Update CS253 Architectures II.md

Author: koolcandy

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@@ -39,7 +39,7 @@
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 > 8086 CPU的指令周期通常占用4个时钟周期，因此1GHz的处理器每秒约可执行2.5亿条指令。
 
-### ALU: 算术逻辑单元
+#### ALU: 算术逻辑单元
 
 8086的ALU支持以下基本操作：  
 - **算术运算**：  
@@ -389,14 +389,61 @@ das          ; 调整AL为88h (88的压缩BCD格式)
 | `CLI` | IF 置零, 关闭中断 |
 | `STI` | IF 设一, 打开中断 |
 
+### 比较指令
+
+`CMP` 命令（Compare，比较）是 8086 汇编语言中的一个非常重要的指令。它用于 **比较两个操作数的大小关系**，但 **不会修改任何操作数的值**。 `CMP` 命令的 **“结果”** 不是直接返回一个数值，而是 **设置 CPU 的标志寄存器 (Flags Register) 中的某些标志位**。 这些标志位反映了比较的结果，然后可以被后续的条件跳转指令（如 `JE`, `JNE`, `JL`, `JG` 等）使用，以实现程序的分支控制。
+
+**`CMP` 指令的基本格式:**
+
+```assembly
+cmp destination, source
+```
+
+**`CMP` 指令的操作:**
+
+`CMP destination, source` 指令 **在内部执行的操作是 `destination - source` (目的操作数减去源操作数)**。  **但是，减法的结果不会被存储到任何寄存器或内存位置，而是直接被丢弃。**  `CMP` 指令的 **唯一作用** 就是根据这次减法运算的结果 **设置标志寄存器中的标志位**。
+
+**`CMP` 指令影响的标志位 (Flags):**
+
+`CMP` 指令主要影响以下几个标志位：
+
+1.  **零标志位 (Zero Flag, ZF)**:
+    *   **ZF = 1**:  如果 `destination - source = 0`，即 **`destination` 等于 `source`**，则 ZF 被设置为 1。
+    *   **ZF = 0**:  如果 `destination - source ≠ 0`，即 **`destination` 不等于 `source`**，则 ZF 被设置为 0。
+
+2.  **符号标志位 (Sign Flag, SF)**:
+    *   **SF = 1**:  如果 `destination - source` 的结果为 **负数** (结果的最高位为 1，在有符号数表示中)，则 SF 被设置为 1。 这通常意味着在 **有符号数比较** 中，`destination` 小于 `source`。
+    *   **SF = 0**:  如果 `destination - source` 的结果为 **非负数** (结果的最高位为 0)，则 SF 被设置为 0。 这通常意味着在 **有符号数比较** 中，`destination` 大于等于 `source`。
+
+3.  **进位标志位 (Carry Flag, CF)**:
+    *   **CF = 1**:  如果在 **无符号数减法** 中，发生了 **借位** (borrow)，则 CF 被设置为 1。 这通常意味着在 **无符号数比较** 中，`destination` 小于 `source`。
+    *   **CF = 0**:  如果在 **无符号数减法** 中，没有发生借位，则 CF 被设置为 0。 这通常意味着在 **无符号数比较** 中，`destination` 大于等于 `source`。
+
+4.  **溢出标志位 (Overflow Flag, OF)**:
+    *   **OF = 1**:  如果在 **有符号数减法** 中，发生了 **溢出** (结果超出了有符号数的表示范围)，则 OF 被设置为 1。  溢出标志用于判断 **有符号数运算结果是否溢出**。  在比较有符号数大小时，OF 需要和 SF 一起考虑。
+    *   **OF = 0**:  如果在 **有符号数减法** 中，没有发生溢出，则 OF 被设置为 0。
+
+**常用的条件跳转指令和 `CMP` 结果的关系:**
+
+| 条件跳转指令            | 含义 (通常用于)                                              | 检查的标志位      |
+| ----------------------- | ------------------------------------------------------------ | ----------------- |
+| `JE` 或 `JZ`            | 等于 (Equal) 或 结果为零 (Zero)                              | ZF = 1            |
+| `JNE` 或 `JNZ`          | 不等于 (Not Equal) 或 结果非零 (Not Zero)                    | ZF = 0            |
+| `JG` 或 `JNLE`          | 大于 (Greater) (有符号数) 或 不小于等于 (Not Less or Equal)  | ZF = 0 且 SF = OF |
+| `JGE` 或 `JNL`          | 大于等于 (Greater or Equal) (有符号数) 或 不小于 (Not Less)  | SF = OF           |
+| `JL` 或 `JNGE`          | 小于 (Less) (有符号数) 或 不大于等于 (Not Greater or Equal)  | SF ≠ OF           |
+| `JLE` 或 `JNG`          | 小于等于 (Less or Equal) (有符号数) 或 不大于 (Not Greater)  | ZF = 1 或 SF ≠ OF |
+| `JA` 或 `JNBE`          | 大于 (Above) (无符号数) 或 不小于等于 (Not Below or Equal)   | CF = 0 且 ZF = 0  |
+| `JAE` 或 `JNB` 或 `JNC` | 大于等于 (Above or Equal) (无符号数) 或 不小于 (Not Below) 或 无进位 (No Carry) | CF = 0            |
+| `JB` 或 `JNAE` 或 `JC`  | 小于 (Below) (无符号数) 或 不大于等于 (Not Above or Equal) 或 进位 (Carry) | CF = 1            |
+| `JBE` 或 `JNA`          | 小于等于 (Below or Equal) (无符号数) 或 不大于 (Not Above)   | CF = 1 或 ZF = 1  |
+
 ### 分支控制
 
 条件跳转是短跳转, 操作数是一个字节, 允许向后跳转 -128 或向前跳转 +127
 
 无条件跳跃可以跳得更远, 可以直接地址跳转, 允许 +/-32K 的跳转, 甚至允许跳转到AX寄存器！
 
-#### 常用指令
-
 | 指令   | 含义             | flag             | 反指令 | 反含义               | 反 flag          |
 | ------ | ---------------- | ---------------- | ------ | -------------------- | ---------------- |
 | `JA`   | Above            | `ZF=0 and CF=0`  | `JNA`  | Not Above            | `ZF=1 or CF=1`   |
@@ -524,7 +571,7 @@ $\begin{flalign*}
 
 实际上程序只花了15s来运行, 计算出来的时钟频率是1200MHz, 是目标机器的时钟频率(300MHz)的4倍,原因是现代处理器使用 **指令并行** 技术
 
-### 打印数字的方法
+### 打印数字
 
 基于栈的实现: 
 
@@ -1253,6 +1300,11 @@ MOSFET 主要由以下几个部分构成：
 >
 > 这里MOSFET讲的很抽象，参考[【硬核科普】带你认识CPU第00期——什么是MOSFET](https://www.bilibili.com/video/BV1nL411x7jH/)
 
+### 区分
+
+- **N 型 (N-channel) MOSFET:**  载流子是**电子 (Electrons)** - 记住 **N 代表 Negative (负)**，电子带负电，需要 **正栅极电压 (Positive Gate Voltage)** 才能导通。
+- **N 型 (N-channel) MOSFET:**  载流子是**空穴 (Holes)** - 记住 **P 代表 Positive (正)**，空穴可以被认为是带正电的，需要 **负栅极电压 (Negative Gate Voltage)** 才能导通。
+
 ### 互补金属氧化物半导体 (CMOS)
 
 **互补金属氧化物半导体 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)** 电路是现代数字电路中最主流的电路形式。CMOS 电路利用 **PMOS (P 沟道 MOSFET)** 和 **NMOS (N 沟道 MOSFET)** 的互补特性，实现低功耗、高性能的逻辑功能。
@@ -1451,7 +1503,7 @@ IN acc, port
 8086 架构支持多种类型的中断，可以根据**触发来源**进行分类：
 
 - **硬件中断 (Hardware Interrupt)**：
-  - 由**外部硬件设备**通过**处理器的引脚**发出中断请求信号。
+  - 由外部硬件设备通过**处理器的引脚**发出中断请求信号。
     - **INTR (Interrupt Request)** 引脚：**可屏蔽中断**，可以通过设置**中断标志位 (IF)** 来**屏蔽**或**使能**。
     - **NMI (Non-Maskable Interrupt)** 引脚：**非可屏蔽中断**，**优先级高于 INTR**，通常用于处理**更紧急的硬件错误**，如电源故障或内存奇偶校验错误。
 - **异常中断 (Exception Interrupt)**：
@@ -1494,24 +1546,47 @@ IN acc, port
 
 **中断向量表 (Interrupt Vector Table, IVT)** 是计算机系统中**管理和处理中断** 的核心数据结构。
 
-- **作用**：**存储中断服务例程 (ISR) 的入口地址**。当**中断发生**时，**CPU** 会根据**中断号** 在 **中断向量表** 中**查找** 相应的 **入口地址**，然后 **跳转到该地址** 执行 **中断处理程序**。
-- **存储位置**：**中断向量表** 通常位于 **RAM (随机访问存储器)** 的 **起始地址** 区域，即 **前 1024 字节**  (地址范围：**0000:0000 到 0000:03FF**) 。
+- **作用**：**存储中断服务例程 (ISR) 的入口地址**。当**中断发生**时，CPU会根据**中断号** 在 **中断向量表** 中查找相应的入口地址，然后**跳转到该地址执行中断处理程序**。
+- **存储位置**：**中断向量表** 通常位于RAM (随机访问存储器的起始地址区域，即 **前 1024 字节**  (地址范围：**0000:0000 到 0000:03FF**) 。
 - **条目结构**：**每个中断向量** 在中断向量表中占用 **4 个字节**。
     - **前 2 个字节**：存储 **指令指针 (IP, Instruction Pointer)**，即 **ISR 代码段内的偏移地址**。
     - **后 2 个字节**：存储 **代码段选择器 (CS, Code Segment)**，即 **ISR 代码所在的段地址**。
-- **地址计算**：对于给定的**中断号 `n`**，其在中断向量表中的起始地址可以通过以下公式计算：
+- **地址计算**：对于给定的中断号 `n`，其在中断向量表中的起始地址可以通过以下公式计算：
 
   `中断向量地址 = 中断号 * 4`
 
-  例如，假设 **中断号为 `0x21` (十进制 33)**：
+  例如，假设 **中断号为 `0x3`**：
 
-  - **中断向量表位置**：`0x0000:0084` (`0x21 * 4 = 0x84`)
-  - **入口地址解析**：如果 `0x0084` 处存储的值为 `0x1234:0x5678`，则表示 **中断处理程序的入口地址** 为 **代码段 `0x1234`，偏移地址 `0x5678`**。CPU 将跳转到 **物理地址 `0x1234 * 16 + 0x5678`** 处开始执行 ISR 代码。
+  - **中断向量表位置**：`0x0C:0x0F` 
+  - **入口地址解析**：例如 ``0x0C:0x0F`` 处存储的值为 `0x0070:0x06F4`，则表示 **中断处理程序的入口地址** 为 代码段 `0x0070`，偏移地址 `0x06F4`。CPU 将跳转到 **物理地址 `0x0070 << 4 + 0x06F4`** 处开始执行 ISR 代码。
 
 **中断向量表结构示意图**
 
 ![img](https://s2.loli.net/2025/01/20/TXYK9F5cGUJI2a1.jpg)
 
+**重写中断向量表的例子**
+
+```assembly
+    ; 保存原INT 8h中断向量
+    cli                 ; 禁用中断
+    xor ax, ax
+    mov es, ax          ; ES=0000h（中断向量表段）
+    mov bx, 8*4         ; INT 8h向量地址（8h*4=20h）
+
+    ; 保存原处理程序地址
+    mov ax, es:[bx]
+    mov old_ip, ax
+    mov ax, es:[bx+2]
+    mov old_cs, ax
+
+    ; 设置新中断向量
+    mov ax, OFFSET isr
+    mov es:[bx], ax
+    mov ax, cs
+    mov es:[bx+2], ax
+    sti                 ; 重新启用中断
+```
+
 ### 中断控制器 8259A
 
 #### 8259A 的功能与连接
@@ -1691,10 +1766,9 @@ EOI_command:
 
 **自定义中断服务例程 (ISR)** 是指**程序员** **自己编写** 的 **中断处理程序**，用于**替换** 系统默认的 **ISR**，以实现特定的中断处理逻辑。
 
-- **应用场景**：
-  - **硬件驱动程序**：为特定的硬件设备编写 ISR，处理设备发出的中断请求，实现设备的数据传输、控制等功能。
-  - **实时系统**：在实时系统中，需要编写定制化的 ISR，以满足系统对中断响应时间、处理逻辑的特定需求。
-  - **系统功能扩展**：通过自定义 ISR，可以扩展系统的功能，例如实现**自定义的定时器**、**热键检测** 等。
+- **硬件驱动程序**：为特定的硬件设备编写 ISR，处理设备发出的中断请求，实现设备的数据传输、控制等功能。
+- **实时系统**：在实时系统中，需要编写定制化的 ISR，以满足系统对中断响应时间、处理逻辑的特定需求。
+- **系统功能扩展**：通过自定义 ISR，可以扩展系统的功能，例如实现**自定义的定时器**、**热键检测** 等。
 
 **自定义定时器 ISR 的示例**：
 
@@ -1703,6 +1777,8 @@ EOI_command:
 - **自定义 ISR 替换**：程序员可以**编写自己的 ISR 代码**，**替换** 原有的 **INT 08H** 中断处理程序，从而实现**自定义的定时器功能**。
 - **周期性执行**：由于 **INT 08H**  大约每 **50ms** 左右 **自动执行一次**，因此可以利用它来实现**周期性的任务**，例如 **计时器**、**实时数据采集**、**周期性系统监控** 等。
 
+
+
 ### 直接访问屏幕内存 (VRAM)
 
 **直接访问屏幕内存** 是一种**高效的屏幕显示技术**，允许程序**直接** **读写** **视频 RAM (Video RAM, VRAM)**，从而**快速** **控制屏幕显示内容**。
@@ -2918,29 +2994,29 @@ call Print
 
 #### 使用三态缓冲器
 
-三态设备用另一根控制线来断开设备与总线的连接。当断开连接的时候，它的输入阻抗变得非常大，这样就能避免总线争用的情况了。
+三态设备用另一根控制线来断开设备与总线的连接。当断开连接的时候，它的输入阻抗 (High-impedance) 变得非常大，这样就能避免总线争用的情况了。
 
 ![img](https://s2.loli.net/2025/02/12/AgRbmW2oTGNVzai.png)
 
-### 仲裁
+### 仲裁 (Arbitration)
 
 不同设备可能希望同时使用总线，这个时候需要总线仲裁用于避免总线上的冲突或竞争。
 
-#### 级联
+#### 级联 (Cascading)
 
 当设备想要使用总线时，它会拉高 Request 信号。 如果 Busy 信号为高电平，表示总线正忙，控制器将忽略新的 Request 信号。 反之，如果 Busy 信号为低电平，控制器则发送 Grant 信号给该设备，允许其使用总线。 收到 Grant 信号后，设备会立即拉高 Busy 信号，并将数据放到总线上传输。
 
 ![img](https://s2.loli.net/2025/02/12/lb1pjHLfEuRwS9i.png)
 
-#### 轮询
+#### 轮询 (Polling)
 
 当设备想要使用总线时，它会拉高 Request 信号。 一旦收到请求，控制单元就开始挨个查看轮询线，看看哪个设备想要用总线。 找到了想用的，就把 Busy 信号拉高，然后把数据线连通，让这个设备用。
 
 通俗一点来就像点名一样：设备想用总线先举手 (发出请求)。然后控制器一个一个地问：“1 号，你要用总线吗？ 2 号，你要用总线吗？ 3 号，你要用总线吗？...”，一旦点到某个举手的设备，控制单元就说：“好，给你用！” 然后把 Busy 信号设为“忙碌”，并把数据线连通，让这个设备传输数据。“点名”的顺序决定了谁先被服务，也就是谁的优先级最高。 如果 1 号总是先被点到，那么 1 号的优先级就最高。
 
 ![img](https://s2.loli.net/2025/02/12/18kxLOaZqwTBgJr.png)
 
-#### 独立请求
+#### 独立请求 (Independent Request)
 
 每个外设单元都有单独的请求线 (Request) 和授权线 (Grant)。优先级由总线控制单元来决定。不过缺点就是比较复杂，因为每个单元都需要单独的请求线和授权线。