8086体系结构

关于x86、i386、i486、i586和i686等名词的解释一、x86与i386、i486、i586、i686等x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。

该系列较早期的处理器名称是以数字来表示，并以“86”作为结尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架构被称为“x86”。

由于数字并不能作为注册商标，因此Intel及其竞争者均在新一代处理器使用可注册的名称，如Pentium。

现时Intel把x86-32称为IA-32，全名为Intel Architecture， 32-bit。

不过由于x86包括16位的处理器，这样的命名也出现麻烦。

x86架构于1978年推出的Intel 8086中央处理器中首度出现，它是从Intel 8008处理器中发展而来的，而8008则是发展自Intel 4004的。

8086在三年后为IBM PC所选用，之后x86便成为了个人计算机的标准平台，成为了历来最成功的CPU架构。

其它公司也有制造x86架构的处理器，计有Cyrix（现为VIA所收购）、NEC集团、IBM、IDT以及Transmeta。

Intel 以外最成功的制造商为AMD，其Athlon系列处理器的市场仅次于Pentium。

8086是16位处理器；直到1985年32位的80386的开发，这个架构都维持是16位。

接着一系列的处理器表示了32位架构的细微改进，推出了数种的扩充，直到2003年AMD对于这个架构发展了64位的扩充，并命名为AMD64（有时也被称作x86-64，x64或EM64T），推出了Opteron处理器家族，开创了x86的64位时代。

值得注意的是Intel早在1990年代就与惠普合作提出了一种用在安腾系列处理器中的独立的64位架构，这种架构被称为IA-64。

IA-64是一种崭新的系统，和x86架构完全没有相似性；不应该把它与AMD64或x86-64弄混。

第1章80x86微处理器体系结构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？2. CPU在内部结构上由哪几部分组成？各部分具备哪些主要功能？8086/8088CPU在内部结构上设计为两个独立的功能部件：执行部件EU和总线接口部件BIU。

EU负责全部指令的执行，向BIU提供数据和所需访问的内存或I/O端口的地址，并对通用寄存器、标志寄存器和指令操作数进行管理。

BIU是CPU同存储器和I/O设备之间的接口部件，负责CPU与存储器和I/O端口传送信息。

3. 8086状态标志和控制标志分别有哪些？程序中如何利用这些标志？6位状态标志为：⑴符号标志SF：若运算结果的最高位为1。

则SF=1，否则为0。

⑵零标志ZF：若运算结果为零，则ZF=1,否则ZF=0。

⑶奇偶标志PF：若指令的执行结果低8位中"1"的个数为偶数，则PF=1,否则为0。

⑷进位标志CF：当执行一个加法运算使最高位(字节操作的D7或字操作的D15)产生进位，或执行减法运算使最高位产生借位时，则CF=1,否则CF=0。

⑸辅助进位标志AF：当执行加法运算时，D3位向D4有进位，或作减法运算时，D3位向D4有借位，则AF=1，否则为0。

⑹溢出标志OF：在算术运算中，当补码运算结果超出了带符号数的表达范围，即字节运算的结果超出-128～+127，或者字运算结果超出-32768～+32767时，OF=1,否则为0。

3位控制标志为：⑴方向标志DF：这是处理串操作指令中信息方向的标志。

若DF=1，则串操作指令按自动减址操作，即串操作从高地址向低地址方向进行处理；若DF=0，则使串操作指令按自动增量修改地址指针，即串操作从低地址向高地址方向进行处理。

⑵中断允许标志IF：该标志用于对可屏蔽中断进行控制，若IF=0,则CPU拒绝外部INTR中断请求，本标志对内部中断和不可屏蔽中断不起作用。

⑶跟踪标志TF：若设置TF=1，则CPU按单步方式执行指令，以调试程序。

冯·诺依曼体系结构的结构冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。

数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。

特点现代计算机发展所遵循的基本结构形式始终是冯·诺依曼机结构。

这种结构特点是“程序存储，共享数据，顺序执行”，需要CPU 从存储器取出指令和数据进行相应的计算。

主要特点有：（1）单处理机结构，机器以运算器为中心；（2）采用程序存储思想；（3）指令和数据一样可以参与运算；（4）数据以二进制表示；（5）将软件和硬件完全分离；（6）指令由操作码和操作数组成；（7）指令顺序执行。

局限CPU 与共享存储器间的信息交换的速度成为影响系统性能的主要因素，而信息交换速度的提高又受制于存储元件的速度、存储器的性能和结构等诸多条件。

传统冯·诺依曼计算机体系结构的存储程序方式造成了系统对存储器的依赖，CPU 访问存储器的速度制约了系统运行的速度。

集成电路IC 芯片的技术水平决定了存储器及其他硬件的性能。

为了提高硬件的性能，以英特尔公司为代表的芯片制造企业在集成电路生产方面做出了极大的努力，且获得了巨大的技术成果。

现在每隔18 个月IC 的集成度翻一倍，性能也提升一倍，产品价格降低一半，这就是所谓的“摩尔定律”。

这个规律已经持续了40 多年，估计还将延续若干年。

然而，电子产品面临的二个基本限制是客观存在的：光的速度和材料的原子特性。

首先，信息传播的速度最终将取决于电子流动的速度，电子信号在元件和导线里流动会产生时间延迟，频率过高会造成信号畸变，所以元件的速度不可能无限的提高直至达到光速。

V 1.0 计算机组成与结构

实验指导书 (试用稿)

编写： 张锦 校核：______

湖南大学软件学院 2006年9月计算机组成与结构实验指导书 I 目 录 一、 实验教学目标 ................................................................................................................. 1 二、 实验教学主要内容 ......................................................................................................... 1 三、 实验要求 ......................................................................................................................... 1 四、 评分细则 ......................................................................................................................... 2 五、 课堂实验项目 ................................................................................................................. 4 1. 实验一 汇编编译器的使用及程序调试（必做） ............................................... 4 2. 实验二 非压缩/压缩十进制码转换程序的设计与实现（必做） ...................... 12 3. 实验三 顺序程序设计（选做） ......................................................................... 14 4. 实验四 分支程序设计（选做） ......................................................................... 17 5. 实验五 循环程序设计（选做） ......................................................................... 20 6. 实验六 字符输入/输出程序设计（选做） ........................................................ 23 7. 实验七 字符串操作程序设计（选做） ............................................................. 25 8. 实验八 栈操作程序设计（选做） ..................................................................... 27 9. 实验九 I/O程序设计（选做）........................................................................... 29 10. 实验十 中断处理程序设计（选做） ................................................................. 32 11. 实验十一 数值乘除运算程序设计（选做） ..................................................... 35 12. 实验十二 过程调用程序设计（选做） ............................................................. 37 13. 实验十三 WinDLX使用及WinDLX汇编语言（必做） ................................ 42 14. 实验十四 程序相关性问题分析（选做） ......................................................... 47 15. 实验十五 矩阵相乘程序及优化（选做） ......................................................... 49 六、 附录 ............................................................................................................................... 50 附录一：8088/8086的体系结构 ........................................................................................... 50 附录二：8088/8086的指令系统 ........................................................................................... 54 附录三：DLX汇编指令 ....................................................................................................... 65 计算机组成与结构实验指导书

《微机原理与接口技术》习题解答习题11.1 冯·诺依曼型计算机的设计方案有哪些特点？【解答】冯·诺依曼型计算机的设计方案是“存储程序”和“程序控制”，有以下5方面特点：（1）用二进制数表示数据和指令；（2）指令和数据存储在内部存储器中，按顺序自动依次执行指令；（3）由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成基本硬件系统；（4）由控制器来控制程序和数据的存取及程序的执行；（5）以运算器为核心。

1.2 微处理器和微型计算机的发展经历了哪些阶段？各典型芯片具备哪些特点？【解答】经历了6代演变，各典型芯片的特点如表1-1所示。

表1-1 微处理器的发展及典型芯片的特点1.3 微型计算机的特点和主要性能指标有那些?【解答】除具有运算速度快、计算精度高、有记忆能力和逻辑判断能力、可自动连续工作等基本特点以外，还具有功能强、可靠性高、价格低廉、结构灵活、适应性强、体积小、重量轻、功耗低、使用和维护方便等。

微型计算机的性能指标与系统结构、指令系统、硬件组成、外部设备以及软件配备等有关。

常用的微型计算机性能指标主要有：字长、主频、内存容量、指令数、基本指令执行时间、可靠性、兼容性、性能价格比等。

21.4 常见的微型计算机硬件结构由哪些部分组成？各部分的主要功能和特点是什么？【解答】微型计算机硬件一般由微处理器、内存储器、外存储器、系统总线、接口电路、输入/输出设备等部件组成。

主要组成部件的功能和特点分析如下：（1）微处理器：是微型计算机的核心部件，由运算单元ALU、控制单元、寄存器组以及总线接口部件等组成，其功能是负责统一协调、管理和控制系统中的各个部件有机地工作。

（2）内存储器：用来存放计算机工作过程中需要的操作数据和程序。

可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。

RAM存放当前参与运行的各种程序和数据，特点是信息可读可写，存取方便，但信息断电后会丢失；ROM用于存放各种固定的程序和数据，特点是信息固定不变，关机后原存储的信息不会丢失。

普林斯顿结构和哈佛结构普林斯顿结构普林斯顿结构，也称冯·诺伊曼结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。

目前使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。

除了上面提到的英特尔公司的8086，英特尔公司的其他中央处理器、ARM的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器也采用了冯·诺伊曼结构。

1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯·诺曼型结构”计算机。

冯·诺曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。

冯·诺曼结构处理器具有以下几个特点：必须有一个存储器；必须有一个控制器；必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。

冯·诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。

由于指令和数据都是二进制码，指令和操作数的地址又密切相关，因此，当初选择这种结构是自然的。

但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。

在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。

从指令流的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。

举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯·诺曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。

哈佛结构哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。

中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。

详细介绍8086微机中常用的接口及其功能。

1.引言1.1 概述概述：8086微机是一种十分重要的微机系统, 它以其较大的寻址能力和较高的运算速度而备受关注。

在8086微机系统中，接口是一种关键的组成部分，它们连接了微处理器和外部设备，起到了数据传输和控制信号传递的作用。

常用的接口在整个系统中起到了至关重要的作用。

本篇文章将详细介绍8086微机中常用的接口及其功能。

首先我们将简要介绍8086微机的背景和特点，然后重点关注常用的接口，包括数据总线接口、地址总线接口、控制信号接口以及其他常见的接口模块。

我们将深入探讨每种接口的功能、工作原理，并给出一些实际应用的例子。

通过本文的阅读，读者将能够全面了解8086微机中常用接口的作用和重要性，对于设计和应用8086微机系统将有更深入的理解。

此外，本文还将对接口技术的未来发展进行展望。

接下来的章节将逐一介绍8086微机中常用的接口，为读者提供更具体的知识和实践指导。

让我们一起深入探索8086微机系统的精彩世界吧！文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：1.2 文章结构:本文将从以下几个方面对8086微机中常用的接口及其功能进行详细介绍。

2.正文部分2.1 8086微机简介：在本部分，我们将介绍8086微处理器的基本概念和特点，包括8086微处理器的基本组成、工作原理等内容。

2.2 常用的接口介绍：在本部分，我们将详细介绍8086微机中常用的接口及其功能，包括数据总线接口、地址总线接口、控制总线接口等。

对每个接口，我们将介绍其作用、特点、使用方法以及相关的示例应用。

具体而言，我们会介绍以下几个常用的接口：- 并行口（Parallel Port）：详细介绍并行口的作用、接口原理、数据传输方式以及应用场景。

- 串行口（Serial Port）：详细介绍串行口的作用、接口原理、数据传输方式以及应用场景。

- 中断控制器（Interrupt Controller）：详细介绍中断控制器的作用、接口原理、中断优先级设置以及处理方式。

微型计算机原理及应用习题集专业班级学号姓名目录第1章概述 (2)第2章微处理器及其结构 (4)第3章8086/8088CPU指令系统 (9)第4章汇编语言程序设计 (17)第5章存储器系统 (28)第6章输入输出与中断技术 (32)第7章微型计算机的接口技术 (40)第1章概述一、填空题1．运算器和控制器集成在一块芯片上，被称作CPU。

2．总线按其功能可分数据总线、地址总线和控制总线三种不同类型的总线。

3．迄今为止电子计算机所共同遵循的工作原理是程序存储和程序控制的工作原理。

这种原理又称为冯·诺依曼型原理。

4．写出下列原码机器数的真值；若分别作为反码和补码时，其表示的真值又分别是多少？(1) （0110 1110）二进制原码＝（＋110 1110）二进制真值＝（＋110）十进制真值（0110 1110）二进制反码＝（＋110 1110）二进制真值＝（＋110）十进制真值(0110 1110）二进制补码＝（＋110 1110）二进制真值＝（＋110）十进制真值(2) （1011 0101）二进制原码＝（－011 0101）二进制真值＝（－53）十进制真值（1011 0101）二进制反码＝（－100 1010）二进制真值＝（－74）十进制真值（1011 0101）二进制补码＝（－100 1011）二进制真值＝（－75）十进制真值5．写出下列二进制数的原码、反码和补码（设字长为8位）。

(1) (＋101 0110)二进制真值＝(0101 0110)原码＝(0101 0110)反码＝(0101 0110)补码(2) (－101 0110)二进制真值＝(1101 0110)原码＝(1010 1001)反码＝(1010 1010)补码6.［X］补=78H，则［-X］补=（88 ）H。

7．已知X1= +0010100，Y1= +0100001，X2= -0010100，Y2= -0100001，试计算下列各式（设字长为8位）。

第一章80386介绍80386是一款32位处理器，为多任务操作系统作了优化，为需要很高性能的应用程序而设计。

32位寄存器和数据通道支持32位地址和数据原型。

处理器可以寻址4G物理存储器和64T（264 字节）虚拟存储器。

片上储存期管理部件包括地址转换寄存器，高级多任务固件，保护机制，以及页虚拟存储器。

专用的调试寄存器即使在ROM程序中也能够提供数据和代码中断点。

1.1该手册的组织结构该书从5个方面阐述了80386的体系结构：第I部分－应用程序第II部分－系统编程第III部分－兼容性第IV部分－指令集附录上面的分类一方面取决于体系结构本身，一方面取决于使用这本书的不同方式。

入下表所示，后面的2部分旨在作为参考手册来帮组那些致力于在80386上开发软件的程序员。

前面的3部分则是理论说明，它们说明体系结构的用途，解释术语和概念，描述那些或与专属用途相关，或与专属体系结构相关的指令。

解释说明第I部分－应用程序第II部分－系统编程第III部分－兼容性参考第IV部分－指令集附录前面的3部分陈述了80386 CPU的执行模式和保护特性。

应用特性和系统特性的区别由80386的保护机制决定。

保护机制的主要用意在于是操作系统免于应用的干扰；因此，处理器使得一些寄存器和和指令不能被应用程序访问。

第I部分讨论的是可以被应用访问的特性；第II部分讨论的特性只能由授权的系统软件或在非保护模式下访问。

80386的处理模式同样控制着可访问的特性。

80386有3种处理模式：1．保护模式。

2．实地址模式。

3．虚拟8086模式。

保护模式是80386处理器的正常的32位环境。

在这种模式下，所有的指令和特性均可使用。

上电后处理器即进入实地址模式（经常简称为“实模式”）。

实地址模式下，80386看起来像是一个更快速的，增加了一些新指令的8086。

大多数80386软件在实地址模式下只是进行一些初始化操作。

虚拟8086模式（也常被称作“V86模式”）是一种动态模式，在这种意思上说，处理器可以频繁，快速的在V86模式和保护模式之间切换。

关于x86、i386、i486、i586和i686等名词的解释一、x86与i386、i486、i586、i686等x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。

该系列较早期的处理器名称是以数字来表示，并以“86”作为结尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架构被称为“x86”。

由于数字并不能作为注册商标，因此Intel及其竞争者均在新一代处理器使用可注册的名称，如Pentium。

现时Intel把x86-32称为IA-32，全名为Intel Architecture, 32-bit。

不过由于x86包括16位的处理器，这样的命名也出现麻烦。

x86架构于1978年]推出的Intel 8086中央处理器中首度出现，它是从Intel 8008处理器中发展而来的，而8008则是发展自Intel 4004的。

8086在三年后为IBM PC所选用，之后x86便成为了个人计算机的标准平台，成为了历来最成功的CPU架构。

其它公司也有制造x86架构的处理器，计有Cyrix（现为VIA 所收购）、NEC集团、IBM、IDT以及Transmeta。

Intel以外最成功的制造商为AMD，其Athlon系列处理器的市场仅次于Pentium。

8086是16位处理器；直到1985年32位的80386的开发，这个架构都维持是16位。

接着一系列的处理器表示了32位架构的细微改进，推出了数种的扩充，直到2003年AMD对于这个架构发展了64位的扩充，并命名为AMD64（有时也被称作x86-64，x64或EM64T），推出了 Opteron处理器家族，开创了x86的64位时代。

值得注意的是Intel早在1990年代就与惠普合作提出了一种用在安腾系列处理器中的独立的64位架构，这种架构被称为IA-64。

IA-64是一种崭新的系统，和x86架构完全没有相似性；不应该把它与AMD64或x86-64弄混。