计算机硬件技术基础大纲01.doc

计算机硬件技术基础大纲一、 绪论1. 对像：以Intel i86系列微处理器为核心的计算机硬件技术2. 要求1) 教材：书、试验指示书、习题集2) 参考书：戴梅萼、微型计算机技术及应用、清华沈美明、IBM PC汇编语言及应用、清华3) 作业：每周交作业本4) 实验：5 - 6次5) 考试：期中（闭卷）、期末（开卷）二、 讲授内容1. 计算机基本知识1) 计算机中的数和编码系统2) 计算机基本结构3) 微处理器4) PC 的基本配置2. 8088/86 指令系统1) 寻址方式2) 指令系统3. 汇编语言程序设计1) 汇编语言程序格式2) 指示性语句 3汇编语言程序设计举例4. 8088总线操作和时序1) 8088的总线2) 8088典型时序分析3) 半导体存储器a) 半导体存储器分类b) 读写RAMc) 只读ROM5. 输入输出1) I/O 电路的作用、组成和信号2) CPU 和外设传送数据的方式6. 中断1) 最间单的中断情况2) 中断优先权3) 中断控制器4) 8088中断方式7. 接口电路设计1) 系统总线、I/O 扩展槽2) 可编程并行接口电路8255A3) 数模转换4) 模数转换计算机基本知识1 计算机内的数及其运算一 二进制数和十六进制数1. 二进制数特点： 二个数字符号 0，1 逢二进一 (A)2=an2n+an-12n-1+a121+a020+b12-1+b22-2+bm2-m (A)2=anan-1a1a0.b1b2bm 2. 十六进制数 特点： 十六个数字符号 09，A，B，C，D，E，F 逢十六进一 (A) 16=an16n+an-116n-1+a1161+a0160 +b116-1+b216-2+bm16-m (A)16=anan-1a1a0.b1b2bm 3二进制数和十六进制数转换 6AB8H =0110,1010,1011,1000B 0.BF4CH =0.1011,1111,0100,1100B 4. 十进制数和十六进制数转换HD 0BF3CH = 11163+15162+3161+12160 = 48956D DH 降幂法 48956D = 4096X1+256X2+16X3+X4 除法 16 48956 16 3059 C 16 191 3 16 11 F0 B二二进制和十六进制数运算 1. 算术运算 二进制数 加 0+0=0 0+1=1 1+1=0（有进位） 减 0-0=0 1-0=1 0-1=1（有借位） 乘 00=0 10=0 11=1 除 同十进制除 十六进制数 5DB9H 5DB9H 0B9H*7FH=0B9H*(80H-1) +8E7FH -8E7FH =5C8H-0B9H=50FH 2. 逻辑运算 按位（bit）进行 （1）与 AND 任0则0，全1则1 （2）或 OR 任1则1，全0则0 （3）非 NOT （4）异或XOR 异则1，同则0三二进制编码1 字符表示法 ASCIIAmerican Standard Code for Information Interchange七位二进制数表示字母、符合的规定字符09Aa空格回车换行ASCII30h39h41h61h20h0Dh0Ah2 十进制数表示法压缩的BCD数（PACKED） 4bit二进制数 1位十进制数非压缩的BCD数（UNPACKED）8bit二进制数 1位十进制数 1234H 0102H0 9：30H 39H,A Z：41H开始，a b：61H开始3 GB码(GB2312-80)二个八位二进制数表示汉字、符号的规定四 计算机内数的表示1 无符号数 8位 0255 16位 0655352 符号数 补码 正数 本身 负数 0- X 8位补码 -128127 16位补码 -3276832767 补码加法规则 X+YC = XC+YC 例： 61+37=98 61-37=24 -61+37=-24 -61-37=-98 3D 3D C3 C3 + 25 + DB + 25 + DB 62 1 8 E 8 9 E 溢出： 同号相加，结果变异号 -80-80= -160 0B0H+0B0H=60H 2 计算机基本结构 微机 PC，Apple，DEC（LSI11，VAX）, Motorola 类型 8位 8080/8085，Z80，6800，6809，6502 16位 8086/88，Z8000，68000，LSI11/23、79 32位 80386，80486，80586 小型 大型 单片机 Intel8051，8096/98，80C196 Motorola， Philips，Hitachi， NEC 工控机 PLC一 结构 Von Neumann AB外设外设输入接口CPU存储器输出接口 CB DB图1-1 计算机的结构1 构成部件2 特点A 机器部件由三总线联结，运算器为中心，控制器集中控制；B 存储器按地址顺序结构，每存储单元位数一定；C 指令由操作码、操作数组成，顺序存放在存储器单元；D 指令、数据以二进制数表示、处理。二 计算机系统 CPU 硬件 存储器 I/O接口 系统总线 软件 系统软件 OS,系统维护软件,语言处理 应用软件 计算,控制,计算机辅助应用,管理办公自动化 外设 键盘,显示器,磁盘驱动器,打印机 3 微处理器一 计算机工作过程指令指针IP存现在要执行的指令的地址过程：取指 执行 IP给出指令地址 CPU发地址、有关读控制信号 从该内存单元读取指令，经DB送到CPU的指令寄存器 指令译码 指令执行BIUALU4321 地址加法器CS、DS、IPSS、ESAH ALBH BLCH CLDH DLSPBPSIDIEU控制系统标志REU图1-2 8088 CPU 功能结构二 总线接口单元1 总线接口功能-与M、I/O端口传送数据(指令、数据)2 组成 段寄存器 CS、DS、ES、SS 指令寄存器 IP 地址加法器 指令队列 BIU 取指 取指 取指 取指 取指 读数据 取指 EU 执行 执行 执行执行 执行 图1-3 CPU执行方式三 执行单元功能：执行指令。其计算过程的前、后结果、方法均应同速。组成 寄存器通用寄存器AX累加器、BX基数、CX计数、DX数据 AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL专用寄存器BP基数指针、SP栈顶指针、SI源变址、DI目的变址标志寄存器PSW算术逻辑单元ALU控制系统标志寄存器 0状态标志： CF 进位 最高位向前借位或进位，CF=1 PF偶标志偶数个，PF AF半进位D3向D4的进位或借位 ZF零标志结果为，PF SF符号同结果最高位 OF溢出结果超过范围OF控制标志： DF方向 DF地址加；DF地址减 IF 中断允许IF;中断禁止IF(可屏蔽中断) TF跟踪四 CPU存储器组织 存储器空间20根地址线 220 = 1Mbyte地址组成 指令地址CS*10H+IP 数据地址 DS*10H+EA 堆栈地址SS*10H+SP 附加段地址ES*10H+EA数据格式 字节、字 低位低地址，高位高地址五 I/O组织I/O地址空间16根地址线216 = 64 Kbyte数据格式 字节、字 低位低地址，高位高地址3 基本配置第一章 8088指令系统指令 计算机执行的基本操作命令 指令 = 操作码 + 操作数指令系统 计算机能执行的全部操作命令程序 为实现某功能的指令的集合1 操作数寻址方式1 立即方式操作数直接存放在指令中，称为立即数（8、16位均可）例： MOV AL，0B3H MOV AX，70CEH 注意：目的操作数不允许用立即数2 寄存器寻址 操作数存放在寄存器中 8位操作数 AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL、DH 16位操作数 AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP 例： MOV AL，DH MOV BX，DX3 直接寻址 操作数存放在内存中，其地址在指令中 内存地址 = 段址+偏址 (段址隐含) 例1： MOV AX，1000H 假设 （DS）=2000H,（21000H）=60A0H （AX）=60A0H 例2： 符号地址 VAL1DW 2C5FH VAL1 5FH VAL2 DB 3DH 2CH MOV AL，VAL2 VAL2 3DH MOV AL，VAL2 MOV AX，VAL1 ；（AX）=2C5FH 注意： 双操作数指令中，只允许一个存储器操作数4 寄存器间接寻址操作数的偏址在基址寄存器BX、BP或变址寄存器SI、DI中 PA =（DS）*10H+（BX/SI/DI） PA =（SS）*10H+（BP）例： MOV AX，BX 假设（BX）=1000H，（DS）=2000H，（21000H）=6040H (AX)=6040H5 寄存器相对寻址 操作数的偏址是基址寄存器（BX、BP）与指令中位移量的和 EA =（BP/BX）+DISP PA =（DS）*10H+（BX）+DISP PA =（SS）*10H+（BP）+DISP例：MOV AX，6BXMOV AX，BX+6假设 (DS)=3000H，(BX)=1000H, (31006H)= 5432H (AX)=5432H 31006H 32H 31007H 54H 6 基址变址寻址 操作数的偏址是基址寄存器（BX、BP）与变址寄存器（SI、DI）中位移量的和 EA =（BX）+（SI/DI） PA =（DS）*10H+EAEA =（BP）+（SI/DI）PA =（SS）*10H+EA 例： MOV AX，6BX+SI假设 （DS）=3000H，（BI）=1000H，（SI）=1000H（31000H）= 5432H（AX）=5432H7 相对基址变址寻址 操作数的偏址是基址寄存器（BX、BP）变址寄存器（SI、DI） 与指令中位移量的和 EA1 =（BX）+（SI/DI）+DISP PA1 =（DS）*10H+（BX）+（SI/DI）+DISP EA2 =（BP）+（SI/DI）+DISP PA2 =（SS）*10H+（BP）+（SI/DI）+DISP 例： MOV AX，6BX+SI MOV AX，BXSI* 指令寻址小结： 操作数在指令中立即寻址 操作数在寄存器中寄存器寻址 操作数在内存中存储器寻址段址 隐含 DSBX、SI、DI； SSBP 段前缀 段名或段寄存器（非隐含）偏址 指令中直接寻址 寄存器中寄存器间址、基址、变址 二个寄存器中基址变址寻址注意： 1 内容、地址分清；2 操作数类型是其内容的类型，而非地址的类型；3 操作数域通常不允许二个存储器操作数。2 指令系统指令类型： 数据传送； 算术运算； 逻辑运算； 串处理； 控制转移； 处理器控制。指令系统学习要点：功能、寻址方式、条件码一 数据传送指令1 通用传送指令（1）MOV格式： MOV DST，SRC操作：（SRC）（DST）规定：SRC、DST为寻址方式，但不允许DST为CSDST为立即数SRC、DST同为立即数SRC、DST同为内存l MOV REG，SRC ；B/Wl MOV DST，REG ；B/Wl MOV SEG，SRC ；W 除CSl MOV DST，SEG ；Wl MOV DST，IM ；B/W例： MOV DX，AX MOV CL，DHMOV AX，VALUE MOV DI，MEMBX+DI MOV BXSI，DXMOV ARRAYDI，AXMOV DS，AX MOV SS，BXMOV ES，NEWSIMOV DX，DSMOV VALBX，SSMOV GAMM，CSMOV AL，AMOV AL，77MOV DI，618MOV AX，DATAMOV SI，OFFSET ARRAYMOV BYTE PTRDI，55（2）PUSH 格式： PUSH SRC；W R/SEG/M 操作： （SP）- 2 （SP）;（SRC） （SP）+1，（SP）规定：SRC可为除立即数、CS以外的寻址方式 例： PUSH AX（3）POP格式： POP DST；W R/SEG/M ；除CS操作： （SP）+1，（SP） （DST） ；（SP）+2 （SP）规定：SRC可为除立即数、CS以外的寻址方式例： POP AX（4）XCHG 交换格式： XCHG OPR1，OPR2；B/W操作： （OPR1）（OPR2）规定：必须有一个操作数为寄存器，CS除外例： XCHG AX，BX+SI 假设(DS)=2000H，(BX)=500H，(SI)=3000H, (23500H)=0ABCDH, （AX）=1234H （AX）=0ABCDH，（23500H）=1234H2 累加器专用指令（1） IN格式： IN AL/AX，DX/PORT ；PORT256 操作： （DX）/（PORT）（AL）； B （DX）/（PORT）（AX）； W 例： IN AL，0F3H IN AL，DX IN AX，DX（2） OUT格式： OUT DX/PORT，AL/AX ；PORT256 操作： （AL）（DX）/（PORT） ； B （AX）（DX）/（PORT） ； W 例： OUT 0F3H，AL OUT DX，AL OUT DX，AX（3） XLAT 换码格式： XLAT ；B操作： （BX）+（AL） （AL） 例： 假设(BX)=100H，(AL)=12H，(DS)=4000H,（40112H）=5AH XLAT ； （AL）= 5AH3 地址传送指令（1） LEA格式： LEA REG，SRC；W 通基变 M操作： SRC （REG）规定：SRC为指针或变址寄存器例： LEA BX，BX+SI假设 （BX）= 4000H，（SI）=120H （BX）= 4120H（2） LDS格式： LDS REG，SRC；DW 通基变 M操作： （SRC）（REG）； （SRC+2）（DS）规定：SRC为指针或变址寄存器例： LDS BX，BX+SI假设(BX)= 4000H，(SI)=120H，(DS)=6000H, (64120H)=3355H，（64122H）=6677H （BX）=3355H，（DS）=6677H（3） LES格式： LES REG，SRC；DW 通基变 M操作： （SRC） （REG）； （SRC+2）（ES）例： LES BX，BX+SI假设 (BX)=4000H，(SI)=120H，(DS)=6000H, (64120H)=3355H，（4122H）=6677H （BX）= 3355H，（ES）=6677H4 标志寄存器传送（1） LAHF;B操作：（PSW的低字节） （AH）（2） SAHF;B操作：(AH) （PSW的低字节）（3） PUSHF;W操作：(SP)-2 （SP）； （PSW）(SP)+1，(SP)（4） POPF;W操作：(SP)+1，(SP) （PSW） (SP) + 2 （SP）；二 算术运算指令除源操作数为立即数外，必须有一个操作数在寄存器中1 加法指令（1） ADD格式： ADD DST，SRC；B/W R, M R, IM/M 操作： （SRC）+（DST） （DST）标志影响：A、C、O、P、S、ZZF：结果为0，ZF=1SF：结果最高位为1，SF=1CF：结果最高位向更高位进位，CF=1。INC指令不影响CFOF：两操作数符号同，结果与之相反，OF=1；反之OF=0 例1：ADD DX，BX ADD AL，3 ADD DI，SI ADD AX，8239H ADD CX，MEM ADD BX，BP ADD DX，ALPHABX+DI ADD BETDI，AX ADD MEM，DX ADD DATBX，AL 例2： ADD DX，0F12DH ；（DX）=4AE5H 和 3C12H （ACOPSZ）=110100B 例3：溢出无符号数 CF 符号数 OF 4+11=4+0BH=0FH； 7+251=7+0FBH=2； 9+124=9+7CH=85H； 135+245=87H+0F5H=7CH（2） ADC格式： ADC DST，SRC；B/W R,M R,IM/M 操作： （SRC）+（DST）+CF （DST） 标志影响：A、C、O、P、S、Z例：（BX，CX）+（DX，AX） （DX，AX）（3） INC格式： INC OPR；B/W R,M 操作： （OPR）+1 （OPR） 标志影响：A、O、P、S、Z （除CF）2 减法指令（1） SUB格式： SUB DST，SRC；B/W R,M R,IM/M 操作： （DST）-（SRC） （DST）标志影响：A、C、O、P、S、Z ZF：结果为0，ZF=1SF：结果最高位为1，SF=1CF：结果最高位向更高位借位，CF=1。INC指令不影响CFOF：两操作数符号反，减数与结果相反，OF=1；反之OF=0（2） SBB格式： SBB DST，SRC；B/W R,M R,IM/M 操作： （DST）-（SRC）-CF （DST） 标志影响：A、C、O、P、S、Z（3） DEC格式： DEC OPR；B/W R,M 操作： （OPR）-1 （OPR） 标志影响：A、O、P、S、Z （除CF）（4） NEG格式： NEG OPR；B/W R,M 操作： 0-（OPR） （OPR） 标志影响：A、C、O、P、S、Z （5） CMP格式： CMP OPR1，OPR2；B/W R,M 操作： （OPR1）-（OPR2） 标志影响：A、C、O、P、S、Z 例1： SUB DH，BP+10假设（DH）=54H,（SS）=6000H,（BP）=0F0H,（600FAH）=6AH （DH）=0EAH （ACOPSZ）=110010B 例2： W=X+Y-Z 均为32位数MOV AX，XMOV DX，X+2ADD AX，YADC DX，Y+2SUB AX，ZSBB DX，Z+2MOV W，AXMOV W+2，DX 3 乘法指令 （1）MUL 无符号数乘 格式： MUL SRC；B/W 操作： 字节 （AL）（SRC）（AX） 字 （AX）（SRC）（DX，AX） 标志：积的高一半为零,则CF=OF=0,否则CF=OF=1;其它无定义 （2）IMUL 符号数乘 格式： IMUL SRC；B/W 操作： 字节 （AL）（SRC）（AX） 字 （AX）（SRC）（DX，AX） 标志：积的高一半为低一半的符号扩展, 则CF=OF=0,否则CF=OF=1; 其它无定义 例：设（BX）=321H，（AX）=23C5HMUL BX ；（DX，AX）=6FEB65HIMUL BL；（AX）=0F865H4 除法指令 （1）DIV 无符号数除 格式： DIV SRC；B/W 操作：字节 （AX）/（SRC）（AL）（AH） 字 （DX，AX）/（SRC）（AX）（DX） 标志： 无定义 （2）IDIV 符号数除 格式： IDIV SRC；B/W 操作： 字节 （AX）/（SRC）（AL）（AH） 字 （DX，AX）/（SRC）（AX）（DX） 符号同被除数 标志：