【微机原理与接口技术】知识点总结（1）

有不会的题可以后台问我的哦，看见了就会回。

本文章主要是知识点，下一个文章会更新微机的模拟卷，最后祝大家期末心想事成

一：基本概念

1、冯诺依曼结构：运算器、控制器、内存储器、输⼊设备、输出设备     CPU=运算器（ALU）＋控制器

2、在汇编语言中，BP是通用寄存器，SP是专用寄存器

3、硬中断是指来自CPU外部的中断请求而引起的，是可屏蔽中断。软中断是由执行指令而引起的中断，又称为内部中断，软中断都是非屏蔽中断

4、8086是16位的处理器,数据总线为16位，地址总线为20位，分为BIU(Bus
Interface Unit)与EU(Execution Unit),外部引脚总共40个，左边从上到下编号为1~20，右边从下到上编号为21~40

5、正数的原码=反码=补码 补码=反码+1

6、某DRAM芯片，其存储容量为32K×8位，该芯片的地址线和数据线数目为15和8

7、并行通信具有传输速度快、效率高的特点，较适用于__近 距离的传输

8、指令指针寄存器IP的作用是保存将要执行的下一条指令所在的位置

9、电脑三⼤件：主机 、显示器 、键⿏

主机三⼤件：CPU 、主板 、内存储器

10、ENIAC 的特点： 采⽤⼗进制；没有存储器 ；每秒 5000 次的加减预算

11、诺依曼结构特点:串⾏顺序处理机制

1、采⽤⼆进制采 2、⽤程序存储⽅式

12、CPU 的寻址范围 = 2^n， n-地址线根数

13、1 bit=1个⼆进制位、1Byte=8 bit、1Word=2Byte

14、字⻓是微处理器⼀次可以直接处理的⼆进制数码的位数，它通常取决于微处理器内部通⽤寄

存器的位数和数据总线的宽度。字是字长的基本单位，不是字节，注意区分。

15、MIPS 是⽤来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执⾏多少百万条指令

由于执⾏不同类型的指令所需时间⻓度不同，所以 MIPS 通常是根据不同指令出现的频度乘

上不同的系数求得的统计平均值

16、指令执⾏过程 包含三个基本阶段：取指、译码、执⾏

17、虚拟存储技术——实现内存和辅存之间的映象  (Pentium只有在保护模式下才支持)

高速缓存技术——Cache和内存之间的映象

18、16位寄存器：

8个通⽤寄存器

AX 称为累加器、使⽤频度最⾼，⽤于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等。

BX 称为基址寄存器、常⽤做存放地址的偏移地址，在间接寻址中⽤于存放基地址

CX 称为计数器作为循环和串操作等指令中的计数器，存放循环次数或重复次数

DX 称为数据寄存器常⽤来存放双字⻓数据的⾼ 16位，或在间接寻址的 I/O 指令中存放 I/O

端⼝地址。

SP 为堆栈指针寄存器,指示堆栈段栈顶的位置（偏移地址）

BP 为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中的基地址

SI 是源地址寄存器:指向源数据所在单元；

DI 是⽬的地址寄存器:可与 SI/ESI 配合使⽤，指向⽬的数据所在单元；

段寄存器

代码段 CS：⽤于存放当前正在运⾏的程序。

数据段 DS：⽤于存放程序中⽤到的数据（如数值、字符、地址）。

堆栈段 SS：是内存中开辟的专⽤存储区

附加段 ES：是附加的数据，在串操作指令中⽤于存放⽬的操作数。

32位微处理器：增加了 FS 和 GS 两个附加段寄存器，均⽤于指出附加的数据段。

标志寄存器 FLAGS

指令指针寄存器 IP

标志寄存器：9 位，状态标志和控制标志。

1、符号标志 SF

2、零标志 ZF

3、奇偶标志 PF

4、进位标志 CF 5、辅助进位标志 AF

6、溢出标志 OF

标志寄存器：包括 3 位控制信号和 6位状态

信号 1、⽅向标志 DF 2、中断允许标志 IF

19、8086CPU 内部结构

1、总线接⼝单元 BIU—负责与存储器、I/O 端⼝传送数据

2、执⾏单元 EU—负责指令的执⾏

1、总线接⼝部件 BIU 组成

① 4 个 16 位段地址寄存器

② 16 位的指令指针寄存器 IP

③ 20 位的地址加法器

④ 6 字节的指令队列缓冲器

2、执⾏部件 EU 组成

4个通⽤寄存器

4个专⽤寄存器

标志寄存器，算术逻辑部件

20、Pentium 的原理结构

包括 12 个主要部件，核⼼部件是两个流⽔线执⾏部件和浮点处理部件

总线接⼝部件

U 流⽔线和 V 流⽔线

数据 Cache

代码 Cache

指令预取部件

指令译码器

控制 ROM

分⽀⽬标缓冲器 BTB

控制部件

浮点处理单元 FPU

分段部件和分⻚部件

寄存器组

21、操作数的寻址⽅式

汇编语⾔指令要解决的两个问题：

①要指出进⾏什么操作——操作码。

②要指出操作数和操作结果放在何处——寻址

两种寻址⽅式：

①操作数的寻址⽅式:就是寻找指令操作数所在地址的⽅式，以确定数据的来源和去处。

②指令地址的寻址⽅式:在转移指令和调⽤指令，提供转移地址和调⽤地址的⽅式。

指令格式：操作码＋操作数（⽬的操作数和源操作数）

操作码:指示计算机所要执⾏的操作。操作数:提供操作数的地址或操作数本身,它告诉计

算机从哪⾥取得操作数以及运算的结果送往何处。

操作数根据不同的指令有所区别，通常⼀条指令包含⼀个或两个操作数，前者称为单操作数

指令，后者称为双操作数指令。双操作数分别称为源操作数（SRC）和⽬的操作数（DST）。

由于操作数是参与运算或加⼯处理的数据，所以将操作数存放在:

①寄存器

②存储器(包括堆栈)

③指令区(代码区)(⽴即数)

22、Pentium 的指令系统

通常，指令系统包含如下 6类指令：

1、传送指令 2、算术运算指令

3、逻辑运算和位操作指令 4、串操作指令 5、转移和调⽤类指令

6、控制指令

指令与指令系统

（1）指令——汇编语⾔中，要求微处理器进⾏特定的操作的命令称为指令。

（2）指令系统——指某⼀微处理器所能够执⾏的指令的全体（集合）称为指令系统。

（3）程序——使微处理器能够完成⼀个完整的任务的⼀系列指令的集合称为程序。

传送指令

⽤于实现寄存器之间、寄存器与存储器之间以及寄存器和 I/O 端⼝之间的数据传送，按功能

可分为 5 种：

1、通⽤传送指令 2、标志传送指令 3、地址传送指令 4、输⼊输出指令

5、转换类指令

通⽤传送指令

1、数据传送指令 2、堆栈操作指令 3、数据交换指令

传送指令→通⽤传送指令→数据传送指令：

通⽤传输指令 MOV：最基本、最通⽤、使⽤最频繁的指令

符号扩展传送指令 MOVSX：指令功能是将源操作数中的 8 位或 16 位操作数带符号等值扩

展为 16 位或 32 位操作数，存于⽬的操作数中。

例，(AL)=F8H，指令 MOVSX

ECX，AL 执⾏后，(ECX)=FFFFFFF8H

零扩展传送指令 MOVZX：⽤于⽆符号数扩展。指令功能是将源操作数中的 8 位或 16 位操

作数通过在⾼位加 0 扩展为 16 位或 32 位操作数，存于⽬的操作数中。

例，(AX)=FFF8H，指令 MOVZX

ECX，AX 执⾏后，(ECX)=0000FFF8H14

23、寄存器的应⽤

（1）加法与减法：AX、BX、CX、DX、BP、SI、DI、SP——通⽤寄存器

（2）乘法与除法：DX、AX（字操作），AX、AL（字节操作）

（3）循环计数：CX

（4）保持段地址：CS，DS，SS，ES

（5）将要取出的指令的偏移地址：IP

（6）压⼊或弹出堆栈的数据的偏移地址：SP

（7）输⼊或输出堆栈的数据的偏移地址：BP

（8）可以指示存储器的地址偏移量：BX、BP、SI、DI

（9）作为间接 I/O ⼝的地址：DX

（10）数据串指令的操作：CX，SI，DI、ES

（11）存放查表转换指令的⾸偏移地址：BX

（12）表示运算特征与控制标志：FLAGS

（13）循环指令的操作：CL

24、

传送指令→通⽤传送指令→堆栈操作指令

堆栈是按后进先出的规则存放数据的特殊数据区

(1) 进栈指令——把寄存器或者存储单元的内容推⼊堆栈

例 1：PUSH AX

例 2：PUSH DWORD PRT[EBX+ESI]

(2)出栈指令

例：POP EAX

(3)16位通⽤寄存器进栈/出栈指令

PUSHA/POPA

/*ESP 加/减 16*/15

(4)32位通⽤寄存器进栈/出栈指令

PUSHAD/POPAD

/*ESP 加/减 32*/

说明：

1、堆栈必须放在 SS 段，堆栈的低地址为栈顶，SP 的值会⾃动修改并指向栈顶。堆栈主要

⽤作暂时保存寄存器的内容以及程序段之间传送参数。

2、堆栈操作只能按字或双字进⾏，且不能把栈顶元素直接送⼊ CS。

3、使⽤堆栈指令传送数据时，PUSH 和 POP 要成对出现，以保持堆栈平衡。

4、要注意堆栈指令 PUSH/POP 也隐含了⼀个⽬的/源操作数——堆栈，且压栈顺序是先压⾼

字节后压低字节，弹栈则是先弹低字节后弹⾼字节。

堆栈操作指令⼏点注意

① 堆栈操作总是按字双字进⾏的。

② 推⼊ PUSH 指令，SP 减 2或 4，低地址低字节，数据在栈顶。弹出指令 POP 正好相反。

③ 允许 PUSH CS，但不允许 POP CS。

④ 堆栈的后进先出顺序。16

25、Cache 

主存是⼀个影响性能的关键因素

因为处理器的运⾏速度提⾼，但由 DRAM 组成的主存的存取时间较慢，跟不上处理器运⾏ 速度

SRAM 速度较快，但其容量较⼩、价格较贵，⽆法⼤量⽤于微机系统 技术 ，在主存和⾼速 CPU 之间设置⼀个⼩容量、⾼速度的 SRAM ，存放 CPU 正在使⽤的代码和数据 ，CPU 访问存储器 主要体现在对 SRAM 的存取 ，可以不加等待状态⽽保持⾼速操作

Pentium 两级 Cache 组织

⼀级 Cache 是位于 CPU 内部的存储器。

⼆级 Cache 是 SRAM 型存储器，位于处理器外部。

26、微型计算机接⼝和外设的数据传输

1.输⼊输出接⼝电路是为了解决计算机和外设之间的信息变换和缓冲问题⽽提出来的。

2.接⼝技术专⻔研究 CPU 和外设之间的数据传送⽅式、接⼝电路的⼯作原理和使⽤⽅法。

接⼝电路按功能可分为两类:

1、使微处理器正常⼯作所需的辅助电路

2、输⼊输出接⼝电路

二：简答题

1、段⻚两级保护机制具体内容是什么？

（1）段类型提供读/写保护

数据段描述符 W 位控制是否允许写⼊信息

代码段描述符 R 位控制是否可从此段读取信息

（2）界限和粒度提供段的范围保护

粒度 G=0：段的⼤⼩为 1MB

粒度 G=1、界限值=0：表示段的⻓度为 4KB

粒度 G=1、界限值=1：表示段的⻓度为 4GB

（3）特权级对操作系统和驱动程序提供保护

Pentium 设置四个特权级的保护 0~3。

2、简述ENIAC与普林斯顿体系各自的特点

（冯·诺伊曼结构，也称冯·诺伊曼模型 或普林斯顿结构，）

ENIAC的特点：采用十进制；没有存储器；每秒5000次的加减预算

冯诺依曼结构特点：串行顺序处理机制；采用二进制；采用程序存储方式

3、地址转换

逻辑地址转换为线性地址

分段地址转换过程：

（1）、段描述符中的 32 位段基地址加上逻辑地址中的 32 位偏移量成为 32 位线性地址，

（2）、如果不分⻚只分段，线性地址即为该机器指令所寻址的物理地址，

（3）、如果还需要分⻚，此线性地址分为三段，即⻚⽬录项、⻚⾯项和偏移量

线性地址转换为物理地址⽅法

（1）、分⻚管理机构将 32 位线性地址分为 3 个域：⻚组⽬录索引域(10 位)、⻚表索引域(10 位)

和偏移地址域(12位)。

（2）、⻚组⽬录表中存放了 1024 个⻚表的有关信息，查找⻚组⽬录表时的 32 位物理地址是通过

将控制寄存器CR3中提供的⻚⽬录表的⾼20位地址与32位线性地址中的⾼10位(⽬录索引

地址)乘以 4(因为每个⻚⽬录项占⽤ 4 个存储单元)得到的 12 位地址拼接后得到的。

（3）、在⻚⽬录表中查找到对应的⻚⽬录项后即可得到当前要查找的⻚所在⻚表的有关信息，

其中包括该⻚表在存储器中的⾼ 20位地址，将该地址与线性地址中的表索引域的 10位地址

乘以 4 后拼接即可得到要查找⻚的⻚表项在⻚表中的 32 位地址。

（4）、从⻚表中查找到的⻚表项中可得到当前要查找的⻚在存储器中的⾼ 20 位地址，将该地址

与线性地址中低 12 位提供的偏移地址拼接，即可得到操作数的物理地址(该操作数位于存储

器中当前查找的⻚中)。

4、接⼝的功能

1、寻址功能 2、输⼊/输出功能 3、数据转换功能 4、联络功能 5、中断管理功能 6、复位功能

7、可编程功能 8、错误检测功能

基本功能：在系统总线和 I/O 设备之间传输信号,提供信号变换和缓冲作⽤。

5、为什么需要I/O接口（电路）？

（1）外部设备功能多种多样

（2）信息既有数字式又有信号式

（3）外设共享总线，信息既有串行又有并行，而CPU只能接收和发送并行信息

（4）外设速度低且各不相同，需要接口电路对I/O过程进行缓冲

6、随机存取存储器RAM中SRAM与DRAM的区别？

（1）SRAM功耗大，价格贵，速度快，集成度低，容量小，常用于高速缓存

（2）DRAM功耗大，价格便宜，速度比SRAM慢2~5倍，集成度高，容量大

7、简要说明存储器扩充的方法及区别？

（1）数据宽度的扩充

（2）字节输的扩充

 

8、 CPU与外设之间的传送方式？

• 无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步

• 条件传送（查询传送）： 简单实用，效率较低

• 中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销

• DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送

 9、CPU和输入输出设备之间的信号有哪几类？

（1）数字信息

（2）控制信息

（3）状态信息

10

• 一个双向工作接口芯片有几个端口？

• 其工作状态分别是什么？

说明

• 输入、输出是站在CPU角度来讲的！

• 不管是输入还是输出，所用的地址总是对端口而言！

• 一个双向工作接口芯片有4个端口：数据输入端口、数据输

出端口、状态端口和控制端口。

• 数据输入端口和状态端口是“只读”的

• 数据输出端口和控制端口是“只写”的

• 数据输入和输出共用一个端口，状态和控制共用一个端口

• 数据口（输入/输出）：双向

• 状态口：只能由CPU读入。

• 控制口：只能由CPU写出。

11、解决中断优先级的三种办法：

• 软件查询方式

• 简单硬件方式——菊花链法

• 专用硬件方式——可编程的中断控制器

12、DMA传送的工作过程?

（1）CPU对DMA控制器进行初始化设置

（2）外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系：

（3）CPU将总线交给DMAC控制

（4）DMA传送数据 • DMA读存储器：存储器 → 外设 • DMA写存储器：存储器 ← 外设

（5）自动增减地址和计数，判断传送完成否

13、DMA控制器的6大功能：

• 向CPU发总线请求信号

• 实行对三大总线的控制

• 修改所用的存储器或接口的地址指针

• 发RW控制信号

• 字节计数器（存放数据长度直至为0）

• 交还总线控制权

14、DMA方式下对DMAC的要求有哪些？

（1）控制寄存器有1位作为DMA允许位

（2）控制寄存器有1位用来确定DMA方向

（3）控制寄存器有1位决定进行一次传输后放弃还

是维持对总线的控制权

（4）状态寄存器有1位表示数据块传输是否结束

15、DMA传输对DMAC和接口部件预置的信息如何？

（1） 往DMA控制器的字节计数器设置初值（指出数据

传输长度）

（2）往DMA控制器的地址寄存器中设置地址初值（指 出存储区的首地址）

（3）对DMA控制器设置控制字并启动DMA操作（指出传

输方向、是否为块传输）

（4）对接口部件设置控制字并启动I/O操作

 

16、BIU和EU关系

指令预取队列的存在使 EU 和 BIU 两个部分可同时进⾏⼯作，从⽽

1、提⾼了 CPU 的效率；

2、降低了对存储器存取速度的要求

BIU 功能实现的具体动作：

1、取指 2、执⾏中访存 3、I/O 接⼝通信

EU 功能实现具体动作：

1、取指令代码 2、译码 3、在 ALU 中完成数据的运算 4、 运算结果的特征保存在标志寄存

器 FLAGS 中

17、pentium先进的体系结构

1、外部数据总线为 64 位 2、设置⽚内代码 cache 和数据 cache 3、两条指令流⽔线并⾏执

⾏ 4、⽚内集成 FPU（浮点运算器）,是 U 流⽔线的补充,采⽤硬件实现浮点运算 5、采⽤分段

和分⻚两级存储管理机制 6、增强了信息传输准确性的检测能⼒和机器异常事件的处理能⼒.

CISC 和 RISC 相结合的技术

结合——⼤多数指令采⽤简化指令，但仍保留⼀部分复杂指令并⽤硬件实现

超标量流⽔线技术

⼀个处理器中有多条指令流⽔线

Pentium 中

1、以并⾏⽅式在 U、V 两条流⽔线上同时执⾏两条指令

2、U、V 两条流⽔线，U—所有整数运算，V—简单整数运算和数据交换指令

3、每条流⽔线均含有独⽴的 ALU、⼀系列寄存器、地址⽣成电路、连接数据 Cache 的接⼝

先进的分⽀预测技术

1、结论：分⽀转移指令的转移⽬标地址是可以预测的，依据就是前⼀次的转移⽬标地址和

历史状态 2、BTB 3、进⼀步提⾼性能——双向分⽀预测

18、外存储器与内存相⽐的特点是

1、存储容量⼤，不受 CPU 地址线的限制；

2、外存储器需专⽤的设备进⾏管理；

3、外存储器可⻓期保存⽂件(程序或数据)；

4、外存储器的读写速度较慢。

19、存储器的特点和性能指标

特点

- 易失性：指电源断开后内容丢失，如 RAM

- 只读性：计算机内存有 ROM 和 RAM 两种类型

性能指标

- 存储容量：以字节 Byte 为单位，内存条

20、存储器的⻚级保护：

（1）⻚的特权级 U/S 字段提供⻚保护权 ⻚项中 U/S 位表示⻚⾯的特权级，U/S 为 1，则为系统级⻚⾯，否则为⽤户级⻚ ⾯，对应应⽤程序。

（2）标志 R/W 提供⻚⾯写保护 ⻚项中 R/W 位指示该⻚可读还是可写。 R/W 位 1 的⻚可写,为 0可读。 只有 U/S 为 0 且 R/W 位 1 的⻚才可写， 否则产⽣异常中断- 速度：访问时间—存储器接收到稳定的地址信号完成操作的时间

- 功耗：在⽤电池供电的系统中⾮常重要。SSD 硬盘/超级本

21、简要说明存储器扩充的⽅法及区别？

（1）存储器容量的扩充体现在两⽅⾯：

数据宽度的扩充

字节数的扩充

（2）数据宽度的扩充：当使⽤的存储器芯⽚单元数⽬符合要求，但每单元的位数较少时，

需要进⾏这种扩充。

⽅法：各芯⽚的数据线分别接到数据总线的各位上，其他信号线并联成新的信号线。

22、简要说明段⻚⼆级存储的特点？

1、段式虚拟存储器：把主存按段来管理

每段的⻓度不是固定的，系统按程序模块将主存分为段

每个段都是受到保护的独⽴的空间

优点：易于管理。缺点：碎⽚多，效率低。

2、⻚式虚拟存储器：把主存按⻚来划分

所有⻚⾯⼤⼩固定(常是 4KB) ；⻚⾯的起点和终点也固定；只有分⻚机制才⽀持虚拟存储