第3章 16位32位微处理器指令系统概论

第1章汇编语言基础知识〔习题1.1〕简述计算机系统的硬件组成及各部分作用。

〔解答〕CPU：包括运算器、控制器和寄存器组。

运算器执行所有的算术和逻辑运算；控制器负责把指指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向机器发出各种控制命令，并正确完成程序所要求的功能；寄存器组为处理单元提供所需要的数据。

存储器：是计算机的记忆部件，它用来存放程序以及程序中所涉及的数据。

外部设备：实现人机交换和机间的通信。

〔习题1.2〕明确下列概念或符号：主存和辅存，RAM和ROM，存储器地址和I/O端口，KB、MB、GB和TB〔解答〕主存又称内存是主存储器的简称，主存储器存放当前正在执行的程序和使用的数据，CPU 可以直接存取，它由半导体存储器芯片构成其成本高、容量小、但速度快。

辅存是辅助存储器的简称，辅存可用来长期保存大量程序和数据，CPU需要通过I/O接口访问，它由磁盘或光盘构成，其成本低、容量大，但速度慢。

RAM是随机存取存储器的英语简写，由于CPU可以从RAM读信息，也可以向RAM写入信息，所以RAM也被称为读写存储器，RAM型半导体存储器可以按地址随机读写，但这类存储器在断电后不能保存信息；而ROM中的信息只能被读出，不能被修改，ROM型半导体通常只能被读出，但这类存储器断电后能保存信息。

存储器由大量存储单元组成。

为了区别每个单元，我们将它们编号，于是，每个存储单元就有了一个存储地址，I/O接口是由一组寄存器组成，为了区别它们，各个寄存器进行了编号，形成I/O地址，通常称做I/O端口。

KB是千字节、MB是兆字节、GB是吉字节和TB是太字节，它们都是表示存储器存储单元的单位。

〔习题1.3〕什么是汇编语言源程序、汇编程序、目标程序？〔解答〕用汇编语言书写的程序就称为汇编语言源程序；完成汇编工作的程序就是汇编程序；由汇编程序编译通过的程序就是目标程序。

〔习题1.4〕汇编语言与高级语言相比有什么优缺点？〔解答〕汇编语言与高级语言相比的优点：由于汇编语言本质就是机器语言，它可以直接地、有效地控制计算机硬件，因而容易产生运行速度快，指令序列短小的高效目标程序，可以直接控制计算机硬件部件，可以编写在“时间”和“空间”两方面最有效的程序。

微机原理课后习题参考答案第1部分微型计算机基础知识1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？【解】微处理器：指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件，伴随着大规模集成电路技术的迅速发展，芯片集成密度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件，被统称为“微处理器”。

微型计算机：简称“微型机”、“微机”，也称“微电脑”。

由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。

由微处理机(核心)、存储片、输入和输出片、系统总线等组成。

特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。

微型计算机系统：简称“微机系统”。

由微型计算机、显示器、输入输出设备、电源及控制面板等组成的计算机系统。

配有操作系统、高级语言和多种工具性软件等。

1.2 CPU在内部结构上由哪几部分组成？CPU应该具备哪些主要功能？【解】CPU在内部结构上由运算器、控制器、寄存器阵列和内部总线等各部分构成，其主要功能是完成各种算数及逻辑运算，并实现对整个微型计算机控制，为此，其内部又必须具备传递和暂存数据的功能。

1.3 微型计算机采用总线结构有什么优点？【解】①简化了系统结构，便于系统设计制造；②大大减少了连线数目，便于布线，减小体积，提高系统的可靠性；③便于接口设计，所有与总线连接的设备均采用类似的接口；④便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实现系统的模块化；⑤便于设备的软件设计，所有接口的软件就是对不同的口地址进行操作；⑥便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。

总线的逻辑电路有些是三态的，即输出电平有三种状态：逻辑“0”，逻辑“1”和“高阻”态。

1.4计算机总线有哪些，分别是什么？【解】总线按其信号线上传输的信息性质可分为三组：①数据总线，一般情况下是双向总线；②地址总线，单向总线，是微处理器或其他主设备发出的地址信号线；③ 控制总线，微处理器与存储器或接口等之间1．5 数据总线和地址总线在结构上有什么不同之处？如果一个系统的数据和地址合用一套总线或者合用部分总线，那么要靠什么来区分地址和数据？【解】数据总线（DB）为双向结构，数据在CPU与存储器或I/O 接口之间的传送是双向的，（数据既可以读也可以写），其宽度通常与微处理器的字长相同。

第一章概论本章内容1.微型计算机的应用2.微型计算机的发展史3.微型计算机的组成4.微型计算机的特点学习目的1.掌握微型计算机的概念和基本结构2.了解微型计算机的产生和发展过程3.把握微型计算机的发展方向1.1 微型计算机系统概述微型计算机是指以大规模、超大规模集成电路为主要部件的微处理器为核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总线所制造出的计算机系统。

一、微型计算机的应用领域二、微型计算机的发展Intel 8086,8088Intel 80386,80486PIII三、微型计算机的分类按处理器同时处理数据的位数或字长分：8位机 16位机 32位机 64位机按其结构分：PC机、单片微型机、单板微形机1.2 微型计算机组成现代计算机结构仍然是在冯·诺依曼提出的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建立起来的。

一、微型计算机的硬件结构微型计算机由微处理器、存储器、输入/输出接口构成，它们之间由系统总线连接。

1. 微处理器整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也称CPU。

它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组及控制部件。

ALU ：算术运算、逻辑运算寄存器：存放操作数、中间结果、地址、标志等信息控制部件：整个机器控制中心，包括程序计数器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信息产生电路。

外部设备微机的存储器分为：主存和辅存主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正待处理数据。

(CPU内部cache，主板上的内存, 造价高，速度快，存储容量小)辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的数据，(主机箱内或主机箱外，造价低，容量大，可长期保存，但速度慢)3. 输入设备微型计算机常用的输入设备有键盘、鼠标、数字化仪、图像扫描仪、数码相机等。

4. 输出设备微型计算机常用的输出设备有CRT显示器、打印机和绘图仪等。

注意：由于各种外设的工作速度、驱动方式差别很大，无法与CPU直接匹配，所以不可能把它们简单地连到系统总线，需要有一个接口电路充当它们和CPU间的桥梁，通过该电路完成信号的变换、数据的缓冲、与CPU联络等工作。

第1章计算机系统概论什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件硬件和软件哪个更重要解：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。

硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。

软件是看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序、资料、数据集合。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

如何理解计算机系统的层次结构解：（1）第一级：实际机器M1 (机器语言机器)，机器语言程序直接在M1上执行；（2）第二级：虚拟机器M2（汇编语言机器），将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，再在M1-上执行；（3）第三级：虚拟机器M3(高级语言机器)，将高级语言程序先翻译成汇编语言程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执行；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执行微指令。

（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。

（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。

说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。

解：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。

用机器语言编写程序时要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极易出错。

汇编语言是符号式的程序设计语言，汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令。

用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器接受并自动运行。

汇编语言的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1代码）一一对应。

高级语言是面向用户的语言，与具体的计算机指令系统无关、对问题的描述更接近于人们习惯，且易于掌握和书写。

它具有较强的通用性，程序员完全不必了解、掌握实际机器M1的机型、内部的具体组成及其指令系统，只要掌握这类高级语言的语法和语义，便可直接用这种高级语言来编程，给程序员带来了极大的方便。

计算机组成原理目录目录如下：第1篇概论第1章计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度1.4 本书结构思考题与习题第2章计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望思考题与习题第2篇计算机系统的硬件结构第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制思考题与习题第4章存储器4.1 概述4.1.2 存储器的层次结构4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器思考题与习题附录4A 相联存储器第5章输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/O设备与主机的联系方式5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/O设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/O设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/O接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/O中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/O中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型思考题与习题附录5A ASCⅡ码附录5B BCD码附录5C 奇偶校检码第3篇中央处理器第6章计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE754标准6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU电路6.5.2 快速进位链思考题与习题附录6A 各种进位制6A.1 各种进位制的对应关系6A.2 各种进位制的转换附录6B 阵列乘法器和阵列除法器附录6C 74181逻辑电路第7章指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC技术7.5.1 RISC的产生和发展7.5.2 RISC的主要特征7.5.3 RISC和CISC的比较思考题与习题第8章 CPU的结构和功能8.1 CPU的结构8.1.1 CPU的功能8.1.2 CPU结构框图8.1.3 CPU的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术思考题与习题第4篇控制单元第9章控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析思考题与习题第10章控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例思考题与习题附录10A PC整机介绍10A.1 主板10A.1.1 主板的主要组成部件10A.1.2 CPU芯片及插座(插槽)10A.1.3 内存条插槽10A.1.4 扩展插10A.1.5 配套芯片和器件10A.1.6 主板结构的改进10A.2 芯片组10A.2.1 芯片组的功能10A.2.2 芯片组的组成《计算机组成原理》是2008年1月1日高等教育出版社出版的图书，作者是唐朔飞。

《微机原理与接口技术》课程总结本学期我们学习了《微型计算机原理与接口技术》，总的来说，我掌握的知识点可以说是少之又少，我感觉这门课的内容对我来说是比较难理解的。

这门课围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构、工作模式，介绍了8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程，并系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、计数器/定时器8253、中断控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A （DAC0832）、DMA（8237）、人机接口（键盘与显示器接口）的结构原理与应用。

在此基础上，对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要介绍。

第一章：微型计算机概论（1）超、大、中、小型计算机阶段（1946年-1980年）采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理（2）微型计算机阶段（1981年-1990年）微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。

（3）计算机网络阶段（1991年至今）。

计算机的数值表示方法：二进制，八进制，十进制，十六进制。

要会各个进制之间的数制转换。

计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。

第二章：80X86微处理器结构本章讲述了80X86微处理器的内部结构及他们的引脚信号和工作方式，重点讲述了8086微处理器的相关知识，从而为8086微处理器同存储器以及I/O设备的接口设计做了准备。

本章内容是本课程的重点部分。

第三章：80X86指令系统和汇编语言本章讲述了80X86微处理器指令的多种寻址方式，讲述了80X86指令系统中各指令的书写方式、指令含义及编程应用；讲述了汇编语言伪指令的书写格式和含义、汇编语言中语句的书写格式。

计算机组成原理考研指定教材习题解答《计算机组成原理》考研指定教材习题解答李淑芝欧阳城添江西理⼯⼤学计算机科学与技术教研室2013.9⽬录第1章计算机系统概论 (1)第2章计算机的发展及应⽤ (6)第3章系统总线 (8)第4章存储器 (13)第5章输⼊输出系统 (32)第6章计算机的运算⽅法 (44)第7章指令系统 (65)第8章 CPU的结构和功能 (70)第9章控制单元的功能 (78)第10章控制单元的设计 (85)第1章计算机系统概论1.1 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：计算机系统由硬件和软件两⼤部分组成。

硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。

软件是看不见摸不着的，由⼈们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，⽤来充分发挥硬件功能，提⾼机器⼯作效率，便于⼈们使⽤机器，指挥整个计算机硬件系统⼯作的程序、资料、数据集合。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺⼀不可，因此同样重要。

1.2 如何理解计算机系统的层次结构？解：（1）第⼀级：实际机器M1 (机器语⾔机器)，机器语⾔程序直接在M1上执⾏；（2）第⼆级：虚拟机器M2（汇编语⾔机器），将汇编语⾔程序先翻译成机器语⾔程序，再在M1-上执⾏；（3）第三级：虚拟机器M3(⾼级语⾔机器)，将⾼级语⾔程序先翻译成汇编语⾔程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执⾏；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执⾏微指令。

（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有⼀级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机⽤机器语⾔解释操作系统。

（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应⽤语⾔虚拟系统。

1.3 说明⾼级语⾔、汇编语⾔和机器语⾔的差别及联系。

解：机器语⾔由0、1代码组成，是机器能识别的⼀种语⾔。

⽤机器语⾔编写程序时要求程序员对他们所使⽤的计算机硬件及其指令系统⼗分熟悉，编写程序难度很⼤，操作过程也极易出错。

第一章计算机系统概论例题精选1．冯.诺依曼型计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（C）。

A.指令操作码的译码结果B.指令和数据的寻址方式C.指令周期的不同阶段D.指令和数据所在的存储单元2.下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是（D）。

I提高CPU时钟频率，II优化数据通路结构，III对程序进行编译优化A.仅I和IIB.仅I和IIIC.仅II和IIID.I，II，III3.什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。

计算机系统包括硬件和软件。

从计算机层次结构来看，它通常有五个以上的层次，在每一层次（级）上都能进行程序设计。

由下至上排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行。

此外，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。

4.设主存储器容量为64K 32位，并且指令字长、存储字长、机器字长三者相等。

写出MAR、MDR、IR、ACC、MQ、X的位数。

由主存容量为64K×32位，可得共需要数据线32根，存储字长为32位；由于MDR的位数与存储字长相等，故MDR为32位；由于MAR的位数对应存储单元的个数，且216=64K，故MAR为16位，地址线16根。

因指令字长=机器字长=存储字长（32位），则IR、ACC、MQ、X均为32位。

试题精选1.以晶体管为主要元件的计算机属于计算机发展史上的哪一代？BA.第一代B.第二代C.第三代D.第四代2.下列（B）是冯.诺依曼机工作方式的基本特点。

A.多指令流单数据流B.按地址访问并顺序执行指令C.堆栈操作D.存储器按内容选择地址3.完整的计算机系统应该包括（D）。

A.运算器、存储器、控制器B.外部设备和主机C.主机和应用程序D.配套的硬件设备和软件系统4.CPU存取速度的比较，下列哪个是正确的（C）。