微机原理考点总结

一、基本概念

1. 现代计算机的三大应用形式：桌面系统、服务器和嵌入式计算机。
2. 处理器的性能指标：字长、时钟频率、集成度：
   • 字长：表明处理器每个时间单位可以处理的二进制数据位数。
   • 时钟频率：表明处理器的处理速度，反映了处理器的基本时间单位。
   • 集成度：表明处理器的生产工艺水平，通常用芯片上集成的晶体管数量来表达。
3. 摩尔定律：每隔18个月集成电路性能将提高一倍，而其价格将降一半。
4. 存储器是存放程序和数据的部件。高性能的微机的存储系统由处理其内部的寄存器(Register)、高速缓冲存储器(Cache)、主板上的主存储器和以外设形式出现的辅助存储器构成。
5. 计算机采用的三级存储结构是高速缓冲存储器，主存储器，辅助存储器。
6. 处理器引脚（处理器总线）：数据总线、地址总线、控制总线
   • 数据总线：处理器与存储器或外设交换信息的通道，其个数（条数）就是一次能够传送数据的二进制位数，通常等于处理器字长。
   • 地址总线：用于指定存储器或外设的具体单元，其个数反应处理器能够访问的主存储器容量或外设范围。
   • 控制总线：用于控制处理器数据传送等操作。
7. 微型计算机系统包括硬件和软件两大部分。
8. 处理器的主要功能是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的操作（简称执行）。
9. 低端处理器一般由算术逻辑单元、寄存器和指令处理单元等几部分组成。
   • 算术逻辑单元(ALU)：计算机的运算器，负责处理器所能进行的各种运算，主要就是算数运算与逻辑运算。
   • 寄存器：处理器内部的需要高速存储单元，用于暂时存放程序执行过程中的代码和数据。
   • 指令处理单元：指处理器的控制单元，控制指令的执行和信息的传输。
10. 存储模型：
    • 平展存储模型：存储器为连续的地址空间，称为线性空间地址。IA-32支持的线性地址空间为 0 ~ 2³²-1（4GB容量）。
    • 段式存储模型：由一组独立的地址空间组成的独立的地址空间称为段，将代码、数据和堆栈存放在分开的段中，程序利用逻辑地址寻址段中的每个字节单元。IA-32处理器支持 16384 (2¹⁴) 个各种大小和类型的段，每个段可以达到 4GB 容量。
    • 实地址存储模型：段式存储模型的特例，线性地址空间最大为 1 MB容量，由最大为 64 KB 的单多个段组成。
11. 工作方式：
    • 保护方式：可使用 32 条地址总线，寻址 4GB 物理存储器。 处理器工作在保护方式时，可以使用平展或者段式存储模型；冲击力器工作在虚拟8086方式时，只能使用实地址存储模型。
    • 保护方式下的虚拟8086方式：是CPU工作于多任务状态下的某一个任务所对应的方式，每个任务的最大寻址空间为 4GB，采用分段方式，每个段最大 4GB，段基址:偏移量(16 位 : 32 位)。但能识别和运行所有 16 位实地址方式的程序。
    • 实地址方式：只能寻址 1MB 物理存储器，每个段最大不超过 64KB，但可以使用 32 位操作数和 32 位寻址方式。通电或者复位后，IA-32处理器处于实地址方式。
    • 系统管理方式：为操作系统和核心程序提供节能管理和系统安全管理机制。
12. 逻辑地址：处理器通过地址总线引脚发送物理地址访问存储器，但进行程序设计时采用逻辑地址，逻辑地址由段基地址和偏移地址组成。
    • 段基地址：确定段在主存中的起始地址。其必须是16的倍数。
    • 偏移地址：以段基地址为起点，段内的位置都可以用距离该起点的位移量表示，称为偏移地址。其大小不得超过 64 KB。
13. 地址转换：
    • 保护方式：
      • 平展存储模型：段基地址为0，偏移地址等于线性地址
      • 段式存储模型：段基地址和偏移地址都为32位，段基地址加上偏移地址等于线性地址。
    • 实地址方式：每个段不超过 64 (2¹⁶)KB，段内偏移地址可以用16位数据表示，将逻辑地址左移 4 位，加上偏移地址即得到20位物理地址。
14. 指令预取：在8086处理器中，指令的读取发生在 BIU(总线接口单元)，而其执行发生在 EU(执行单元)，而这两个单元相互独立，分别完成各自的操作，所以可以并行执行。则在 EU 对一个指令进行译码执行时，BIU 可以同时对后续的指令进行读取。
15. 指令由操作码和操作数两部分组成。
    • 操作码：指令执行的操作（如加、减、传送等）编码称为操作码。
    • 操作数：指表示参与操作的对象，可以是一个具体的常量，也可以是保存在寄存器中的数据，还可以是一个保存在存储器中的变量。
16. 16位存储器寻址（偏移地址）：
    • $16 \text{位有效地址} = \text{基址寄存器} + \text{变址寄存器} + \text{位移量}$
    • 基址寄存器为：BX 或 BP
    • 变址寄存器为：SI 或 DI
    • 位移量：8 位或 16 位
17. 32位存储器寻址（偏移地址）：
    • $32 \text{位有效地址} = \text{基址寄存器} + (\text{变址寄存器}\times \text{比例}) + \text{位移量}$
    • 基址寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP
    • 变址寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP
    • 比例：1、2、4、8
    • 位移量：8 位或者 32 位
18. 数据寻址方式：
    • 立即数寻址方式：源操作数直接用常量形式表达，如 mov eax, 33221100h 。
      2-寄存器寻址方式：指令的操作数存放在处理器的寄存器中，如 mov ebx, eax 。
    • 存储器寻址方式：寻址主存中的操作数就称为存储器寻址方式。
      • 直接寻址：有效地址只有位移量部分，且直接包含在指令代码中，如：mov eax, str
      • 寄存器间接寻址：有效地址存放在寄存器中，如：mov edx, [eax]，mov [esi], ecx
      • 寄存器相对寻址：有效地址为寄存器与位移量之和，如：mov esi, [ebx + 4]
      • 变址寻址：使用变址寄存器寻址操作数，如：mov edi, [ebx + esi]
      • 带比例的变址寻址：使用变址寄存器内容乘以相应比例的存储器寻址方式，如：mov eax, [ebx * 4]
19. 计算机与外设的数据传送方式：
    • 程序查询方式：就是由用户进程直接控制内存或CPU和外围设备之间的信息传送。这种方式控制者都是用户进程。
    • 中断传送方式：被用来控制外围设备和内存与CPU之间的数据传送。这种方式要求CPU与设备（或控制器）之间有相应的中断请求线，而且在设备控制器的控制状态寄存器的相应的中断允许位。
    • 直接内存方式(DMA)：基本思想是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通道。
    • 通道方式：与DMA方式相类似，也是一种以内存为中心，实现设备和内存直接交换数据的控制方式。
20. 几类处理器的区别：
    • 8086：芯片内外数据总线 16，地址线 20，最大支持主存 1 MB，指令队列 6 字节。14个 16 位的寄存器。
    • 8088：芯片内数据总线 16， 芯片外数据总线 8，地址总线 20，最大支持 1 MB 主存。
    • 32位cpu：数据和地址总线都为 32，支持 4 GB 物理寻址。指令队列 16 字节。34个寄存器。

二、常用寄存器分类

2.1 通用寄存器

• 一般指处理器最常使用的整数通用寄存器，可用于保存整数数据和地址。

EAX（32位），AX（16位），AH、AL（高、低8位）：累加器

EBX（32位），BX（16位），BH、BL（高、低8位）：基址寄存器

ECX（32位），CX（16位），CH、CL（高、低8位）：计数器

EDX（32位），DX（16位），DH、DL（高、低8位）：数据寄存器

ESI（32位），SI（16位）：源变址寄存器

EDI（32位），DI（16位）：目的变址寄存器

EBP（32位），BP（16位）：基址指针寄存器

ESP（32位），SP（16位）：堆栈指针寄存器

2.2 标志寄存器

• EFLAGS（32位），FLAGS（16位）：标志寄存器

• 标志寄存器EFLAGS中常用的几个标志位（加粗的为控制标志位，其余为状态标志位）如下：

2.3 专用寄存器

• ESIP（32位），IP（16位）：指令指针寄存器，表示将要执行的指令在主存中的位置，该位置用存储器地址表示。
• 段寄存器，如下：

CS（16位）（80x86）：代码段寄存器

SS（16位）（80x86）：堆栈段寄存器

DS（16位）（80x86）：数据段寄存器

ES（16位）（80x86）：附加段寄存器（数据）

FS（16位）（IA-32新增）：数据段寄存器

GS（16位）（IA-32新增）：数据段寄存器

三、处理器基本结构

四、指令和操作符

对于编写指令语句的几点注意事项：

1. 双操作数指令（除特别说明）的目的操作数和源操作数必须类型一致。
2. 要求类型一致的两个操作数之一必须有明确的类型，否则需用 ptr 指明。
3. 双操作数指令（出特别说明）不允许两个操作数都是存储单元。
4. 能对专用寄存器进行操作的指令有限、功能不强，使用时需注意。