微型計算機原理 教學全案

單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,?微型計算機原理?,,開設的根本目的：,,計算機工作原理是電類專業(yè)學生知識結構的重要組成局部，相關知識對后續(xù)課程、日常生活和工作、開展畢業(yè)設計和碩博課題等各個方面都可能有不同程度的作用。學習目標：,,掌握微型計算機系統(tǒng)的結構組成、實現(xiàn)機理、工作原理；,,掌握匯編語言程序設計的初步方法和調試過程；,,建立微型計算機系統(tǒng)整體概念，具備利用微機進行硬件和軟件開發(fā)的初步能力。,,課程特點：抽象、難理解、乏味！雖然對象是具體的。,,課時安排：共48學時，授課40學時，上機實驗8學時。,,要求：加強理解，把相關知識具體化而不要抽象化。,,第一章 微型計算機根本原理,1-1 概述,,1、電子數(shù)字計算機概念,,目前通常所說的計算機是指電子數(shù)字計算機 。,,電子技術實現(xiàn)、數(shù)字化信息處理方式、高度復雜的邏輯電子電路。信息以二進制形式〔邏輯電平形式〕表示；自動地進行信息處理。,,2、計算機分類,,按信息處理方式：數(shù)字計算機和模擬計算機。,,模擬計算機由于受元器件質量影響，其計算精度較低，目前已很少生產。,,,,按用途：通用計算機和專用計算機。,,專用計算機針對某用途專門設計。,,按規(guī)模、速度〔沒有一個統(tǒng)一的標準，1989年IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會)提出一種分類〕,,巨型計算機或超級計算機(Supercomputer),,小巨型計算機(Minisupercomputer),,大型主機(Mainframe),,小型計算機(Minicomputer〕,,工作站(Work Station),,個人計算機(Personal Computer—PC),,,,3、計算機開展簡史,,1〕機械計算機的誕生1614 年:蘇格蘭人John Napier創(chuàng)造了一種可以進行四那么運算和方根運算的精巧裝置。,,……,,1890年:Herman Hollerith 設計了用于美國人口普查的機器。結果僅用6周就得出了準確的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)(如果用人工方法，大概要花10年時間)。,,2〕電子計算機時代,,1906 年: 美國人Lee De Forest 創(chuàng)造電子管，為電子計算機的開展奠定了根底。,,……,,1946 年: 第一臺真正意義上的數(shù)字電子計算機〔ENIAC〕由美國賓夕法尼亞大學研制成功。,,重達數(shù)噸，占據(jù)幾間房間，需要多個操作員來維持它們正常工作。,,非常昂貴，以至于只有政府和大型機構才能夠買得起。,,當時的人們認為幾臺或者幾十臺這樣的機器就能夠滿足全世界的需求了。,,,在此期間，馮.諾伊曼〔VON.NEUMANM〕也研制出一臺被認為是現(xiàn)代計算機原型的通用電子計算機。,,根據(jù)使用電子器件的不同，電子計算機經歷了四個階段：,,電子管計算機,,(1946—1956),,晶體管計算機,,(1957—1964),,,集成電路計算機,,(1965—1970),,,,超大規(guī)模集成,,電路計算機,,(1971—至今),,,用機器語言、匯編語言編寫程序,,用于軍事和國防尖端技術,,開始使用高級語言,,開始用于工程技術、數(shù)據(jù)處理和,,其它科學領域,,采用微程序、流水線等技術，提高 運行速度,,出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件,,采用半導體存儲器,,采用圖形界面操作系統(tǒng),,器件速度更快,,,軟件、外設更加豐富,,微型計算機是第四代計算機時期出現(xiàn)的一種。,,自從1981年IBM公司進入微型計算機領域推出了IBM－PC以后，計算機的開展開創(chuàng)了一個新的時代—微型計算機時代。微型計算機的迅速、大規(guī)模的應用與普及，使計算機真正廣泛地應用于工業(yè)、農業(yè)、科學技術以及社會生活與日常生活的各個方面。以前的大型機、中型機、小型機的界線巳經日益模糊與消失。隨著微型計算機應用的普及和開展，芯片與微型機的功能和性能迅速提高，其功能已經遠遠超過了20世紀80 年代以前的小型機、中型機，甚至超過了大型機。,,當前微型計算機運算速度一般為20—30億次/秒；,,世界最快的計算機速度為280萬億次/秒；,,中國最快的計算機為上海超級計算機中心的“曙光4000A〞，8萬億次/秒，世界排名第31位。,,4、計算機的特點,,處理速度快,,運算精度高,,存儲記憶能力強,,自動執(zhí)行任務功能,,人機交互功能,,,,5、計算機的應用,,數(shù)值計算: 根本功能，但此功能應用逐漸縮??；,,信息處理：數(shù)據(jù)庫，管理信息系統(tǒng)，辦公自動化系統(tǒng)；目前世界約80％的計算機用于信息處理；,,控制、自動化：過程控制，生產自動化,,輔助分析、設計：CAD，CAM，CAI,,仿真計算,,網絡應用,,人工智能：模式識別、神經網絡、專家系統(tǒng)、機器人等,,6、計算機開展方向,,當前模式的電子計算機開展趨勢是朝微型化和巨型化兩方面開展。,,功能開展,,多媒體計算機：更好地支持多媒體技術，音頻、視頻數(shù)據(jù)壓縮、解壓縮技術，多媒體數(shù)據(jù)的通信。,,計算機智能化：具有推理、聯(lián)想、學習等思維功能和模式識別功能。,,網絡計算機：全面支持網絡功能。,,,,新型計算機的研究：,,,神經網絡計算機,：從內部結構模擬人腦神經系統(tǒng)。,,,生物計算機,：使用蛋白分子為材料的生物芯片。,,,光學計算機,：用光子代替電子，用光連接代替金屬導線連接，運算速度快千倍。,,7、個人計算機的構成,,,中央處理器CPU、主板、內存、硬盤、顯卡、顯示器、鍵盤等,,1-2 微型計算機系統(tǒng)的組成,,1、組成局部,運算器ALU寄存器,,控制器,,系統(tǒng)軟件：DOS、Windows,,應用軟件： Word、Excel、Visual C++,中央處 理 器 CPU,,存儲器,,I/O接口,,總線,硬 件,,,,,,,軟 件,微 型,,計算機,,系 統(tǒng),微 型,,計算機,,(主機),,,,外 設,鍵盤、鼠標,,顯示器,,軟驅、硬盤、光驅,,打印機、掃描儀,,2、中央處理器,中央處理器CPU〔Central Processing Unit〕具有運算和控制功能，是整個微型計算機的核心，也稱微處理器。,,微處理器的主要功能部件有,,〔1〕運算器，也稱算術邏輯部件〔ALU〕：用來進行算術和邏輯運算。,,〔2〕控制器：整個系統(tǒng)的指揮控制部件,從內存中取出指令、翻譯指令并操控運算器及其它部件完成相應操作。,,〔3〕存放器：包括程序計數(shù)器、指令存放器、累加器、地址存放器、數(shù)據(jù)存放器、通用存放器等。,,,3、存儲器〔Memory〕,,記憶部件：存儲程序和數(shù)據(jù)。,,存儲器分級配置,,內存：由半導體存儲器組成，讀寫速度快；,,外存：如硬盤、軟盤等，容量大，讀寫速度慢,,程序在外存存放，執(zhí)行時調入內存。,,4、外部設備、I/O設備、外設〔Peripheral Equipment〕,,完成信息轉換、計算機與外界交互；文字、聲音等自然信息以及其它物理信息與計算機能識別的二進制信息進行轉換；,,使計算機對人有用，至少應有一臺外設。,,,5、總線〔Bus〕,計算機各部件之間傳送信息的公共通道。,,各部件分時復用總線。,,在某一時刻，只能有一個部件向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，否那么形成總線沖突。,,可有多個部件從總線接收數(shù)據(jù)。,,總線結構降低了部件之間連線數(shù)量，提高可靠性；但數(shù)據(jù)交換速度降低。,,總線按傳遞信息的內容分為：,,數(shù)據(jù)總線〔Data Bus --DB〕--雙向,,地址總線〔Address Bus--AB〕--單向,,控制總線〔Control Bus—CB〕--雙向,,6、微型計算機結構框圖,,存,,儲,,器,I/O,,接,,口,輸,,入,,設,,備,I/O,,接,,口,數(shù)據(jù)總線 DB,控制總線 CB,地址總線 AB,輸,,出,,設,,備,,,CPU,,,1、位與字節(jié),1〕位 ( Bit),,指計算機能表示的最小信息單位。,,在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，故：,,位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，“0〞 和 “1〞,1-3 微型計算機系統(tǒng)的工作原理,2〕字節(jié) ( Byte ),,相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié) 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 ；0101 0111,,3〕字〔Word〕,,字是CPU內部進行數(shù)據(jù)處理的根本單位。,,字長與CPU內部的存放器、 運算器、總線寬度是一致的。,,通常也將2個字節(jié)〔16位〕定義為一個字；,4〕位編號,1,0,1,0,0,0,1,0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,數(shù)據(jù),D,ata,地址,A,ddress,,指令是CPU能執(zhí)行的一項根本操作。,,如：存數(shù)、取數(shù)、加、減、乘、除等,2、指令與指令系統(tǒng),指令系統(tǒng)〔或指令集〕是某CPU所能執(zhí)行的全部操作的總和。不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。,程序,是用戶為使用計算機完成特定任務而編寫的,指令的序列,。,,為使指令能被計算機識別，必須以二進制編碼形式表示，稱為機器碼。,,用機器碼形式表示的指令不便于人來記憶和理解，于是用一些助記符表示指令代碼。如: MOV AX, 3561H; ADD BL, 21H,,用助記符表示指令代碼的語言稱為匯編語言。,,匯編源程序經特定的軟件進行編譯，形成機器碼程序—目標程序。,,高級語言：按一定語法規(guī)那么設計的便于理解和編程的計算機編程語言，需經特定的編譯軟件轉化為機器語言才能被計算機執(zhí)行。,,3、計算機的工作過程,,程序存放在存儲器中，,CPU,上電后自動從存儲器特定位置開始逐條執(zhí)行指令。,,,執(zhí)行過程： 取一條指令 分析指令 執(zhí)行指令,標 志,,寄存器,地址總線 AB,,數(shù)據(jù)總線 DB,,控制總線 CB,,指令寄存器,數(shù)據(jù)寄存器,控制電路,指令譯碼器,地,,址,,寄存,,器,程序計數(shù)器,R1,R2,R3,R4,寄存器組,運,,算,,器,,,,,存,,儲,,器,,舉例,,,一段匯編程序,,,MOV AL,，,7,；,將數(shù)值,7,裝入累加器,AL,中,,,ADD AL,，,10,；,AL,內容與,10,相加，結果存于,AL,中,,,HLT,；,停止操作,編譯成機器碼：,,10110000 〔MOV AL，X〕,,00000111 〔 X=7 〕,,00000100 〔ADD AL，X 〕00001010 〔 X=10 〕,,11110100 〔HLT 〕,寫入存儲器,內容,,10110000,,00000111,,00000100,,00001010,,11110100,,,地址,,0000H,,0001H,,0002H,,0003H,,0004H,,4、當前計算機的根本實現(xiàn)方案——馮.諾依曼(Von Neumann)體系結構,由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五局部組成，各自行使不同功能；,,指令與數(shù)據(jù)存放在存儲器中，順序執(zhí)行；,,采用二進制形式表示信息。,,,該體系結構是馮.諾依曼(Von Neumann)于1946年提出，奠定了計算機實現(xiàn)框架；,,1949年誕生馮.諾依曼結構計算機，至今計算機結構沒有根本突破。,,,年代 型號 晶體管數(shù)量,,1978,年,8086 2.9,萬,,1982,年,80286 13.5,萬,,1985,年,80386 32,萬,,1990,年,80486 120,萬,,1993,年,Pentium 320,萬,,1996,年,Pentium Pro 550,萬,,1997,年,Pentium II 750,萬，,300MHz,,1999,年,Pentium III,,2000,年,Pentium IV 4200,萬，,1.4GHz(0.18um,工藝,),Moore定律： “晶體管的大小將以指數(shù)速率變小，而集成到芯片上的晶體管數(shù)目將18－24個月翻一番。〞,,－－Gordon Moore，1965〔 Intel公司的創(chuàng)始人，著名半導體科學家〕,,二進制〔Binary)表示；計算機表示信息的方式。,,十進制(Decimal)表示；人的自然表示。,,16進制(Hexadecimal)表示；二進制的等價表示，每4位二進制數(shù)字等價于一位16進制數(shù)字。用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F 表示16個數(shù)碼。,,表示：二進制—B； 十進制—D〔可省略〕；,,十六進制—H,1-4 計算機運算根底,1、常用的計數(shù)制,,2、數(shù)制間的數(shù)值轉換,1〕非十進制數(shù)化十進制數(shù)的方法：各位數(shù)碼乘以與其對應的權，然后相加即可。,,如： 1011B=1*23+0*22+1*21+1*20=11,,02E3H=0*163+2*162+E*16+3=2*256+14*16+3=739,2〕十進制轉化為N進制數(shù)的方法,,整數(shù)局部除以N，并記下余數(shù)，直到商為0;,,將余數(shù)按從后往前的順序排列起來，構成整數(shù)局部。,,小數(shù)局部乘以N ，并記下結果的整數(shù)局部，直到結果的小數(shù)局部為0;然后將結果的整數(shù)局部從前向后排列起來，構成小數(shù)局部。,,3〕十六進制與二進制數(shù)的轉換,,十六進制數(shù)每一位用4位二進制數(shù)表示,4〕舉例,,求100D的二進制和十六進制表示,,100/2=50余0,,50/2=25余0,,25/2=12余1,,12/2=6余0,,6/2=3余0,,3/2=1余1,,1/2=0余1,,所以100D=1100100B=64H,,其它例：,,,18.125＝,10010.001,,B ；101010.111B＝,42.875,D,,3、計算機中常用的編碼,1)所謂編碼是指信息在計算機中的表示方法。信息既包括數(shù)字也包括字母、符號和一些不可見的控制符號。,,2)BCD碼〔Binary-Coded Decimal) 用四位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)。,,3)ASCII碼〔American Standard Code for Information Interchange),,用7位二進制進行編碼〔00-7FH〕，可表示128種字符，見附錄1。,,在機器內用一個字節(jié)表示，D7=0。,,4)漢字編碼：,,常用國標碼，用兩個,7,位編碼表示漢字和一些圖形符號；,,在機器內用兩個,8,位字節(jié)表示，稱為內碼；,,每個字節(jié)的,D7=1,，,以與,ASCII,碼相區(qū)別。,,如漢字‘啊’的國標碼為,0110000 0100001,；,,對應內碼為,10110000 10100001,,在計算機中，符號只能用數(shù)字來表示。,,用二進制數(shù)字的,最高位表示該數(shù)的符號,。正數(shù)為,0,，負數(shù)為,1,。其余位為數(shù)值位。,,機器數(shù)的表示方法有：,原碼、反碼、補碼,。,4、計算機中有符號數(shù)的表示,5、原碼、反碼和補碼,,1〕原碼：正數(shù)的原碼為該數(shù)的二進制數(shù)；,,負數(shù)的原碼僅符號位為1。,,例：假設用8位二進制數(shù)表示機器數(shù)，那么13的原碼為00001101；-13的原碼為10001101。,,原碼便于乘除運算，但不便于加減運算。,,2〕反碼,,正數(shù)的反碼等于原碼；,,負數(shù)的反碼為其原碼的符號位不變，數(shù)值位按位取反。,,例：假設用8位二進制數(shù)表示機器數(shù)，那么13的反碼為00001101；-13的反碼為11110010；,,對反碼取反得到相反數(shù)的反碼。,,例如：,,-〔-13〕反碼為〔11110010〕的各位取反。,,3〕補碼,,正數(shù)的補碼等于原碼；,,負數(shù)的補碼為其反碼+1。,,例：假設用8位二進制數(shù)表示機器數(shù)，那么13的補碼為00001101；-13的補碼為11110010+1=11110011。,,對補碼取補可得到相反數(shù)的補碼。,,-〔-13〕的補碼為00001100+1=00001101=13,,4〕補碼的性質與作用,,[x+y]補 = [x]補 + [y]補,,[x-y]補 = [x]補 + [-y]補,,[[x]補]補=x;補碼的補碼等于原碼,,如 32-13=32+〔-13〕=00100000B+11110011B=00010011B,,而13-32=00001101B+11100000B=11101101B,,=-19的補碼,,采用補碼可將減法轉化為加法，而且符號位同數(shù)值位一同參與運算，運算簡單。,,引入補碼的目的是：1〕便于加減法運算；2〕使加法和減法相統(tǒng)一，降低硬件復雜性。,,例如：有兩個補碼X=00100000B，Y=00001101B,,計算X-Y的過程如下：,,1〕對Y取補，得到其相反數(shù)的補碼,,〔-Y〕=11110011B,,2〕啟動CPU中的加法器，計算X+(-Y),,00100000B+11110011B=000010011B,,,思考：計算Y-X應怎樣處理？,,,M,位二進制數(shù)能夠表示的無符號數(shù)范圍為：,,,0,～,2,M,-1,,M,位二進制數(shù)能夠表示的有符號數(shù)范圍為：,,原碼,-2,M-1,+1,～,2,M-1,-1,,,反碼,-2,M-1,+1,～,2,M-1,-1,,,補碼,-2,M-1,～,2,M-1,-1,6、無符號數(shù)和有符號數(shù)的表示范圍,,典型,8,位二進制數(shù)的碼值,,數(shù)值 原碼 反碼 補碼,,,127 7FH 7FH 7FH,,126 7EH 7EH 7EH,,1 01H 01H 01H,,0 00H/80H 00H/0FFH 00H,,-1 81H 0FEH 0FFH,,-2 82H 0FDH 0FEH,,-127 0FFH 80H 81H,,-128 / / 80H,,如上所述，一定位數(shù)的二進制數(shù)能夠表示的數(shù)值范圍是有限的。,,兩數(shù)相加或相減，結果超過該數(shù)字位能夠表示的無符號數(shù)范圍〔最高位產生進位〕，稱為進位。,,兩數(shù)相加或相減，結果超過該數(shù)字位能夠表示的有符號數(shù)范圍〔與進位無關〕，稱為溢出。,,進位和溢出是互不相干的兩種情況。,,課后自己結合進位和溢出概念給出具體算例。,7、進位與溢出,,第二章 Intel-8086微處理器結構,,2-1 Intel-80x86系列微處理器概述,型號,發(fā)布年份,字長,晶體管數(shù)(萬）,主頻,,(MHz),數(shù)據(jù)總線,外部總線,地址總線,尋址空間,高速緩存,8086,1978,16,2.9,4.77,16,16,20,1M,No,8088,1979,16,2.9,4.77,16,8,20,1M,No,80286,1982,16,13.4,6-20,16,16,24,16M,No,80386,1986,32,27.5,12.5-33,32,32,32,4G,Yes,80486,1989,32,120-,,160,25-100,32,32,32,4G,8K,Pentium,,(586),1993,32,310-,,330,60-166,64,64,32,4G,8K,,8K,Pentium,,Pro(P6),1995,32,550,150-200,64,64,36,64G,8K,,8K,Pentium II,1997,32,750,233-350,64,64,36,64G,32K,,512K,,,1971,年推出,Intel 4004,芯片，被認為是世界上第一個,微處理器,(CPU),。,,1978,年,Intel,公司推出,8086 CPU,，,16,位。,1979,年又推出,8088,，,8,位數(shù)據(jù)線，以滿足與當時的,8,位機間的兼容性。,,IBM,公司進入個人計算機領域，采用,Intel 8088,芯片，使,Intel CPU,成為主流。,,2-2 Intel-8086微處理器結構,1、,8086概況,16位微處理器,,地址總線20條，尋址能力220=1MB,,DIP-40〔雙列直插式40腳〕封裝,2、,8086的功能結構,,傳統(tǒng),CPU,執(zhí)行指令的過程是：取指令－,>,執(zhí)行指令－,>,再取指令－,>……,，串行操作。,,而,8086,的取指令與執(zhí)行指令操作是由兩個不同的部件完成，可同時進行。目的是提高,CPU,的執(zhí)行速度。,,,8086從功能上可分成兩局部：,,總線接口部件BIU(Bus Interface Unit);,,執(zhí)行部件EU(Execution Unit)。,,總線接口部件BIU負責與內存或I/O端口進行指指令和數(shù)據(jù)傳送；執(zhí)行部件EU負責指令執(zhí)行。,,①BIU從內存中取指令送到指令隊列；,,②當EU執(zhí)行指令時，BIU要配合EU從指定的內存單元或I/O端口中讀取數(shù)據(jù)，或者把EU的操作結果送到指定的內存單元或I/O端口去。,,3、8086的存儲器組織,,1)8086尋址能力的擴展,,存儲器由很多個8位的存儲單元組成，每個存儲單元對應于一個地址編碼。CPU要訪問某存儲單元，需將該單元地址發(fā)到地址總線。,,8086內部與地址有關的存放器均為16位，只能尋址216=64KB的存儲器空間。,,為了擴大CPU可訪問的存儲器容量，8086 CPU采用兩個存放器來形成地址：段地址存放器、偏移地址存放器。,,這樣，8086實際上有20條地址線，能夠訪問的存儲單元數(shù)〔即尋址能力〕為220=1MB；,,地址范圍：00000H～0FFFFFH,,2)8086中20位地址的生成,,將1MB存儲空間分成假設干個不超過64KB的區(qū)段，稱為存儲器的段〔Segment〕。,,每個存儲段有一個16位的基準地址，稱為段地址；,,以段地址為基準，段內各存儲單元的相對地址稱為偏移地址〔16位〕；,,段地址存放在CPU的段存放器中；偏移地址存放在偏移地址存放器中。,,20位物理地址=,,16位段地址×24〔左移四位〕+16位偏移地址,,例如：段地址為2500H，偏移地址9700H,,那么形成的物理地址為25000H+9700H=2E700H,,,3)物理地址、邏輯地址,,物理地址,：存儲器中各存儲單元的實際地址。,,邏輯地址,：用段地址和偏移地址表示的相對地址。,,,表示形式,為,段地址,:,偏移地址,,,如,2000H:1340H,,一個物理地址可對應多個邏輯地址；,,如物理地址,12345H,，,邏輯地址可以是,,,1234H:0005H,;,1200H:0345H,;,1100H:1345H,,4〕段的種類,,有了段存放器，可將1M的存儲空間分成很多個段；,,為便于管理，8086設計上將不同的存儲內容存放在不同的段中；分為代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加段。,,用戶編寫的程序放在代碼段中，使用的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)段中。,,4、8086的存放器組,,數(shù)據(jù)存放器：AX、BX、CX、DX,,指針及變址存放器：SP、BP、SI、DI,,段存放器：CS、DS、ES、SS,,指令指針I(yè)P 〔Instruction Pointer〕,,狀態(tài)標志存放器PSW〔Program State Word),,說明,,數(shù)據(jù)存放器和指針及變址存放器又統(tǒng)稱通用存放器；,,指令指針與狀態(tài)標志統(tǒng)稱控制存放器；,,所有存放器均為16位。,,1〕數(shù)據(jù)存放器,,AX：通用存放器；算術運算的主存放器——累加器〔Accumulator〕；,,BX：通用存放器;一些指令中作為基址(Base)存放器；,,CX：通用存放器;一些指令中作為計數(shù)器(Counter) ；,,DX：通用存放器;一些指令中作為數(shù)據(jù)(Data)存放器與AX配合使用。,,說明：,,在一般指令中，這些存放器可作為通用存放器使用，在一些特定的指令中，各存放器有特定功能；,,既可作為16位使用，也可分成兩個8位存放器使用,,高8位記作 : AH、BH、CH、DH,,低8位記作 : AL、BL、CL、DL,,2〕指針及變址存放器,,SP：堆棧指針存放器(Stack Pointer)，用來指示棧頂?shù)钠频刂贰?,BP：基址指針存放器(Base Pointer)，指示堆棧區(qū)中的一個基地址。,,SI：源變址存放器(Source Index)。,,DI：目的變址存放器(Destination Index)。,,說明：這4個存放器也可以作為通用存放器使用。,,3〕段存放器,,CS：代碼段(Code Segment);存放程序段的段地址。,,DS：數(shù)據(jù)段(Data Segment);存放數(shù)據(jù)段的段地址。,,ES：附加段(Extra Segment);存放附加段的段地址.,,SS：堆棧段(Stack Segment);存放堆棧段的段地址。,,4〕控制存放器,,IP：指令指針(Instruction Pointer)存放器；能自動加1，生成代碼段中下一條將要取的指令的偏移地址。,,PSW：程序狀態(tài)字(Program State Word)存放器;用各個狀態(tài)位反映算術邏輯運算的一些狀態(tài)標志和控制標志。,,5、PSW標志位的定義,,,C—進位標志，結果在最高位產生進位或借位時置1；,,P—奇偶標志，結果中1的個數(shù)為偶數(shù)時置1；,,A—半進位標志〔低4位向高4位的進位〕；,,Z—運算結果為零時置1；,,S—符號標志，該標志位與結果的最高位相同；,,O—溢出標志，運算結果超出有符號數(shù)表示范圍時置1；,,D—方向標志，用于串操作，置1使串操作按減1執(zhí)行；,,T—跟蹤標志，置1后處理器進入單步執(zhí)行方式，便于調試；,,I—中斷允許標志，置1允許CPU接受外部可屏蔽中斷；,,前6種標志為狀態(tài)標志，后3種標志為控制標志。,O,D,I,T,S,Z,A,P,C,,CPU怎樣判斷是否溢出？,,按結果的最高位和次高位的進位情況判斷；對兩個進位進行異或，異或結果為,1,表示有溢出，為,0,表示無溢出。,,原理不做討論。,,第三章 Intel-8086的指令系統(tǒng),,3-1 8086的指令格式,指令由操作碼和操作數(shù)兩局部字段組成。,,如：MOV AX，2345H,,MOV為操作碼；AX和2345H為操作數(shù)。,,操作碼 指示計算機執(zhí)行何種操作。,,操作數(shù) 參加操作的數(shù)據(jù)對象或其所在的地址。,,,,,8086,系列指令包括無操作數(shù)指令、單操作數(shù)指令和雙操作數(shù)指令。,,如,HLT,；,無操作數(shù)指令,,,INC CX,；,單操作數(shù)指令,,,ADD AX , BX,,；,雙操作數(shù)指令。第一操作數(shù)為,目的操作數(shù),，第二操作數(shù)為,源操作數(shù)。,,3-2 8086指令的尋址方式,1、指令中數(shù)據(jù)的存放位置,,指令中進行操作的數(shù)據(jù)存放位置有三種情況：,,１)存于指令中(立即數(shù)),,數(shù)據(jù)包含在指令中，即被操作數(shù)據(jù)直接表示在指令的操作數(shù)字段中。,,例：MOV AL , 08H,,這種操作數(shù)稱為立即數(shù)。,,２)存于存放器中(存放器操作數(shù)),,數(shù)據(jù)存放在ＣＰＵ的一個存放器中。,,例：INC CX,,３)存于存儲器中(存儲器操作數(shù)),,數(shù)據(jù)在內存中或在I/O端口中，存放數(shù)據(jù)的偏移地址以某種方式表示在指令中。,,如：,,MOV AX，[2500H],,MOV AX, [BX],,此例中[2500]、[BX]為存儲器操作數(shù)。,,存儲器操作數(shù)中操作數(shù)字段指示此操作數(shù)的偏移地址，而段地址由某個段存放器提供。此例中默認為數(shù)據(jù)段DS。,,2、8086指令的尋址方式,,尋址方式：指令中指明操作數(shù)存放位置的表達方式。,,8086有6種尋址方式,,1〕立即尋址,,操作數(shù)為立即數(shù)，直接存放在指令的操作數(shù)字段中。,,只能作為源操作數(shù)。,,例：MOV AL, 05H,,指令執(zhí)行后:,,,(AL)=05H,,例： MOV AX, 3064H,,指令執(zhí)行后:,,(AX)=3064H,,,2) 存放器尋址方式,,操作數(shù)在指令所指示的存放器中。,,表示格式：直接在指令中寫出存放器名稱。,,如 MOV BX，AX,,MOV CL，23H,,3〕直接尋址,,操作數(shù)存放在內存中，操作數(shù)的偏移地址直接表示在指令中。,,表示格式：[偏移地址],,如 MOV AX，[3100H],,默認操作數(shù)存放在內存的數(shù)據(jù)段中。,,例：MOV AX，[3100H],,假設 〔DS〕=6000H,,(63100H)=3050H,,那么 〔AX〕=3050H,...,操作碼,00,31,...,50H,30H,...,6 0 0 0 0,3 1 0 0,+,6 3 1 0 0,63100H,30H,50H,AH,AL,代,碼,段,數(shù),據(jù),段,,操作數(shù)也允許存放在其它段中(SS，ES)，此時應在指令中指明段超越。,,段超越,,假設操作數(shù)不在指令默認的段中，而是在其它某個段中，那么需要在指令中加以表示，這種情況稱為段超越。,,表示,,如直接尋址方式中操作數(shù)在附加段中，那么應表示為 MOV AX，ES:[3100H],,4) 存放器間接尋址方式,,操作數(shù)在存儲器中, 操作數(shù)偏移地址在BX、SI、DI或BP的某個存放器中。,,假設以SI、DI、BX作為間接尋址存放器,,那么默認操作數(shù)存放在數(shù)據(jù)段中，用DS存放器的內容作為段地址。,,假設以BP存放器作為間接尋址存放器,,那么默認操作數(shù)存放在堆棧段中，用SS存放器的內容作為段地址。,,如 MOV BX，[DI],,假設,,〔DS〕=6000H,,〔DI〕=2000H〔62000H〕=50A0H,,那么執(zhí)行指令后,,(BX)=50A0H,表示格式： [尋址存放器],,存放器間接尋址方式也允許段超越。,,如,,MOV AX, DS:[BP],,MOV CH, SS:[SI],,MOV ES:[BX], AL,,設〔AL〕=B2H，〔BX〕=1234H,,〔ES〕=1400H，那么執(zhí)行指令后：,,變址尋址方式,,操作數(shù)的偏移地址是以存放器SI、DI、BX、BP的內容與指令中給定的8位或16位偏移量之和。,,如 MOV AH，1000H[BX],,或寫成 MOV AH，[BX+1000H],,又如 MOV 25H[BP] ，BX,,表示格式:位移量[存放器] 或 [存放器+位移量],,假設以SI、DI、BX尋址，那么默認在數(shù)據(jù)段中；假設以BP尋址，那么默認在堆棧段中。,,6)基址加變址尋址方式,,操作數(shù)的偏移地址是一個基址存放器BX或BP和一個變址存放器SI或DI的內容之和加上給定的8位或16位偏移量。,,表示格式： 位移量[基址][變址],,或 [位移量+基址+變址],,如 MOV 10H[BX][SI]，CX,,或寫為 MOV [10H+BX+SI]，CX,,BX尋址默認為數(shù)據(jù)段；BP尋址默認為堆棧段。,,3-3 8086指令系統(tǒng),,可以分為以下六類,：,,,數(shù)據(jù)傳送指令,,算術運算指令,,邏輯運算和移位指令,,串操作指令,,控制轉移指令,,處理器控制指令,,3.3.1 數(shù)據(jù)傳送類指令,包括：,,通用傳送指令；累加器專用傳送指令；,,地址傳送指令；標志傳送指令；,,1、通用傳送指令,,1)根本傳送指令〔MOV〕,,指令格式：MOV DST,SRC;,,源操作數(shù)和目的操作數(shù)可用上述6種尋址方式的任何一種。,,操作：將SRC內容賦給DST。,,所有通用傳送指令都不影響標志位。,,注意：不能用MOV指令實現(xiàn)以下傳送,,存儲器操作數(shù)之間不能直接傳送,,MOV [1000H] , [DI] 錯,,應改為,,MOV AX , [DI],,MOV [1000H], AX,,立即數(shù)不能直接傳送段存放器,,MOV DS，2000H 錯,,應改為,,MOV AX, 2000H,,MOV DS , AX,,段存放器之間不能直接傳送,,MOV ES , DS ; 錯,,應改為,,MOV BX , DS,,MOV ES , BX,,CS只可以作為源操作數(shù),,例：MOV CS，AX ;錯,,MOV AX，CS ;對,,源操作數(shù)和目的操作數(shù)的寬度必須相同,,立即數(shù),段存放器,存儲器,,(各種尋址),通 用,,存放器,,2)堆棧指令(PUSH 、POP),,堆棧(STACK)的概念,,數(shù)據(jù)的存儲按后進先出(Last In First Out——LIFO)原那么組織的一段內存區(qū)域。,,入棧指令〔PUSH〕：,,格式：PUSH src,,操作過程分兩步完成：,,(SP) ? (SP) - 2,,((SP)+1,(SP)) ? (src),,功能：把一個字壓入由SP指向的堆棧區(qū)。,,如：PUSH AX,,假設〔AX〕=50A0H,,SP=2002H,,SS=6000H,,那么執(zhí)行 PUSH AX的結果如右圖。,,假設再執(zhí)行,,PUSH BX,,設〔BX〕=0ABCDH，結果如右圖。,6000H,2000H,SS,SP,6 0 0 0 0,2,0,0,0,+,6 2 0 0 0,...,AOH,50H,...,62000H,50H,A0H,AX,堆,棧,段,ABH,CDH,,出棧指令〔POP〕,,格式：POP dst ;,,操作：,,(dst) ? ((SP)+1,(SP)),,(SP) ? (SP)+2,,功能：把SP所指向的堆棧頂部的一個字 送入目的地址，同時進行修改堆棧指針。,,如： POP BX,,POP AX,,,,PUSH [2300H],,PUSH CS,,但,POP CS,錯,,堆棧用途如以下圖,,,斷點信息：程序斷點地址、標志存放器及其它能被子程序使用和改變的存放器。,,堆棧用途,,存放存放器或存儲器中暫時不使用的數(shù)據(jù)，在使用這些數(shù)據(jù)時可方便地將其彈出；,,調用子程序或發(fā)生中斷時要保護斷點信息〔入?！常映绦蚧蛑袛喾祷貢r恢復斷點信息〔出?！?。,,應注意的問題,,堆棧操作都按字操作；,,PUSH , POP 指令的操作數(shù)可以是CPU內部存放器或存儲單元；,,PUSH CS 合法，POP CS 非法；,,執(zhí)行PUSH 指令, (SP)-2 ? (SP)，低字節(jié)放在低地址，高字節(jié)放在高地址；,,SP總是指向棧頂；,,堆棧最大容量即為SP的初值。,,3〕交換指令〔XCHG),,格式：XCHG dst , src ；(dst) ?(src),,可以實現(xiàn)：存放器之間,,存放器和存儲器之間,,注意：,,存儲器之間不能直接交換；,,段存放器不能作為操作數(shù)；,,允許字或字節(jié)操作。,,2、累加器專用傳送指令,,1〕輸入指令〔IN〕,,功能：用于CPU從外設端口接收數(shù)據(jù)。,,具體形式有四種：,,IN AL, data8；從8位端口地址輸入一個字節(jié),,IN AX, data8；從8位端口地址輸入一個字,,IN AL, DX；從16位端口地址輸入一個字節(jié),,IN AX, DX ； 從16位端口地址輸入一個字,,例1：,,IN AL, 80H;,,從地址為80H的端口讀入一個字節(jié);,,例2：,,MOV DX, 1020H; 將16位端口地址賦給DX,,IN AX, DX; 從(DX)為地址的端口讀入16位數(shù)據(jù)。,,解釋：,,1〕CPU對各個外部設備接口也采用地址編碼。 8086CPU連接外部設備的地址可以是8位或16位。,存,,儲,,器,I/O,,接,,口,輸,,入,,設,,備,I/O,,接,,口,數(shù)據(jù)總線 DB,控制總線 CB,地址總線 AB,輸,,出,,設,,備,,CPU,,20位,8位或16位,,解釋：,,2〕8086CPU訪問存儲器和訪問外部設備采用不同的指令形式，外設地址與存儲器地址可以重疊。,,通過CPU的IO/M引腳控制存儲器或外設被選通；當訪問存儲器時IO/M引腳輸出低電平，當訪問外設時該引腳輸出高電平。,,,MOV BX，[1234H],；從,存儲器,的[1234H]單元讀數(shù)據(jù)，放入BX。CPU執(zhí)行該指令使,IO/,M,=0,,,MOV DX，1234H,；立即數(shù)賦給DX,,,IN AX，DX,；從地址為[1234H] 的,外設,讀數(shù)據(jù)，,,CPU執(zhí)行該指令使IO/,M,=1,存,,儲,,器,I/O,,接,,口,輸,,入,,設,,備,I/O,,接,,口,數(shù)據(jù)總線 DB,控制總線 CB,地址總線 AB,輸,,出,,設,,備,,CPU,,IO/,M,,2〕輸出指令〔OUT〕,,功能：用于CPU向外設端口發(fā)送數(shù)據(jù),,四種形式：,,OUT data8 , AL；向8位地址端口輸出一個字節(jié),,OUT data8, AX ；向8位地址端口輸出一個字,,OUT DX , AL；向16位地址端口輸出一個字節(jié),,OUT DX , AX ；向16位地址端口輸出一個字,,3、目的地址傳送指令,,8086 提供三條:,,LEA,,LDS,,LES,,1〕LEA (Load Effective Address),,格式： LEA reg16 , mem,,Reg16 — 16位通用存放器； mem — 存儲單元；,,功能：將源操作數(shù)的偏移地址傳送到目的操作數(shù)；,,注意：源操作數(shù)必須以存放器間接尋址、變址尋址、基址加變址尋址等方式表示的存儲器操作數(shù)；目的操作數(shù)為一個16位的通用存放器。,,例： LEA AX，[DI],,設〔DI〕=1005H,,執(zhí)行 LEA AX，[DI]，有〔AX〕=1005H,,例： LEA BX，[BX+SI+0F62H],,設〔BX〕=0400H，〔SI〕=003CH,,執(zhí)行指令后：,,源操作數(shù)地址為：〔BX〕+〔SI〕+ 0F62H,,=0400H+003CH+0F62H=139EH,,那么〔BX〕=139EH,,2〕LDS (Load pointer using DS)(略),,格式：LDS reg16 , mem ；,,功能：把源操作數(shù)指定的4個相繼字節(jié)的數(shù)據(jù)分別送指令指定的存放器及DS存放器中。,,〔reg16〕←〔mem〕,,〔DS〕←〔〔mem〕+2〕,,,,3〕LES (Load pointer using ES )(略),,格式：LES reg16 ，mem ；,,功能：把源操作數(shù)指定的4個相繼字節(jié)的數(shù)據(jù)分別送指令指定的存放器及ES存放器中。,,〔reg16〕←〔mem〕,,〔ES〕←〔〔mem〕+2〕,,例,:,,設,(DS)=0C 000H,,指令 LDS SI, [0010H],,執(zhí)行指令后,:,,(SI)=0180H,,(DS)=2000H,,,80H,01H,00H,20H,C000H:0010H,(DS),C0011H,C0012H,C0013H,...,...,存儲器,C0010H,,例,:,,設,(DS)=B 000H,,(BX)=080AH,,指令 LES DI, [BX],,執(zhí)行指令后,:,,(DI)=05A2H,,(ES)=4000H,A2H,05H,00H,40H,B000H:080AH,(DS),B080BH,B080CH,B080DH,...,...,存儲器,(BX),B080AH,,4、標志傳送指令,,8086有四條標志傳送操作指令：,,1〕LAHF〔Load AH into flags〕,,格式：LAHF ；,,功能：標志存放器低八位傳送給AH,,〔AH〕←〔PSW的低字節(jié)〕,,2〕SAHF〔Store AH into Flags〕,,格式：SAHF,,功能：AH內容傳送給標志存放器低八位。,,〔PSW的低字節(jié)〕←〔AH〕,,3〕PUSHF〔Push Flags 〕,,格式：PUSHF ；,,功能 ： 標志進棧。,,〔SP〕←〔SP〕-2,,〔〔SP〕+1，〔SP〕〕←〔PSW〕,,4〕POPF〔Pop Flags 〕,,格式：POPF；,,功能：標志出棧。,,〔PSW〕←〔〔SP〕+1，〔SP〕〕,,〔SP〕←〔SP〕+2,,3.3.2 算術運算類指令,包括：,,加法指令、減法指令、乘法指令、除法指令,,1,、加法指令,,8086,具有,5,條加法指令,:,,ADD(Addition),加法指令,,ADC(Add with Carry),帶進位加法指令,,INC(Increment),加,1,指令,,AAA(ASCII adjust for addition),加法,ASCII,調整指令,(,略,),,DAA(Decimal adjust for addition),加法十進制調整指令,(,略,),,1〕不含進位的加法指令ADD,,指令格式：ADD dest , src ;,,功 能 ：(dest) ?(dest)+(src),,Src：立即數(shù)，通用存放器，存儲器,,dest：通用存放器，存儲器,,例：,,ADD CL,10,,ADD DX,SI,,ADD AX, [2F00H],,ADD 100H[BX], AL,,ADD [DI], 30H,,特點：,,可進行8位或16位的無符號數(shù)或有符號數(shù)加法運算；,,源操作數(shù)和目標操作數(shù)不能同時為存儲器, 不能為段存放器；,,指令影響標志位,,8位〔有符號〕數(shù)相加，和超出范圍〔－128～＋127〕，或16位〔有符號〕數(shù)相加，和超出范圍(-32768 ~ +32767)，那么 O=1,,8位〔無符號〕數(shù)相加，和超過255，或16位〔無符號〕數(shù)相加，和超過65535，那么 C=1,,,其他標志〔S,A,P,Z)由運算結果按定義確定。,,2〕含進位加法指令ADC(Add with carry),,格式： ADC dest，src ；,,功能：〔dest〕←〔dest〕+〔src〕+C,,C: 進位標志C的當前值,,特點: 與ADD同。,,類型舉例：,,ADC CX, 300,,ADC AL, BL,,ADC DX, [SI],,用途：,ADC,指令主要用于多字節(jié)運算中。,,,如：求兩個,32,位數(shù),12345678H,與,0ABCDEFABH,之和,,MOV AX, 1234H,,MOV BX, 5678H,,ADD BX, 0EFABH,,ADC AX, 0ABCDH,,,3〕加 1 指令INC (Increment by 1 ),,格式： INC dest ；,,功能： (dest)←〔dest〕+1,,dest : 通用存放器、存儲器；,,用途：用于在循環(huán)程序中修改循環(huán)次數(shù)或地址指針。,,標志位影響情況：影響S, Z, A, P, O；不影響C。,,例：,,INC DL ; 8位存放器＋1,,INC SI ；16位存放器＋1,,而,,INC [2100] ；錯誤，應寫成,,INC WORD PTR [2100] ；,,存儲器內容＋1〔字操作〕，PTR為屬性轉換操作。,,又如,,INC BYTE PTR [BX][SI] ；字節(jié)操作,,,,2、減法指令〔Subtraction),,8086有7條減法指令:,,SUB(Subtraction) 不含借位減法指令,,SBB(Subtraction with Borrow)含借位減法指令,,DEC(Decrement by 1) 減1指令,,CMP(Compare) 比較指令,,NEG(Negate) 求補指令(略),,AAS(ASCII Adjust for Subtraction) 減法ASCII調整指令(略),,DAS(Decimal Adjust for Subtraction) 減法十進制調整指令(略),,1〕不含借位減法指令SUB(Subtraction),,格式：SUB: dest，src；,,功能：〔dest〕←〔dest〕-〔src〕,,Src：立即數(shù)，通用存放器，存儲器。,,Dest：通用存放器，存儲器。,,例： SUB AL, 37H,,SUB BX, DX,,,,該指令影響標志位: A、C、O、P、S、Z標志。,,2〕含借位減法指令 SBB(Subtraction with borrow),,格式：SBB dest，src；,,功能：〔dest〕←〔dest〕-〔src〕-C,,Src： 立即數(shù)，通用存放器，存儲器,,dest：通用存放器，存儲器,,指令影響標志位,,例：SBB BX, 100H,,SBB CX, DX,,SBB WORD PTR 100H[BP], 100,,3〕減 1 指令DEC (Decrement by 1 ),,格式：DEC dest,,功能： (dest)←〔dest〕-1,,dest: 通用存放器、存儲器。不能是段存放器。,,用途：用于在循環(huán)程序中修改地址指針和循環(huán)次數(shù)。,,標志位影響情況：影響S,Z,A,P,O;不影響C。,,4〕求補指令NEG (Negate),,格式： NEG dest ;,,功能：(dest) ← 0 - (dest),,dest : 通用存放器 、存儲器。,,操作: 把操作數(shù)按位求反后末位+1。,,影響標志：A、C、O、P、S、Z。,,C: 操作數(shù)為0時求補,C=0 ; 一般使C=1.,,O: 對－128 或－32768求補，O=1; 否那么O=0.,,5) 比較指令CMP(Compare),,格式：CMP dest，src ； 〔dest〕-〔src〕,,結果不保存，只是用來影響標志位。,,影響標志：A、C、O、P、S、Z。,,src：立即數(shù)，通用存放器，存儲器。,,dest：通用存放器，存儲器。,,例： CMP AL,0AH ;存放器與立即數(shù)比較,,CMP CX, DI ;存放器與存放器比較,,CMP AX, [1000H] ;存放器與存儲器比較,,CMP [BX+5], SI ;存儲器與存放器比較,,用途：,,用比較指令來比較兩個數(shù)之間的關系：,,兩者是否相等，兩個數(shù)中大小關系。,,〔1〕根據(jù)Z標志，判斷兩者是否相等；,,〔2〕根據(jù)C標志， 判斷兩個無符號數(shù)的大??；,,〔3〕用S、O標志，判斷兩個帶符號數(shù)的大小。,,算術運算對標志位的影響舉例：,,1111 1111對應無符號數(shù)為255，有符號數(shù)－1；,,1000 0010對應無符號數(shù)130，有符號數(shù)-126；,,1111 1101對應無符號數(shù)253，有符號數(shù)-3；,,求：1111 1111 +1000 0010 =1000 0001,,結果的無符號數(shù)為,129,，有符號數(shù)為-127,; C=1 O=0,,求：1111 1101+1000 0010＝0111 1111,,結果的無符號數(shù)為,127,，有符號數(shù)為,127,；C=1；O＝1,,算術運算指令執(zhí)行這些運算時，自動地將相關標志位置為相應的狀態(tài)。,,如何用CMP指令判兩個有符號數(shù)的大?。?,CMP X1，X2,,用S標志和O標志做異或運算，假設異或結果為0，那么X1>X2；否那么X1<X2,,3. 乘法指令,1〕無符號乘法〔MUL〕,,格式：MUL SRC,,操作：,,字節(jié)操作數(shù): AX ← (AL)*(SRC),,字操作數(shù)：DX:AX ← (AX)*(SRC),,2〕帶符號乘法〔IMUL〕,,格式：IMUL SRC,,操作：同MUL, 但操作數(shù)和乘積均帶符號；,,按有符號數(shù)的規(guī)那么相乘；,,舉例：,,,MUL BL ;,,,AX,←,(AL)*(BL),,,MUL BL ;,,,AX ← (AL)*(BL),,MUL BX;,,,AX ← (AX)*(BX)的低16位,,DX ← (AX)*(BX)的高16位,,,MUL AX;,,,,4、除法指令,1〕無符號除法〔DIV〕,,格式：DIV SRC,,操作：,,字節(jié)除數(shù)：AL ← (AX)/(SRC) 之商,,AH ← (AX)/(SRC) 之余數(shù),,字除數(shù)： AX ← (DX:AX)/(SRC)之商,,DX ← (DX:AX)/(SRC) 之余數(shù),,2〕帶符號除法〔IDIV〕,,格式：IDIV SRC,,操作：同DIV指令,,商和余數(shù)是帶符號的：商的符號符合一般代數(shù)符號規(guī)那么，余數(shù)的符號與被除數(shù)相同。,,3〕字節(jié)擴展指令〔CBW〕 〔略〕,,格式：CBW ；Convert Byte to Word,,功能：將AL 字節(jié)擴展成字，符號位及高字節(jié)在AH中；,,4〕字擴展指令〔 CWD〕 〔略〕,,格式：,,CWD ；Convert Word to Double Word,,功能：AX擴展成雙字，符號位及高字在DX中；,,這兩條指令的作用是對被除數(shù)AL或AX進行擴展