微机原理综述论文__精华版

合肥学院课程论文题目《微机原理与接口技术》课程综述论文系部计算机科学与技术系专业计算机科学与技术专业班级11计本（1）班学生姓名指导教师张向东2013年12月9日《微机原理与接口技术》课程综述论文一、课程综述：微机原理与接口技术是硬件系列课程中的核心课程，是我们计算机专业重要的专业基础课之一。在本课程中，先是介绍了微型计算机的整体概念，随后讲述了80X86微处理器的寻址方式、指令系统和汇编语言，微型计算机的存储系统和高速缓存技术，紧接着分别具体到各类芯片详细介绍了各芯片的功能及其实现的硬件。它的主要教学任务是要求学生能系统地理解计算机硬件系统的逻辑组成和工作原理，培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计及开发能力。二、课程主要内容和基本原理：第一章主要介绍了计算机的整体概念，对单片机、单板机、微型计算机与微型计算机系统做了简单的区别介绍。第二章和第三章主要锁定80X86，对其内部结构，指令系统做了极其详细的介绍。8086是16位微处理器，其内部的运算器和内部寄存器都是16位的，这些是区分16位处理器的主要依据。8086内部由两大功能部件——EU(执行部件)和BIU（总线接口部件）组成。使8086的取指令和执行指令可以并行进行，从而提高了指令执行的速度。8088是准16位微处理器，它与8086的差别是：BIU中的指令队列是4个字节，而8086是6个字节；8088的外部数据引脚为8条，而8086是16条数据引脚。8086有两种工作模式：最大模式和最小模式。最小模式，即引脚接+5V，8086是单处理器系统，最大模式，接地，8086是多处理器系统。介绍8086之后，本书也对80X86做了稍微详细的介绍，其中，80286是16位微处理器，片内集成有存储管理和保护机构，它有两种工作方式——实方式和保护方式。80386是32位微处理器，数据总线是32位，内部寄存器和运算器也是32位，具有32位地址线，能寻址4GB的物理地址，虚拟存储空间为64TB。80386有8个32位通用寄存器:EAX，EBX，ECX，EDX，ESP，EBP，ESI和EDI。它们是8086的16位通用寄存器AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI和DI的扩展。80386有3种存储器地址空间—逻辑地址、线性地址和物理地址。逻辑地址由段选择子和段内偏移量组成，又称“虚拟地址”。内部的“分段部件”将逻辑地址空间转换为32位的线性地址。“分页部件”将线性地址转换为物理地址空间，物理地址是引脚上出现的地址。80386有三种工作方式—实方式、保护方式和虚拟8086方式。80486微处理器沿用了80386的体系结构，以保持同86系列微处理器在目标码级的兼容。为了提高80486的性能，在芯片内还集成了一是8KB的高速缓存；二是高性能的浮点处理部件。因此可看成是:高性能的80386+高性能的80387+高速缓冲存储器Cache。Pentium芯片的主要特点是:①由“U”和“V”两条流水线构成超标量流水线结构，极大地提高了指令的执行速度；②重新设计的浮点部件，采用8级流水线操作，使每个时钟周期能完成1～2个浮点操作；③增加片内Cache容量。片内集成有一个8KB的指令Cache和一个8KB的数据Cache，减少了数据和指令存取的冲突，提高了内存访问的速度；④增加了分支预测机制，保证流水线的指令预取步骤不会空置；⑤采用64位外部数据总线，提高了CPU同内存之间数据传送的速度。由于Pentium芯片内部ALU和通用寄存器仍是32位的，所以还是32位微处理器。第三章主要锁定80X86，对其内部指令系统做了极其详细的介绍。8086微处理器指令系统主要有（1）数据传送指令(2)算术运算类指令(3)逻辑运算类指令、移位指令(4)串操作指令(5)控制转移类指令(6)处理机控制指令，其中8086数据寻址主要有立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、基址变址寻址、相对基址加变址寻址等，其他寻址方式这里便不再赘述。第三章中另一重点就是汇编语言，主要介绍了汇编语言、汇编程序、汇编语言语句格式、标号和变量的3种属性、表达式和运算符、汇编语言程序结构、汇编语言伪指令。第四章主要针对内存储器及接口做了详细介绍。其中，大篇幅地介绍了SRAM、DRAM、EPROM和ROM的特点及区别，半导体存储器芯片的主要性能指标，半导体存储器的基本结构，半导体存储器内部各组成部分的作用，内存储器中的数据组织——16位存储字和32位存储字的存放规则。静态RAM(SRAM)6116的外特性，动态RAM(DRAM)，2164的外特性EPROM，芯片2732的外特性存储器的组织。从半导体存储芯片的分类,引出两大类基本的存储器—RAM和ROM,而RAM芯片可分为SRAM和DRAM,SRAM的容量小,存取速度快，功耗较大。16位系统中存储器接口的特点是奇偶分体，在8086微处理器同字节编址的存储系统的连接有关信号线A0～A19、及D0～D15的连接中，1MB内存被分为“偶存储体”(存放偶地址字节)和“奇存储体”(存放奇地址字节)，偶存储体由最低位地址A0选通，奇存储体由(总线高允许)选通。偶存储体的8位数据线同8086CPU的低8位数据线D0～D7相连,奇存储体的8位数据线同8086CPU的高8位数据线D8～D15相连。第五章是对输入输出做了具体介绍。输入输出部分包括外设接口的特性和基本结构和I/O端口的编址方式。在计算机中,CPU对外设的读、写是通过对外设接口中端口的读、写来实现的，用相应的读写指令来对端口进行读或写。因此，对这些端口指定相应的地址码，这就是I/O端口的编址。I/O端口的编址方式有两种，即独立编址和存储器映像编址。微机系统中数据传送的两种控制方式分别是程序控制传送和DMA传送。（程序控制传送又分为无条件传送方式、查询传送方式、中断传送方式），程序控制的数据传送，是由CPU执行预先编写好的输入或输出指令来实现数据的传送。而DMA传送是一种不需要CPU干预也不需要软件介入的高速数据传送方式，它是由一个称为“DMA控制器”的硬件来进行数据传送的控制。因此在数据传送时，无需使用输入/输出指令。之后引出了8237芯片内部结构、工作原理和初始化编程。教程已对8237做了详细介绍，这里不再赘述。第六章主要介绍了中断系统。8086CPU有一个简单而且灵活的中断系统，可处理256种类型的中断，每个中断都有一个中断类型码n，以供CPU进行识别进入中断服务程序。8086的中断可分为硬中断，软中断和内部中断。在8086系统中往往把软中断和内部中断统称为“内部中断”。8086的中断系统采用向量中断的结构，在系统内存区的最低1024字节(00000H～O03FFH)区域中,存放了256种中断的中断服务程序入口地址，称为“中断向量表”，中断向量表反映了中断类型码同中断服务程序入口地址之间的联系。可编程中断控制器—8259A是本节重点。8259A具有如下功能:①可管理8级优先级中断源或通过9片组成级联工作，最多可管理64级优先级中断源；②可对任一级中断源进行屏蔽或取消屏蔽；③具有多种中断优先级管理方式；④向CPU提供中断类型码,以指示转入相应的中断服务程序。本节的难点是对8259的初始化编程。第七章介绍的是可编程定时器/计数器8253技术。8253A有三个独立的16位计数通道(计数器)CNTO，CNT1，CNT2，8253A有2条地址引脚A1，A0同相结合,确定8253A中4个端口地址，其中3个地址对应CNTO,CNT1和CNT2,另一个为“控制字寄存器”地址(A1A0=11)。每个计数通道有3条引脚CLK，GATE和OUT。三条引脚的功能为:CLK(计数输入)—输入定时基准脉冲，或输入计数脉冲；OUT(输出信号)—以相应的信号指示定时时间到,或计数满；GATE(选通输入、门控输入)—用于启动或禁止减1计数器的计数操作。8253A的工作过程:将控制字写入“控制字寄存器”，先对相应的计数通道设定工作方式，然后将计数初值写入相应计数通道的“计数初值寄存器”，再将计数初值自动送入“减1计数器(计数执行单元CE)”。在满足“减1计数器”工作条件的情况下(GATE信号满足计数要求)，对CLK端输入的时钟脉冲进行减1计数；当“减1计数器”内容为“0”时,OUT端输出相应信号,表示计数结束。8253A的初始化包括二个内容:①写入方式控制字，以确定8253A的工作方式和工作特性。②写入计数初始值(计数初值)。第八章是对可编程输入输出接口8255A，可编程通信接口8251A的介绍。8255A是一种通用的可编程8位并行接口芯片，有3个8位并行的输入/输出PA，PB和PC，其中PA，PB口通常用作输入/输出的数据口，PC口通常用作控制口或状态口。8255A有2条地址线A1A0，通过片内地址译码器，用以选中内部4个端口即PA口，PB口，PC口和控制口(分别对应于A1A0=00，01，10和11)。在PA，PB和PC三个端口中，PA，PB端口作为8位数据端口使用，8条数据线同时设置为输入或输出，而PC端口既可作为8位数据端口，又可作为2个4位数据端口PCL和PCH。PCL和PCH可按需要分别设置为输入或输出。8255A有三种工作方式，方式0——基本输入输出；方式1——选通输入输出；方式2——双向选通输入输出。方式0可以工作于无条件传送方式，方式1可以工作于查询传送方式，方式2只限于PA口使用，当PA口工作于方式2时，PB口可以在方式0或方式1下工作。8255A的初始化编程：接口芯片的初始化通常由如下指令完成:MOVAL，CWOUT控制口地址，AL。8251A的功能。8251A是通用同步/异步接收发送器，可用作同步串行传送和异步串行传送的接口电路，并实现全双工的传送方式。8251A的结构。8251A同CPU一边的接口部分是“数据总线缓冲器”和“读/写控制逻辑”，同外设一边的接口部分有三个部件:“发送器”(发送缓冲器及其控制逻辑)、“接收器”(接收缓冲器及其控制逻辑)和“MODEM控制逻辑”。8251A的“初始化”是写入“方式指令字”以设定其工作方式和工作特性，再写入“命令指令字”进行实时控制。同样，对8255A和8251A的初始化编程时本节的重难点。第九章主要介绍A/D转换器和D/A转换器。A/D转换器是把模拟量转换为数字量的器件。D/A转换器是把数字量转换为模拟量的器件。DAC0832是常用的8位数/模转换芯片，输入端D0-D7输入待转换的8位数字量，输出端为2个电流输出IOUT1，和IOUT2，IOUT1是逻辑电平为“1”的各位输出电流之和，IOUT2是逻辑电平为“0”的各位输出电流之和。D/A转换器输出的模拟量有电流输出和电压输出两种。ADC0809是一种8位8通道模/数转换器，有8路模拟量输入经转换后输出8位数字量。第十章介绍的是总线技术。总线是一种在多于两个模块间传送信息的公共通路。总线由传输信息的物理介质以及一套管理信息传输的通用规则(协议)所构成。总线可分为三大类:片总线、内总线和外总线。本书着重介绍了PCI总线。PCI(外围部件互连)总线是一种32位/64位高性能的标准总线，提供了高速的数据传输通路。PCI总线的主要特点是:①突出的高性能，②良好的硬件兼容性，③支持即插即用，④支持多主设备系统，⑤相对的低成本。USB(通用串行总线)是一种万能插口，可以取代PC机上所有的串并行连接器插口，其数据传输速度有两种。USB的特点是:具有真正的“即插即用”特性；很强的连接能力，采用树形结构，最多可链接127个节点；低成本；省空间；连接电缆轻巧(仅4芯)，电源体积小；可支持ISDN等高速数字电话信息通路接口。USB是一种开放性、不具专利版权的理想的工业标准。三、实际应用：通过本学期的学习，我们了解了微机原理这门课程，并对计算机内部组成有了一个更具体的认识，随着理论课结束实验课的开始，使我们的实际应用得到了加强。通过亲身实验，了解了各芯片的工作原理，机器语言的编程过程，总线技术等。四、心得体会：通过本课程的学习，对计算机的内部结构的认识又上升了