址。（3）地址加法器（20位）：按以下算式计算存储单元的物理地址：物理地址=段地址*10H+偏移地址（4）指令队列缓冲器（6B）：在EU不使用总线时，BIU从存储器中读取指令填充指令队列缓冲器。（5）输入输出控制电路：是处理器与外部总线的接口。根据地址码经数据总线进行操作数或指令代码的传输。3.BIU与EU的重叠操作◆8080/8085受结构限制，取指令和执行指令串行进行，操作无重叠（无并行性）。◆8086由EU与BIU两个独立的功能部件组成，它们的操作有并行性。◆EU与BIU的流水线操作：EU与BIU可独立工作，BIU在保证EU与片外传送操作数前提下，可进行指令预取，与EU可重叠操作。◆8086指令队列出现2个空字节，且EU未占总线，BIU自动取指令填充队列。（3）80X86中，16位、32位、64位机的典型代表；8008808680386/486/586LGA775奔腾4处理器（4）Pentium处理器的结构特点；1、Intel在Pentium芯片中采取了许多新技术，使得它对信息的处理能力比486有质的飞跃，叫它586其实是恰如其分的。2、奔腾是一个超大规模的的微处理器，它内含有310万个晶体管。第一批奔腾芯片的主频是60MHz和66MHz，目前最高的奔腾芯片的主频是233MHz。3、奔腾芯片内置32位地址总线和64位数据总线，浮点运算单元，存储管理单元，两个8KB高速缓冲存储器(一个用于指令，一个用于数据)。还有一个SMM(SystemManagementMode)系统管理模式，这是Intel公司的一个技术术语，这种技术使得微处理器当系统处于空转状态或执行不需要CPU干预的操作时减缓工作速度或暂停某些系统单元的工作，目的是减少功耗。（5）处理器的基本性能指标架构——一般是架构越先进性能越好，比如Core2由于比Netburst先进因此性能前者好于后者。主频——同级别的CPU一般是主频越高性能越好，如拥有2.7G主频的英特尔奔腾双核E5400的性能要好于拥有2.5G主频的E5200。缓存——一般是同架构、同主频的CPU缓存越大越好。比如拥有2MB二级缓存的AMDx2240要好于拥有1MB二级缓存的AMD×2220。核心数内存控制器--控制器越优秀，在多开软件时，不会过于卡顿习题1.4说明微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用CPU：CPU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（Input）设备和输出（Output）设备，也称I/O设备。I/O设备通过I/O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1.5什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、DSP芯片、嵌入式系统通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在PC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CPU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。DSP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。习题1.6简述Intel80×86系列处理器在指令集方面的发展8086奠定了基本的16位指令集，80286提供了保护方式的各种指令，80386将指令集全面提升为32位，80486融入了浮点数据处理指令，奔腾系列陆续增加了多媒体指令MMX、SSE、SSE2和SSE3，最新的奔腾4处理器还支持64位指令集。习题1.7区别如下概念：助记符、汇编语言、汇编语言程序和汇编程序。助记符：人们采用的便于记忆、并且能描述的符号来表示机器指令操作码。汇编语言：用助记符表示的指令以及使用她们编写的规则就是汇编语言。汇编语言程序：用汇编语言书写的程序就是汇编语言程序，或称汇编语言源程序。汇编程序：汇编语言程序要翻译成机器语言程序才可以由处理器执行。这个翻译过程称为汇编。完成汇编工作的程序就是汇编程序。习题1.10冯·诺依曼计算机的基本设计思想是什么？采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址组成。将程序和数据存放在储存器中，计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。这就是“存储程序“和“程序控制“（简称存储程序控制）的概念。习题1.11计算机系统通常划分为哪几个层次？普通计算机用户和软件开发人员对计算机系认识一样吗？最上层是用户层。第5层是高级语言层。第4层是汇编语言层。第3层是操作系统层。第2层是机器语言层。第1层是控制层。第0层是数字电路层第2章处理器结构（1）寄存器概念：处理器内部需要高速储存单元，用于暂时存放程序执行过程中的代码和数据，这些存储单元成为寄存器。分类：从应用角度说分为两类：透明寄存器和可编程寄存器；可编程寄存器分为：通用寄存器（数量多、使用频繁、具有多种用途）和专用寄存器（只用于特定的目的）。8个通用寄存器：EAX：累加器（Accumlator），使用频率最高，用于算数运算、逻辑运算以及与外设传送信息等EBX：基址寄存器（BaseAddressRegister），常用于存放储存器地址，以方便指向变量豁数组中的元素ECX：计数器（Counter），作为循环操作等指令中的计数器EDX：数据寄存器（DataRegister），可以用来存放数据，其中低16位DX常用来存放外设端口地址ESI：源变质寄存器（SourceIndexRegister），用于指向字符串或数组的源操作数EDI：目的变址寄存器（DestinationIndexRegister），用于指向字符串或数组的目的操作数EBP：基质指针寄存器（BasePointerRegister），默认情况指向程序堆栈区域的数据ESP：堆栈指针寄存器（StackPointerRegister），专用于指向程序堆栈区域顶部的数据，在涉及堆栈操作的指令中自动减少或者增加标志寄存器：标志（Flag）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式。状态标志：从低到高依次是：0进位（CarryFlag，CF）、2奇偶（Parityflag，PF）、4调整（AdjustFlag，AF）、6零标志（ZeroFlag，ZF）、符号标志（SignFlag，SF）、11溢出（OverflowFlag，OF）控制标志：IA-32处理器只有一个控制标志：方向控制DF（DirectionFlag）系统标志：中断允许标志IF（Interrupt-enableFlag）、陷阱标志（单步标志）TF（TrapFlag）段寄存器：代码段CS（CodeSegment）、堆栈段SS（StackSegment）、数据段DS（DataSegment）、附加段ES（ExtraSegment）（2）存储器组织指令和数据存放在存储器中。处理器通过地址总线访问存储器称为物理存储器。物理存储器以字节为基本存储单位，没个存储单元分配一个唯一的地址，这个地址就是物理地址（PhysicalAddress）。（3）数据寻址方式（重点考察）1.立即寻址：EAXAH,AL2.寄存器寻址：movebx,eax3.寄存器间接寻址：movedx,[ebx]mov[esi],ecx4.寄存器相对寻址：movesi,[ebx+4]5.基址变址寻址：movedi,[ebx+esi]，功能：EDI=DS:[EBX+ESI]6.相对基址变址寻址：moveax,[ebx+edx+80h]7.习题2.4处理器内部分为几个基本部分？8086分为哪两大功能部件？其各自的主要功能是什么？处理器内部有ALU、寄存器和指令处理三个基本单元。8086有两大功能部件：总线接口单元和执行单元。总线接口单元：管理着8086与系统总线的接口，负责处理器对存储器和外设进行访问。8086所有对外操作必须通过BIU和这些总线进行。执行单元EU：负责指令译码、数据运算和指令执行习题2.6什么是标志？什么是IA-32处理器的状态标志、控制标志和系统标志？说明状态标志在标志寄存器EFLAGS的位置和含义。标志：用于反映指令执行结果或控制指令形成的一个或多个二进制数位。状态标志：用于记录程序运行结果的状态信息。控制标志：DF标志，控制字符串操作的地址方向。系统标志：用于控制处理器执行指令的方式。状态标志：从低到高依次是：0进位（CarryFlag，CF）、2奇偶（Parityflag，PF）、4调整（AdjustFlag，AF）、6零标志（ZeroFlag，ZF）、符号标志（SignFlag，SF）、11溢出（OverflowFlag，OF）习题2.7举例说明CF和OF标志的差异。进位标志CF表示无符号数运算结果是否超出范围，超出范围后加上进位或借位，运结果仍然正确；溢出标志OF表示有符号数运算结果是否超出范围，如果超出范围，运结果已经不正确。例1：3AH＋7CH＝B6H无符号数运算：58＋124＝182，范围内，无进位。有符号数运算：58＋124＝182，范围外，有溢出。例2：AAH+7CH＝①26H无符号数运算：170＋124＝294，范围外，有进位。有符号数运算：－86＋124＝28，范围内，无溢出。习题2.11什么是实地址方式、保护方式和虚拟8086方式？它们分别使用什么存储模型？实地址方式：与8086具有相同的基本结构，只能寻址1MB物理存储器空间，逻辑段最大不超过64KB；但可以使用32位寄存器、32位操作数和32位寻址方式；相当于可以进行32位处理的快速8086。实地址工作方式只能支持实地址存储模型。保护方式：具有强大的段页式存储管理和特权与保护能力，