东北大学微机原理总复习

1一、微型机分类指标组成4位、8位、16位、32位单片机、个人计算机、笔记本、掌上电脑CPU位数CPU主频内存容量和速度硬盘容量哈夫曼结构CPU存储器I/O接口系统总线微处理器微型计算机微型计算机系统CPU，计算机的核心由CPU、存储器、I/O接口和系统总线组成即主机在微型计算机基础上，配上系统软件、应用软件、外部设备本课主要讲述微型机的组成部分CPU、系统总线、I/O接口、存储器的工作原理和连接。2二、CPU组成：算数逻辑部件、累加器和寄存器组、控制器性能80868051指标字长：16位主频：4.7MHz字长：8位主频：12MHz总线数据总线：16位D0-D15地址总线：20位A0-A19，BHE控制总线：WR、RD、M/IO总线型：数据总线：8位地址总线：16位控制总线：WR、RD、PSEN非总线型：不扩展总线组成BIU（总线接口部件）段寄存器（CS、DS、ES、SS）指令指针（IP）地址加法器指令队列(6字节)EU（执行部件）：算数逻辑部件（ALU）通用寄存器(AX、BX、CX、DX)专用寄存器（BP、SP、SI、DI）标志寄存器FR运算器累加器ACC寄存器B程序状态字寄存器PSW控制器程序计数器PC指令寄存器IR定时与控制逻辑复位高电平、4个时钟周期复位状态：CS：FFFFHIP：0000H其他：0高电平，2个机器周期（机器周期=12个晶荡周期或6个时钟周期）复位状态：PC=0000HP0~P3=FFH，各口可用于输出，也可用于输入；SP=07H，第一个入栈内容将写入08H单元；IP、IE和PCON的有效位为0PSW=00H，当前工作寄存器为0组。3I/O与存储器寻址/编址存储器（M/IO高电平）：1MI/O（M/IO低电平）：64K特殊地址：0:0000--0:03FFH中断向量表FFFF:0000复位地址分段管理(编址)：段寄存器值左移4位+偏移量程序存储器：64K特殊地址0000H：复位地址0003H：外部中断0中断服务程序地址000BH：定时器0中断服务程序地址0013H：外部中断1中断服务程序地址001BH：定时器1中断服务程序地址0023H：串行通讯中断服务程序地址数据存储器：外部64K内部128Bytes00H-1FH：寄存器组区R0-R7，四组20H-2FH：位寻址区30H-7FH：通用数据存储区80H-FFH：特殊功能寄存器区单独编址指令区分INOUT与存储器统一编址指令相同地址锁存A0-A19、BHE(3片)16位数据总线地址锁存A0-A15(1片)8位数据总线M/IO区分存储器和IO16位内存BHE、A0组合A0=0BHE=1按字节访问偶地址存储体A0=1BHE=0按字节访问奇地址存储体A0=0BHE=0按字访问A0=1BHE=1无效为提高读写效率，字地址从偶地址开始。程序存储器需要PSEN信号数据存储器需要RD、WR信号4总线时序最小模式：四个时钟周期T1：输出M/IO、地址、ALE、BHET2：输出状态S3-S6RDWR和DBT3：RD存储器或IO送数据到DBTw：需要时插入T4：撤销所有操作中断支持256个中断硬件中断非屏蔽中断（NMI）可屏蔽中断（INTR）软件中断专用中断0：除0中断1：单步中断2：非屏蔽中断3：断点中断4：溢出中断中断向量（中断服务程序地址）0:0000--0:03FFH中断向量表CS：IP，共4个字节前两个存放IP，后两个存放CS0:0080H开始的4个字节存放10H、20H、30H、40H则20H号中断服务程序地址为4030H：2010H支持5个中断外部中断0、1定时器中断0、1串口中断两级优先级0003H：外部中断0中断服务程序地址000BH：定时器0中断服务程序地址0013H：外部中断1中断服务程序地址001BH：定时器1中断服务程序地址0023H：串行通讯中断服务程序地址5中断响应过程可屏蔽中断条件：INTR接受中断请求(高电平)IF=1执行完当前指令响应：向INTA发两个负脉冲，从DB接收中断号，依次做：保护标志寄存器(入栈)IF（中断允许）、TF（跟踪标志、单步标志）清零保护断点，下条指令的CS：IP根据中断号得到中断向量，装入IP、CS。软件中断：指令：INT中断服务程序返回：IRET响应条件：中断源有中断请求此中断源的中断允许位为1CPU开中断（即EA=1）中断服务的进入：CPU执行程序过程中，在每个机器周期的S5P2期间，中断系统对各个中断源进行采样。这些采样值在下一个机器周期内按优先级和内部顺序被依次查询。如果某个中断标志在上一个机器周期的S5P2时被置成了1，那么它将于现在的查询周期中及时被发现。接着CPU便执行一条由中断系统提供的硬件LCALL指令，转向被称作中断向量的特定地址单元，进入相应的中断服务程序。遇以下任一条件，硬件将受阻，不产生LCALL指令：CPU正在处理同级或高优先级中断；当前查询的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期。即在完成所执行指令前，不会响应中断，从而保证指令在执行过程中不被打断；正在执行的指令为RET、RETI或任何访问IE或IP寄存器的指令。即只有在这些指令后面至少再执行一条指令时才能接受中断请求。堆栈每次压入、弹出一个字或双字入栈时堆栈指针减操作，先入栈，在减2堆栈区在内部RAM。复位似，堆栈指针SP=07H堆栈指针SP先加1，数据再压入SP指向的单元每次压入/弹出1个字节总线出让中断请求HOLD（高电平）出让标志HLDA（高电平）支持DMA不支持接口中断控制器、定时计数器、通用I/O口、串行通讯口、RAM、ROM6三、总线片总线、内总线、外总线并行总线、串行总线并行总线：DB、AB、CB并行总线扩展：地址锁存，分离地址总线和数据总线译码电路：对存储器或接口电路器件操作选择。对地址总线上的编码数据进行译码。74LS138、139、GAL等7四、存储器与I/O接口1接口部件准备好系统如何知道接口部件已经准备好数据等待CPU提取，或准备接受CPU送来的数据查询方式：检测接口状态寄存器中“准备好”位或管脚，准备好则传输数据无条件传送：确定外设接口已经准备就绪，直接传输信息。条件传送方式（查询方式）：Step1：读取状态字（或状态引脚）Step2：检测（相应位）是否满足“就绪”条件，不满足回到Step1.Step3：传送数据中断方式：接口发中断请求响应中断，中断服务程序实现数据传输DMA方式：接口向DMA控制器发送请求，DMA控制器向CPU发送总线控制权请求DMA接管总线，传输数据2优先级硬件确定：速度快，硬件开销大软件确定：简单、灵活、速度慢二者结合：3要考虑的问题速度匹配问题总线的负载能力片选信号的产生机制4接口接入总线要求输入缓冲：三态缓冲器，以便于数据总线相连。输出锁存：将CPU写出的数据锁存，解决CPU与外设匹配的问题。5寻址各类信息在接口中进入不同的寄存器，通常称为I/O端口（port），每个端口有一个唯一的地址。数据端口：对来自CPU和内存的数据或者发送到CPU和内存的数据起缓冲作用状态端口：存放外部设备或者接口部件本身的状态控制端口（命令端口）：存放CPU发出的命令，以便控制接口或设备的动作。8数据输入端口、状态端口：只读数据输出端口、控制端口：只写通常：数据输入端口和数据输出端口的地址一致，通过读写指令区分。状态端口和命令端口地址一致。有了端口地址，CPU与外设的IO操作归结为接口芯片各端口的读写操作。体现出I/O与存储器类似。6数据缓冲缓冲区：由于系统速度与接口速度不匹配，用于暂时存储传输数据的内存空间(存储器)。输入缓冲区：系统从外设提取一系列数据放到输入缓冲区，全部提取后再处理使用这些数据。输出缓冲区：系统先把数据放到输出缓冲区，然后再输出到外设。数据结构：队列(循环队列)计算机系统中有多个缓冲区（队列）：键盘缓冲区、打印缓冲区等7片选信号：线选法、全译码、部分译码、混合译码9存储器并行接口定时/计数器接口模拟量接口人机接口串行接口6264-5122764-2751282558253模入0809模出0832键盘显示8251微型机三级结构缓存、内存、外存单位：KB、MB、GB、TB类型：ROM：EPROM、EEPROMRAM：SRAM、DRAMFLASH：FLASHROM译码电路3个功能完全相同的通道。每个通道为1个16位的减1计数器。可进行二进制或十进制（BCD码）计数。二进制计数时，初值范围为0000H~FFFFH,最大计数值是0000H，代表65536。BCD码计数时，初值范围为0000~9999，最大计数值是0000，代表10000。主要技术指标分辨率量化误差转换时间类型逐次比较型积分型压频变换型Σ-△型模拟电压的连接；数据输出线和系统总线的连接；启动信号的供给；转换结束信号以及转换数据的读取；模拟电路和数字电路的接地问题；参考电源独立键盘矩阵键盘基本概念同步通讯异步通讯异步通讯数据楨格式传输方向单工半双工全双工电气标准RS-232RS-422RS-485并口存储器接口：数据线：8条/16条地址线：log2容量、CS控制线：RD、WR、OE方式0：基本I/O方式方式1：选通IO方式2：双向IO方式0：计数结束则中断方式1：可编程的单稳态触发器方式2：分频器（速率波发生器）方式3：方波发生器方式4：软件触发的选通信号发生器方式5：硬件触发的选通信号发生器主要技术指标分辨率线形度建立时间类型网络解码型R-2R梯形电阻网络PWM型按键识别行扫描法行反转法LED静态显示串口并口动态显示存储器扩展超过CPU寻址范围的存储器扩展设置工作模式控制字基本输入输出程序设计各种方式下技术初始值的计算设置工作模式控制字程序模入模出的接口设计启动模入转换和读取结果程序模出接口设计，输出波形程序键盘设计键盘识别程序设置工作模式流程串行通讯时序10复习题1.什么是微处理器、微型计算机、微型计算机系统？2.计算机内存和外存有何不同。3.8086、8051CPU的各引脚的功能与作用。8086和8051系统的复位状态。4.8086和8051CPU标志寄存器各有多少位？分几类？各标志位的含义是什么？5.8086/8088微处理器由哪些主要部件组成？其主要功能是什么？6.总线结构及其作用，总线的种类；总线驱动器的作用？不同总线的驱动有何不同。7.简述8086微处理器的总线接口部件和执行部件的组成及动作过程。8.一个基本的总线周期由几个时钟周期组成？各时钟周期所进行的操作是什么？8086和8051CPU的时钟周期，基本的总线周期、机器周期有何不同。9.8086和8051是如何实现地址数据复用的？10.8086的数据传输特性是什么样的？为什么常用AD0作低八位数据选通信号？11.8086在最小模式下至少需要几片8位锁存器？除AD0-AD15需要锁存外，还有那几根信号需要锁存？12.较详细地对8086的256个中断进行分类（要列举0-4号中断）并对中断优先级排队。13.8086的终端系统可以处理多少种中断？其中断类型如何确定？14.8051与8086中断管理的异同点，简述8086和8051的中断处理过程？15.什么是中断类型、中断向量、中断向量表？简述非屏蔽中断NMI和可屏蔽中断INTR的异同点。硬件中断和软件中断的主要区别是什么？16.8086最小模式下的读、写操作时序图。17.无条件传送方式、条件传送方式、中断方式、DMA方式的特点．18.8086系统中，I/O端口的寻址方式有几种？其特点是什么？19.8051I/O寻址方式；输入输出口的操作方法。20.8086和8051CPU各用多少根地址线对I/O端口寻址？可以对多少个端口寻址？21.8051与8086的寻址方式有何异同。8051内部存储器分为哪几个空间、如何区分不同空间的寻址。8051外部存储器的分哪几个空间。22.串行通讯中全双工、半双工、单工的含义；异步通讯、同步通讯。各种工作方式下的数据格式。23.译码及片选信号产生的方法。24.简述RAM和ROM的分类、区别和用途。用8位芯片扩展存储器,确定各芯片的连线、地址空间。8086分段模式存储器管理的特点。