微机原理课程综述YANHC

第1页微机原理与接口技术课程综述系别：电子系班级：07通信1班学号：0705074014姓名：闫红超随着科学技术的发展，微型计算机原理与接口技术已经成为当今科技研究人员和高等院校电子类专业、自动化专业、计算机专业等专业学生需要掌握的必不可缺少的基础知识。现在比较热门的两门技术：PLC及过程控制，单片机技术的开发和应用，都必须依托于微型计算机原理与接口技术。《微型计算机原理与接口技术》课程是通信工程专业的专业基础课程，该课程的目的是让我们掌握微机的基本工作原理，掌握微机应用系统的分析方法和设计方法，为微机在本专业以后的学习和研究应用中打下良好的基础。关键词：微机原理接口技术寻址存储器中断定时器一、绪论1、主要内容本课程紧密结合通信工程专业的特点，围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构、工作模式，介绍了8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程，从而使学生能较清楚的了解微机的结构与工作流程，建立起系统的概念。本课程系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、计数器/定时器8253、中断控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A（DAC0832）、DMA（8237）、人机接口（键盘与显示器接口）的结构原理与应用。在此基础上，对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要介绍。2、学习方法（1）掌握微机的基本结构与组成原理（2）掌握微机的指令系统与编程方法（3）掌握微机的时序，不懂时序，就无法真正掌握微机原理，难以充分利用微机。（4）掌握微机硬件电路中的通用符号的意义。（5）掌握微机外围接口芯片的原理与典型应用。（锁存器、缓冲器、驱动器、定时/计数器、并行接口、串行接口、DMA、A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等）（6）掌握微机扩展的原理，注意学会主要信号的扩展方法，能够举一反三。如：片选、数据总第2页线、地址总线、片内寻址、读/写控制线、地址锁存、时钟、复位、中断请求与响应等）二、课程主要内容全书共分10章，在内容安排上注重系统性先进性和实用性，各章前后呼应，并加入了大量的程序和硬件设计实例。下面总体概括以下：第一章：叙述微型计算机的发展构成和数的表示方法。第二章：阐述了8086微型机算计系统的组成原理和体系结构。第三章：对8086的指令系统的介绍。第四章：讨论8086汇编语言程序设计方法，并给出实例分析。第五章：介绍存储器的分类及应用第六章：讲述I/O接口和系统总线第七章：讨论中断系统并介绍中断控制器8259A第八到第十章：介绍了I/O接口芯片的基本原理和它们的大量应用实例，包括定时器/计数器8253/8254，通用并行接口8255A等。下面是介绍一下这个专业的几个重点内容（主要是以8086和8088为模板）：1、按计算机应用，计算机发展可分为以下几个阶段：（1）超、大、中、小型计算机阶段（1946年-1980年）采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理（2）微型计算机阶段（1981年-1990年）微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。（3）计算机网络阶段（1991年至今）计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。2、8086系统（1）BIU与EU的动作协调原则：总线接口部件（BIU）和执行部件（EU）按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务：①每当8086的指令队列中有两个空字节，或8088的指令队列中有一个空字节时，BIU就会自动把指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序。②每当EU准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令队列前部取出指令的代码，然后用几个时钟周期去执行指令。在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I／O端口，那么EU就会请第3页求BIU，进入总线周期，完成访问内存或者I／O端口的操作；如果此时BIU正好处于空闲状态，会立即响应EU的总线请求。如BIU正将某个指令字节取到指令队列中，则BIU将首先完成这个取指令的总线周期，然后再去响应EU发出的访问总线的请求。③当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU便进入空闲状态。④在执行转移指令、调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。从上述BIU与EU的动作管理原则中，不难看出，它们两者的工作是不同步的，正是这种既相互独立又相互配合的关系，使得8086/8088可以在执行指令的同时，进行取指令代码的操作，也就是说BIU与EU是一种并行工作方式，改变了以往计算机取指令→译码→执行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，这正是8086/8088获得成功的原因之一（2）它的工作模式：有最小和最大（3）它的寻址方式：a、数据操作数这类操作数是与数据有关的操作数，即指令中操作的对象是数据。数据操作数又可分为：A立即数操作数。指令中要操作的数据包含在指令中。B寄存器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的寄存器中。C存储器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的存储单元中。DI/O操作数。指令中要操作的数据来自或送到I/O端口。b、地址操作数这类操作数是与程序转移地址有关的操作数，即指令中操作的对象不是数据，而是要转移的目标地址。它也可以分为立即数操作数、寄存器操作数和存储器操作数，即要转移的目标地址包含在指令中，或存放在寄存器中，或存放在存储单元之中。对于数据操作数，有的指令有两个操作数：一个称为源操作数，在操作过程中其值不改变；另一个称为目的操作数，操作后一般被操作结果代替。有的指令只有一个操作数，或没有(或隐含)操作数。对于地址操作数，指令只有一个目的操作数，它是一个供程序转移的目标地址。下面以MOV指令为例：MOVdst，src；(dst)←(src)3、汇编语言汇编语言是一种利用指令助记符、符号地址、标号来编写的计算机语言。是机器语言的符号表示，是面向机器的语言，是较低级的语言。第4页利用汇编语言编写的程序称为源程序，需要通过汇编程序翻译成二进制代码的目标程序，再经过与库文件的连接，最后得到可执行文件程序，才能在机器上直接运行。本章主要内容是汇编语言语句类别、MASM的运算符及其表达式、伪指令语句格式和作用、基本程序结构、调用程序和被调用程序之间的数据传送途径以及汇编源程序上机调试过程。本章重点是阅读程序和编写程序。本章知识要点如：汇编语言语句类别：实指令语句、伪指令语句、宏指令语句，程序基本机构：顺序结构、分支结构、循环结构、过程（子程序）------参数传递途径：寄存器约定、存储器约定、堆栈传递，程序开发步骤：编辑------汇编-----链接------调试程序。伪指令语句：符号定义指令EQU、=，数据定义伪指令DBDWDD……,段定义伪指令SEGMENTENDS,过程定义伪指令PROC……ENDP段指派伪指令ASSUME程序定位伪指令ORG汇编结束伪指令END。伪指令语句中的名字可以是变量名、段名、过程名。①标号的段属性是定义标号在程序段的段地址。当程序中引用一个标号时，该标号的段值应在CS寄存器中。②标号的偏移量属性表示标号所在段的起始地址到定义该标号的地址之间的字节数。偏移量是一个16位无符号数。③标号的类型属性有两种：NEAR和FAR。前一种标号可以在段内被引用，地址指针为2字节；后一种标号可以在其他段被引用，地址指针为4字节。如果定义一个标号时后跟冒号，则汇编程序确认其类型为NEAR。变量也有三种属性：段、偏移量和类型。①变量的段属性是变量所代表的数据区所在段的段地址。由于数据区一般在存储器的数据段中，因此变量的段地址常常在DS和ES寄存器中。②变量的偏移量属性是该变量所在段的起始地址与变量的地址之间的字节数。③变量的类型属性有BYTE(字节)、WORD(字)、DWORD(双字)、QWORD(四字)、TBYTE(十字)等，表示数据区中存取操作对象的大小。4、存储器半导体存储器是指用半导体器件作为存储器介质的存储器。目前，计算机的内存储器（主存储器）都由半导体存储器芯片担任。本章讨论半导体存储器芯片的类型、存储原理、使用场合、引脚功能、如何与CPU（或系统总线）连接以及及软件验证l连接是否正确等问题。本章知识要点：存储器作用------存放程序和数据-------只存放二进制数；半导体存储器芯片分类：RAM:SRAM,DRAMROM:掩膜ROMPROM:PROMEPPOMEEPROM；存储器芯片-----存储器容量------引脚功能；主存储器设计：计算芯片数，地址分配、片选逻第5页辑--------与系统连接------软件验证；片选逻辑：全译码，部分译码：基本地址、重叠地址。在学习时要知道存储器芯片的存储容量的计算方法（单元数X位数/单元）,掌握常用芯片的的存储特点和使用场合，存储芯片的常用引脚及其功能要知道，在扩展时要会计算所需存储器的数量，有关存储器芯片与系统总线或CPU得连接问题，会计算各存储器的芯片地址范围。5、I/O接口总线与中断中断传送方式的优点是：CPU不必查询等待，工作效率高，CPU与外设可以并行工作；由于外设具有申请中断的主动权，故系统实时性比查询方式要好得多。但采用中断传送方式的接口电路相对复杂，而且每进行一次数据传送就要中断一次CPU，CPU每次响应中断后，都要转去执行中断处理程序，且都要进行断点和现场的保护和恢复，浪费了很多CPU的时间。故这种传送方式一般适合于少量的数据传送。6、可编程计数器/定时器8253/8254及其应用本章主要内容是：定时器/计数器的应用场合；如何实现定时/计数；可编程计数器/定时器8253芯片的内部结构、引脚功能、计数原理、6种工作方式下的工作条件和输出波形特征。重点是8253芯片的实际应用。本章知识要点：定时/计数应用场合；定时/计数的实现：软件：延时子程序、硬件：数字逻辑电路（如单稳态时定时器电路等）、采用可编程定时器/计数器；可编程定时器/计数器8253：引脚功能、通道的编程结构-----通道的6种工作方式、芯片使用：硬件连线、软件编程。8253的引脚功能：与系统总线相连：数据引脚D0—D7、地址引脚A1、A0、控制引脚RD/CS/WR；通道引脚CLKGATEOUT其他引脚GNDVCC可编程计数器/定时器8253的工作方式：方式0：计数结束中断方式，方式1：可编程单稳态输出方式，方式2：比率发生器（分频器），方式3：方波发生器，方式4：软件触发选通，方式5：硬件触发选通。7、可编程外围接口芯片8255A及其应用本章主要内容是并行输入/输出接口概念，可编程并行输入/输出接口芯片8255A的内部结构、引脚功能、3种工作方式下的输入输出工作过程及其实际应用。本章主要知识点：并行接口概念8255A：引脚功能、、内部结构-----A口B口C口、实际工作方式----数据传送过程、实际使用------硬件连线------软件编程。3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：双向传送8255A的引脚：与系统总线相连：数据引脚D0—D7,地址引脚A1—A0,控制引脚RDCSWRRESET;第6页端口线：端口PA7—PA0；端口C：PC7—PC4PC3—PC0；端口B：PB7---PB0；其他引脚：GNDVCC8、串信通信和可编程接口芯片8251A本章主要内容：串信通信的基本概念：数据传送方向，串行传送的2中基本方式，串行传送的2种基本工作方式，串行传送速率，串行接口芯片，调制解调器；可编程串行通信接口芯片8251A：内部结构和外部引脚，8251的编程及其初始化编程。三、课程总结微机的最基础语言——计算机语言的一