2025年计算机组成原理深度解析笔记

1.辨析三个概念微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器:MP是指由一片或几片大规模集成电路构成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件，又称为微处理机微型计算机MC,是指以微处理器为关键，配上存储器、输入/输出接口电路及系统总线所构成的计算机（又称主机或微电脑）微型计算机系统（主机+外设+软件配置）MCS,是指以微型计算机为中心，以对应的外围设备、电源和辅助电路（统称硬件）以及指挥微型计算机工作的系统软件所构成的系统

2.计算机从诞生至今已经历了四代

①电子管计算机

②晶体管计算机

③集成电路计算机

④大规模、超大规模集成电路计算机

3.

①4位或低级8位微处理器Intel4004或8008CPU

②中高档8位微处理器Intel8080CPU

③16位高档微处理器Intel

8086、80286

④32位高档微处理器Intel

80386、80486

⑤64位高档微处理器Intel80586（Pentium）＞Power PC

4.总线分为三种

①地址总线AD单向，由CPU发出到存储器或I/O端口

②数据总线DB双向，由CPU送出或送往CPU

③控制总线CB整体双向，个体单向，传送方向固定

5.微处理器由运算器（又称算术逻辑单元（ALU））、控制器（CU）、和寄存器阵列（RA）三部分构成

6.控制器包括

①指令寄存器IR

②指令译码器1D

③可编程逻辑阵列PLA

7.内部寄存器

①程序计数器PC

②地址寄存器AR

③数据缓冲寄存器DR

④指令寄存器IR

⑤累加器A

⑥标志寄存器FLAGS

8.冯・诺依曼首计算机基本设计思想为

①以二进制形式表达指令和数据（电子数字计算机）

②程序和数据事先寄存在存储器中，计算机在工作时可以自动地、高速地从存储器中取出指令并加以执行

③由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件构成计算机系统

9.8086cup内部构造由两部分构成总线接口单元BIU;执行单元EU.

（1）.总线接口单元BIU构成4个16位的段寄存器（CS、DS、ES、SS）;1个16位的指令指针寄存器IP；1个20位的地址加法器；1个指令队列缓冲器（长度为6个字节）；I/O控制电路（总线控制电路）；1个与EU通信的内部寄存器BIU的功能根据EU的祈求负责CPU与内存或I/O端口传送指令或数据

①BIU从内存取指令送到指令队列

②当EU执行指令时，BIU要配合EU从指定的内存单元或I/O端口中读取数据，或者把EU的操作成果送到指定的内存单元或I/O端口去

（2）执行单元Eu构成

①16位的ALU（算术逻辑单元）；

②通用寄存器组AX,BX,CX,DX（4个数据寄存器）BP（基址指针寄存器）SP（堆栈指针寄存器）SI（源变址寄存器）DI（目的变址寄存器）

③数据暂存寄存器

④标志寄存器FLAGS

⑤EU控制电路作用负责执行指令，执行的指令从BIU的指令队列中获得；运算成果和所需数据，则由EU向BIU发出祈求，经总线访问内存或I/O端口进行存取

10.物理地址与逻辑地址有什么区别？答逻辑地址是指未定位之前在程序中存在的地址，由段地址和偏移地址构成物理地址是实际访问存储器时的地址（通过20位地址总线传递）存储单元的逻辑地址不是唯一的，一种存储单元只有唯一的一种物理地址，但可以有一种或多种逻辑地址；

5.CF——进位标志，运算成果有进（借）位，CF=1AF-----辅助进位标志，低4位向前有进（借）位，AF=1ZF——零标志，成果为0,ZF=1SF——符号标志，最高位的值OF——溢出标志，双高位鉴别法确定PF——奇/偶标志,运算成果低8位中1的个数为偶数个,PF二1控制标志控制处理器的某一特定功能IF——可屏蔽中断容许标志，若STI将IF=1表达容许CPU接受外部从INTR引脚上发来的可屏蔽中断祈求信号；由CLI将IF清0；该状态对非可屏蔽中断及内部中断没有影响；DF——方向标志，CLD将DF二0串操作按增地址方式进行；STD将DF=1,串操作按减地址方式进行；TF——跟踪（陷阱）标志（TF=1,单步工作方式；否则正常执行程序）；

4.地址总线Ai可同步对高、低位库的存储单元寻址，A和BHE用于对库的选择当A=O时，只访问偶地址存储AN〜o体，读写低字节信息；当BHE=O时，奇高；当两者均为0时，则同步访问两个存储体，读写一种字的信息同为1则无操作；

5.在什么状况下8086的执行单元（EU）才需要等待总线接口单元（BIU）提取指令？答EU在执行完转移、调用（包括子程序调用和中断调用）和返回指令时，因指令的执行次序发生跳转，本来预取到指令队列中的指令将不再执行，需清空指令队列缓冲器在此状况下，EU才需要等待BIU从新的地址重新开始提取指令

6.存储器为何要分段（段加偏移）？答

1.8086有1M的存储空间，有20根地址线，而CPU的指令指针和堆栈指针都是16位的，只能直接寻址64KB的地址空间，为了能寻址1MB的空间，需要把存储器分为若干段

2.存储器的分段的机制容许重定位，由于段寄存器里的段地址可以由程序来重新设定，因而使得程序和数据不需要进行任何修改，就能使他们重定位

1.1）段地址段寄存器的内容，出目前汇编后的机器指令中2）段基址段地址左移4位后形成的20位段起始地址

8.8086CPU系统中为何要用地址锁存器？8086CPU由于引脚数量少，其地址总线采用了分时复用的双重总线，仅在总线周期的T1时钟周期输出地址信号，而在整个总线周期中地址信号需保持不变，这就需用地址锁存器将T1周期发出的地址信号锁存起来以在整个总线周期中都能使用，为此8086CPU在T1周期提供地址锁存容许信号ALE（正脉冲），用ALE的下降沿将地址信息锁存在地址锁存器中（3分）共需3片73LS373芯片用作地址锁存器，锁存信息A19—A0和BHE

9.8086的最大工作模式和最小工作模式的区别？答最小工作方式即单处理器系统方式；在此方式下，所有控制信号由CPU自身提供，它适合于较小规模的应用CPU工作于最大工作方式时，系统的控制信号由8288总线控制其提供，一般，在最大方式系统中一般包括两个或多种处理器

10.什么叫重定位重定位是指一种完整的程序块或数据块可以在存储器所容许的空间内任意浮动并定位到一种新的可寻址的区域

11.8086指令系统的特点8086与8088的指令系统由8位的8080/8085指令系统扩展而来的，同步又能在其后续的80x86系列的CPU上对的运行其重要特点是

（1）采用可变长指令，指令格式比较复杂

（2）寻址方式灵活多样，处理数据的能力比较强

（3）有反复指令和乘、除运算指令扩充了条件转移、移位/循环指令

（4）为加强软件中断功能和支持多处理器系统的工作，增设了有关的指令

12.总线周期概念总线周期一般是指微处理器完毕一次访存或I/O端口操作所需的时间在8086/8088中，一种最基本的总线周期由4个时钟周期构成，分别称为4个状态，即Tl、T

2、T3与T4这4个状态

④T1状态CPU往多路复用总线上发送地址信息，以选中所要寻址的存储单元或外设端口的地址

④T2状态CPU从总线上撤销地址,并使总线的低16位浮置成高阻状态，为传送数据做准备出T3状态，多路总线的高4位继续提供状态信息,而其低16位（对8088CPU则为低8位）上将出现由CPU写出的数据或者CPU从存储器或端口读入的数据而阐明若访问设备未准备好，则CPU会在T3之后自动插入1个或多种附加的时钟周期Tw,这个Tw就叫等待状态（CPU在每个总线周期的T3状态开始对READY信号采样）

④T4状态CPU采样数据总线，完毕本次读/写操作，总线周期结束（要对INTR信号进行采样）也阐明只有BIU与内存或I/O端口互换数据，以及填充指令队列时，BIU才执行总线周期除此之外，既不需要填充指令队列，EU也没有向BIU发出总线周期祈求时，系统总线就处在空闲状态，进入空闲周期，空闲周期由一种或几种Ti状态构成

13.RESET:复位后，标志寄存器与指令队列缓冲器的原有信息被清除，IP与DS、SS和ES也被清零，而CS被置为FFFFHo当RESET信号变为低电平时，CPU就从FFFF0H开始执行程序在程序执行时，RESET线保持低电平

14.对寄存的字，若低位字节从奇数地址开始寄存，为非规则字；反之，为规则字读一种规则字需要访问一次存储器，一种总线周期，读一种非规则字需要访问两次存储器，两个总线周期当寄存的是双字形式这种数一般作为指针，其低位字是被寻址地址的偏移量；高位字则是被寻址地址所在的段地址

15.每个I/O接口均有一种或几种端口在微机系统中每个端口分派一种地址号，称为端口地址一种端口一般为I/O接口电路内部的一种寄存器或一组寄存器当CPU与偶地址的I/O设备实现16位数据的存取操作时，可在一种总线周期内完毕；当CPU与奇地址的I/0设备实现16位数据的存取操作时，要占用两个总线周期才能完毕操作数有立即数操作数、寄存器操作数、存储器操作数、10操作数、

16.8086/8088指令的分类8086/8088的指令按功能可分为6大类:数据传送、算术运算、逻辑运算、串操作、程序控制和CPU控制数据传送指令细提成4类•通用数据传送指令MOV.PUSH、POP、XCHG、XLAT•目的地址传送指令LEA、LDS、LES•标志位传送指令LAHF、SAHF、PUSHF、POPF•I/O数据传送指令IN、OUT传送指令MOV DST,SRC执行操作DST一SRC阐明可实现一种字节或字的传送注意*DST、SRC不能同步为段寄存器*立即数不能直接送段寄存器MOV DS,H*DST不能是立即数和CS*DST、SRC不能同步为存储器寻址*不影响标志位压入堆栈指令PUSH SRC“先移后入”，先SP-2,SP一直指向堆顶，然后将操作数压入SP+1SP中,操作数可以是通用寄存器，段寄存器或者某种寻址方式所指向的存储单元；弹出堆栈指令POP dst“先出后移”SP+1SP给dst,后SP-2,dst可以是存储器，通用寄存器或段寄存器不能是CS,不能是立即数注意堆栈操作必须以字16位为单位不影响标志位不能用立即寻址方式PUSH1234H并非局限在栈顶操作MOV AX,[BP][SI]互换指令XCHG OPRI,0PR2执行操作0PR160PR2注意不影响标志位不容许使用段寄存器不能在存储器单元之间互换换码指令XLAT或XLAT OPR通过查表实现执行操作AL一BX+AL例MOV BX,OFFSET TABLE;BX=0040H表预先建立在内存MOV AL,3；索引值XLAT TABLE指令执行后AL=30H注意*不影响标志位*字节表格长度不超过256字节首地址一BX*需转换的代码位移量f AL•目的地址传送指令取有效地址指令LEA REG,SRC执行操作REG16位通用寄存器—SRC存储器操作数将一种近地址指针写入到指定的寄存器把源操作数的EA即16位偏移地址送到寄存器指针送寄存器和DS指令LDS REG,SRC执行操作REG—SRC DS―SRC+2相继二字-寄存器、DS指针送寄存器和ES指令LES REG,SRC执行操作REG—SRC ES一SRC+2相继二字t寄存器、ES注意*不影响标志位*REG不能是段寄存器*SRC必须为存储器寻址方式•标志位传送指令*影响标志位标志送AH指令LAHF执行操作AH一FLAGS的低字节AH送标志寄存器指令SAHF*置位/复位执行操作FLAGS的低字节一AH标志进栈指令PUSHF转子/中断调用执行操作SP—SP-2SP+1,SP一FLAGS标志出栈指令POPF*转子/中断调用执行操作FLAGS~SP+1,SPSP—SP+2

二、算术运算类指令共20条指令•加法指令ADD dst,src（dst=dst+src不带进位加法指令，影响所有6位状态标志位，目的操作数可以是寄存器或存储器，源操作数可以是寄存器或存储器或立即数，两者不能同步为存储器，段寄存器不能参与加减乘除法，操作对象可以是8位或16位）、ADC（带进位加法指令，dst=dst+src+CF,重要用于多字节数据的加法，其他与ADD同）、INCdst（加1指令，对CF无影响，dst可以是寄存器或存储器，不能是立即数或段寄存器，字节操作或字操作）•减法指令SUB dst,src（不带借位，dst=dst-src,目的操作数可以是寄存器或存储器，源操作数可以是立即数，存储器，寄存器，不容许两个存储器操作数相减，可以字相减，字节相减）、SBB（带借位dst二dst-src-CF,用于多字节减法）、DEC（减1指令，不影响CF,其他与加1同）、NEG（求补指令，dst=O-dst,操作数可以是寄存器或存储器，可以对8位或16位求补，可得到负数的绝对值，）、CMP dst,src（比较指令，dst-src,不送回dst,dst可以是寄存器或存储器，src可以是立即数，寄存器或存储器，但不能同步为存储器，可以字比较，字节比较，两个相等ZF=1,比较两个无符号数时，前者不不小于后者CF=1,）•乘法指令MUL、IMUL•除法指令DIV、IDIV、CBM CWD串传送指令MOVS（字符串传送指令）执行REP MOVS之前，应先做好（初始化工作）

（1）源串首地址（末地址）一SI

（2）目的串首地址（末地址）一DI⑶串长度一CX（最大64KB）

（4）建立方向标志（CLD使DF=0,STD使DF=1）一种串传送的例子data segmentmessldb personal_computer；字符数组data endsextra segmentmess2db17dupextra endscodesegment mov;不能mov ds,data（X）ax,data movds,；立即数不能直接送段寄存器ax movax,extra；不能lea ds,data（X）mov es,ax；用于取变量的有效地址lea si,messl；源串首地址lea di,mess2；目的串首地址mov ex,17;串长度cld rep；建立方向标志CLD使DF=0,STD使DF=1movsb；串传送code ends例（续）把附加段中的10个字节缓冲区置为20Hlea di,mess2mov al,20Hmov ex,10cldrep stosb比较例

3.66中两串与否完全相似，若两串相似，则BX寄存器内容为0；若两串不一样，则BX指向源串中第1个不相似字节的地址，且该字节的内容保留在AL寄存器中CLDMOV CX,100MOV SI,2500HMOV DI,1400HREPE CPMSB；串比较，直到ZF=0或CX=0JZ EQQ；两串相似，置BX为0DEC SI;将指针修改回第1个不相似字节处MOV BX,SIMOV AL,[SI]JMP STOP；必须跳转，否则仍继续执行EQQEQQMOV BX,0STOPHLT例试比较两个无符号数80H和79H,则用下面的指令，即MOV AL,80HCMP AL,79HJA ABOVE例试比较两个有符号数80H和79H,则用下面的指令，即MOV AL,80HCMP AL,79HJG GREATER串传送指令STOS将累加器AL或AX的值送传到内存缓冲区的某个位置上，对状态标志没有影响，若加上前缀REP,则操作一直反复进行下去直到CX=O；

19.8086汇编语句的种类（3种）指令语句，伪指令语句，宏指令语句阐明关系运算的成果是一种常数（布尔值）关系成立，成果为0FFFFH,否则，为

028.在指令中引用$时，$就表达该指令首地址，与$自身所指向单元无关例如指令JNZ$+6该指令的转移地址是JNZ指令的首地址加上6o当然，$+6必须是某一条指令的首地址，这样才能到达对的转移的目的补充题为何I/O接口芯片的地址线A0要和8086系统总线的A1相连？参照答案要点1）在8086系统中，数据总线为16位，而I/O接口芯片只有8条数据引线因此，应让CPU和1/0接口芯片之间的数据传播通过数据总线的低8位进行2）将地址总线的A1和1/0接口芯片的A0端相连，A0浮空，从CPU的角度看，是用两个相邻的偶地址来作为1/0接口芯片的端口地址，同步仍满足接口内部对一奇一偶两个相邻端口地址的规定，从而可以保证用数据总线的低8位和1/0接口芯片互换数据3）这样的连接方式也和8088系统运用8位数据总线进行传播保持兼容L10接口的作用

①总线隔离作用，大多数外设不能直接和CPU的数据总线相连，要借助与接口电路使外设与总线隔离，起缓冲、暂存数据的作用，使主机和外设协调一致的工作

②速度匹配作用

③信号变换作用

2.1/0接口的基本构造（接口与端口）接口（Interface）介与主机和外设之间的缓冲电路端口（Port）接口中可以进行寻址读写的寄存器，简称口一种接口往往具有几种端口，CPU通过输入输出指令向这些端口取或存信息、端口重要有三类一类为状态口，一类为命令口（或控制口），一类是数据口通过输入输出指令可以从数据端口与外设互换数据因此说，计算机主机与外设之间互换信息都是通过接口中的端口来实现的

4.微机系统中，1/0端口的编址方式分为统一编址和独立编址两大类在Intel80x86系列微机中，采用独立编址方式

5.CPU通过接口与外设之间数据传送的方式，一般有三种程序控制的输入/输出方式（这种传送方式又分为无条件传送和有条件传送）、程序中断的输入/输出方式和直接存储器存取方式

6.中断的定义计算机在执行正常程序过程中，当出现某种异常事件或某种外部祈求时，处理器就暂停执行目前的程序，而转去执行对异常事件或某种外部祈求的处理操作当处理完毕后，CPU再返回到被暂停执行的程序，继续执行，这个过程称为程序中断

7.中断嵌套CPU在执行低级别中断服务程序时，又收到较高级别的中断祈求，CPU暂停执行低级别中断服务程序，转去处理这个高级别的中断，处理完后再返回低级别中断服务程序，这个过程称为中断嵌套

8.中断向量表中断向量表是寄存中断向量的一种特定的内存区域所谓中断向量，就是中断服务子程序的入口地址对于8086/8088系统,所有中断服务子程序的入口地址都寄存在中断向量表中

9.8259A的功能8259A是用于管理和控制外部中断祈求，实现中断优先级鉴定，提供中断类型号，屏蔽中断输入等功能单片8259A可管理8个中断，若采用级联方式，最多可用9片8259A构成两级中断机构，管理64个中断8253的工作过程1由CPU向控制寄存器写入控制字，以确定工作方式；2由CPU向计数器寄存器写入计数初值或定期常数；3计数单元从计数器寄存器中获得初值，在CLK端输入的计数脉冲控制下进行减1计数CLK决定计数速率；4减到0时，该状态由OUT输出或由状态寄存器的某一位表达，以作为中断祈求信号或供查询方式使用，也可将OUT连到一种I/O设备上,去启动一种I/O操作；5任何时候都可以将计数单元的目前值送到输出锁存器被CPU读取而不干扰计数器继续计数；6门脉冲GATE是由设备送来的，作为对时钟脉冲的控制信号，门脉冲对时钟的控制措施有多种，以形成多种工作方式8253定期器/计数器的每个计数器均有六种可编程选择的工作方式

1.方式0一计数结束产生中断方式

2.方式1——可编程单次脉冲

3.方式2——分频工作方式

4.方式3——方波产生器5・方式4——软件触发选通

6.方式5——硬件触发选通8255A端口人、端DB和端DC都是8位端口，可以选择作为输入或输出还可以将端口C的高4位和低4位分开使用，分别作为输入或输出当端口A和端口B作为选通输入或输出的数据端口时，端口C的指定位与端口A和端口B配合使用，用做控制信号或状态信号18255A的工作方式8255A在使用前要先写入一种工作方式控制字，以指定A、B、C三个端口各自的工作方式8255A共有三种工作方式方式0——基本输入输出方式，即不必联络就可以直接进行8255A与外设之间的数据输入或输出操作A口、B口、C口的高4位和低4位均可设置为方式0方式合用于无条件数据传送，也可以把C口的某一位作为状态位，实现查询方式的数据传送方式1——选通输入输出方式，此时8255A的A口和B□与外设之间进行输入或输出操作时，需要C口的部分I/O线提供联络信号只有A□和B□可工作于方式1方式2——选通双向输入输出方式，即同一端口的I/O线既可以输入也可以输出，只有A口可工作于方式2此种方式下需要C口的部分I/O线提供联络信号1工作方式选择控制字它可以使8255A的三个端口工作于不一样的工作方式2C□按位置位/复位控制字8255A的C□具有位控功能，即端口C的8位中的任一位都可通过CPU向8255A的控制寄存器写入一种按位置位/复位控制字来置1或清0,而C口中其他位的状态不变。