微机原理复习指南

微机原理复习指南CATALOGUE目录绪论微处理器与微机系统指令系统与汇编语言程序设计存储器与I/O接口技术中断系统与定时/计数器应用数据传输与串行通信技术应用总线技术应用与扩展微机系统设计与应用实例分析绪论CATALOGUE01CATALOGUE目录绪论微处理器与微机系统指令系统与汇编语言程序设计存储器与I/O接口技术中断系统与定时/计数器应用数据传输与串行通信技术应用总线技术应用与扩展微机系统设计与应用实例分析课程背景微机原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，主要探讨微型计算机的基本组成、工作原理、指令系统、汇编语言程序设计等内容。课程目标通过本课程的学习，学生应能掌握微型计算机的基本组成和工作原理，理解指令系统和汇编语言程序设计的基本原理和方法，具备分析和设计简单微机系统的能力。微机原理课程概述绪论CATALOGUE01复习要求系统掌握微型计算机的基本组成和工作原理；具备分析和设计简单微机系统的能力。熟练掌握指令系统和汇编语言程序设计的基本原理和方法；复习目标：通过复习，巩固和加深对微机原理课程内容的理解，提高分析和解决问题的能力。复习目标与要求课程背景微机原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，主要探讨微型计算机的基本组成、工作原理、指令系统、汇编语言程序设计等内容。课程目标通过本课程的学习，学生应能掌握微型计算机的基本组成和工作原理，理解指令系统和汇编语言程序设计的基本原理和方法，具备分析和设计简单微机系统的能力。微机原理课程概述制定复习计划阅读教材和相关资料做题练习讨论交流复习方法与策略根据课程大纲和自身情况，制定合理的复习计划，明确复习的重点和难点。通过做题练习，检验自己对知识点的掌握程度，提高解题能力和思维水平。认真阅读教材和相关资料，做好笔记和标注，加深对知识点的理解和记忆。与同学或老师进行讨论交流，分享学习心得和解题技巧，互相学习和帮助。复习要求系统掌握微型计算机的基本组成和工作原理；具备分析和设计简单微机系统的能力。熟练掌握指令系统和汇编语言程序设计的基本原理和方法；复习目标：通过复习，巩固和加深对微机原理课程内容的理解，提高分析和解决问题的能力。复习目标与要求微处理器与微机系统CATALOGUE02制定复习计划阅读教材和相关资料做题练习讨论交流复习方法与策略根据课程大纲和自身情况，制定合理的复习计划，明确复习的重点和难点。通过做题练习，检验自己对知识点的掌握程度，提高解题能力和思维水平。认真阅读教材和相关资料，做好笔记和标注，加深对知识点的理解和记忆。与同学或老师进行讨论交流，分享学习心得和解题技巧，互相学习和帮助。微处理器的定义微处理器是一种集成电路芯片，它集成了运算器、控制器和寄存器组，具有执行指令、控制数据流和处理数据等功能。微处理器的发展历程从4位、8位微处理器到16位、32位和64位微处理器的发展过程，以及各个时期代表性微处理器的特点和应用领域。微处理器的性能指标主频、字长、指令集、高速缓存等性能指标的含义及其对微处理器性能的影响。微处理器概述微处理器与微机系统CATALOGUE02包括微处理器、内存储器、输入/输出接口和总线等部分，以及它们之间的连接方式和数据传输方式。微机系统的基本组成RAM和ROM的分类、特点及其在微机系统中的应用。内存储器的分类与特点输入/输出接口在微机系统中的作用，以及并行接口和串行接口的特点和应用。输入/输出接口的作用与类型总线的定义、分类及其在微机系统中的作用，包括数据总线、地址总线和控制总线的功能和应用。总线的概念与分类微机系统组成与工作原理微处理器的定义微处理器是一种集成电路芯片，它集成了运算器、控制器和寄存器组，具有执行指令、控制数据流和处理数据等功能。微处理器的发展历程从4位、8位微处理器到16位、32位和64位微处理器的发展过程，以及各个时期代表性微处理器的特点和应用领域。微处理器的性能指标主频、字长、指令集、高速缓存等性能指标的含义及其对微处理器性能的影响。微处理器概述典型微处理器介绍8086/8088微处理器8086/8088微处理器的结构特点、寄存器组、指令集和中断系统等内容的详细介绍。80386/80486微处理器80386/80486微处理器的结构特点、寄存器组、指令集和存储管理等内容的详细介绍。Pentium系列微处理器Pentium系列微处理器的结构特点、寄存器组、指令集和分支预测等内容的详细介绍。其他典型微处理器如ARM系列、MIPS系列和PowerPC系列等微处理器的结构特点和应用领域的简要介绍。包括微处理器、内存储器、输入/输出接口和总线等部分，以及它们之间的连接方式和数据传输方式。微机系统的基本组成RAM和ROM的分类、特点及其在微机系统中的应用。内存储器的分类与特点输入/输出接口在微机系统中的作用，以及并行接口和串行接口的特点和应用。输入/输出接口的作用与类型总线的定义、分类及其在微机系统中的作用，包括数据总线、地址总线和控制总线的功能和应用。总线的概念与分类微机系统组成与工作原理指令系统与汇编语言程序设计CATALOGUE03典型微处理器介绍8086/8088微处理器8086/8088微处理器的结构特点、寄存器组、指令集和中断系统等内容的详细介绍。80386/80486微处理器80386/80486微处理器的结构特点、寄存器组、指令集和存储管理等内容的详细介绍。Pentium系列微处理器Pentium系列微处理器的结构特点、寄存器组、指令集和分支预测等内容的详细介绍。其他典型微处理器如ARM系列、MIPS系列和PowerPC系列等微处理器的结构特点和应用领域的简要介绍。指令系统与汇编语言程序设计CATALOGUE03指令系统定义01指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫做机器语言，指机器所具有的全部用来指挥机器或微处理器完成一组或多种或一系列操作的命令集。指令系统分类02复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）。指令系统特点03不同的计算机系列，其指令系统的指令条数、寻址方式、数据类型、数据表示、寄存器结构、I/O机制、中断和异常处理、机器工作方式等方面有差异。指令系统概述指令系统定义01指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫做机器语言，指机器所具有的全部用来指挥机器或微处理器完成一组或多种或一系列操作的命令集。指令系统分类02复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）。指令系统特点03不同的计算机系列，其指令系统的指令条数、寻址方式、数据类型、数据表示、寄存器结构、I/O机制、中断和异常处理、机器工作方式等方面有差异。指令系统概述寻址方式立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址等。指令格式操作码字段+地址码字段。指令字长一个指令字中包含二进制代码的位数。机器字长计算机能直接处理的二进制数据的位数。寻址方式与指令格式寻址方式立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址等。指令格式操作码字段+地址码字段。指令字长一个指令字中包含二进制代码的位数。机器字长计算机能直接处理的二进制数据的位数。寻址方式与指令格式汇编语言程序设计基础汇编语言程序设计基础03汇编语言程序设计举例包括顺序程序设计、分支程序设计、循环程序设计和子程序设计等。01汇编语言程序结构包括数据段、代码段和堆栈段。02汇编语言程序设计步骤分析问题，建立数学模型；确定算法；绘制流程图；编写程序；上机调试程序。汇编语言程序设计基础03汇编语言程序设计举例包括顺序程序设计、分支程序设计、循环程序设计和子程序设计等。01汇编语言程序结构包括数据段、代码段和堆栈段。02汇编语言程序设计步骤分析问题，建立数学模型；确定算法；绘制流程图；编写程序；上机调试程序。汇编语言程序设计基础存储器与I/O接口技术CATALOGUE04存储器与I/O接口技术CATALOGUE04存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储器定义按存储介质可分为半导体存储器、磁表面存储器和光存储器；按存取方式可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。存储器分类包括寄存器、高速缓存（Cache）、主存储器（内存）和辅助存储器（外存），各层次之间通过速度和容量的权衡实现数据的快速访问。存储器层次结构存储器概述及分类存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储器定义按存储介质可分为半导体存储器、磁表面存储器和光存储器；按存取方式可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。存储器分类包括寄存器、高速缓存（Cache）、主存储器（内存）和辅助存储器（外存），各层次之间通过速度和容量的权衡实现数据的快速访问。存储器层次结构存储器概述及分类

存储器扩展与访问控制存储器扩展通过位扩展、字扩展和字位同时扩展等方式，将多个存储芯片组合起来，以满足CPU对存储容量和速度的需求。存储器访问控制包括地址译码、数据读写和片选控制等，通过地址总线、数据总线和控制总线与CPU进行通信。存储器芯片介绍如RAM芯片、ROM芯片、EEPROM芯片和Flash芯片等，了解它们的存储容量、速度、可擦写性和价格等特点。

存储器扩展与访问控制存储器扩展通过位扩展、字扩展和字位同时扩展等方式，将多个存储芯片组合起来，以满足CPU对存储容量和速度的需求。存储器访问控制包括地址译码、数据读写和片选控制等，通过地址总线、数据总线和控制总线与CPU进行通信。存储器芯片介绍如RAM芯片、ROM芯片、EEPROM芯片和Flash芯片等，了解它们的存储容量、速度、可擦写性和价格等特点。I/O接口是CPU与外部设备之间的连接电路，用于实现数据的输入和输出。I/O接口定义包括程序查询方式、中断方式和DMA方式等，不同的控制方式具有不同的数据传输效率和CPU利用率。I/O控制方式包括数据缓冲、电平转换、信息转换和时序匹配等，以解决CPU与外部设备在速度、电平和信号格式等方面的差异。I/O接口功能I/O端口是CPU访问外部设备的通道，可通过独立编址或统一编址方式与内存地址空间进行区分。I/O端口及其编址方式I/O接口技术基础I/O接口是CPU与外部设备之间的连接电路，用于实现数据的输入和输出。I/O接口定义包括程序查询方式、中断方式和DMA方式等，不同的控制方式具有不同的数据传输效率和CPU利用率。I/O控制方式包括数据缓冲、电平转换、信息转换和时序匹配等，以解决CPU与外部设备在速度、电平和信号格式等方面的差异。I/O接口功能I/O端口是CPU访问外部设备的通道，可通过独立编址或统一编址方式与内存地址空间进行区分。I/O端口及其编址方式I/O接口技术基础中断系统与定时/计数器应用CATALOGUE05中断系统与定时/计数器应用CATALOGUE05中断优先级当有多个中断源同时请求时，CPU根据中断优先级的高低来决定先响应哪个中断。中断定义中断是指CPU在执行程序过程中，由于某种原因需要暂时停止当前程序执行，转而去处理另一事件，处理完后再返回原程序继续执行的过程。中断源引起中断的各种事件或设备，如定时器溢出、键盘输入、外部设备请求等。中断向量表用于存储中断服务程序入口地址的表格，CPU通过查询中断向量表找到对应的中断服务程序并执行。中断系统基本概念及工作原理中断优先级当有多个中断源同时请求时，CPU根据中断优先级的高低来决定先响应哪个中断。中断定义中断是指CPU在执行程序过程中，由于某种原因需要暂时停止当前程序执行，转而去处理另一事件，处理完后再返回原程序继续执行的过程。中断源引起中断的各种事件或设备，如定时器溢出、键盘输入、外部设备请求等。中断向量表用于存储中断服务程序入口地址的表格，CPU通过查询中断向量表找到对应的中断服务程序并执行。中断系统基本概念及工作原理定时/计数器基本概念定时/计数器是计算机中用于计时或计数的硬件设备，可以实现定时、延时、计数等功能。工作原理定时/计数器通过计数输入脉冲的个数或计时时间来实现定时或计数功能。当达到预设值时，定时/计数器会产生一个中断请求，通知CPU进行处理。应用实例定时/计数器在实时控制、数据采集、通信协议等领域有广泛应用。例如，在实时控制系统中，可以利用定时/计数器实现精确的延时控制或PWM波形生成；在数据采集系统中，可以利用定时/计数器实现精确的采样频率控制。定时/计数器工作原理及应用实例定时/计数器基本概念定时/计数器是计算机中用于计时或计数的硬件设备，可以实现定时、延时、计数等功能。工作原理定时/计数器通过计数输入脉冲的个数或计时时间来实现定时或计数功能。当达到预设值时，定时/计数器会产生一个中断请求，通知CPU进行处理。应用实例定时/计数器在实时控制、数据采集、通信协议等领域有广泛应用。例如，在实时控制系统中，可以利用定时/计数器实现精确的延时控制或PWM波形生成；在数据采集系统中，可以利用定时/计数器实现精确的采样频率控制。定时/计数器工作原理及应用实例中断服务程序是响应中断事件并执行相应处理的程序段，通常包括保存现场、处理中断事件、恢复现场等步骤。中断服务程序定义设计中断服务程序时，首先需要确定中断源和中断向量表的位置；然后编写中断服务程序，包括保存寄存器状态、处理中断事件、恢复寄存器状态等步骤；最后将中断服务程序与主程序进行链接和编译。设计步骤中断服务程序设计与实现中断服务程序是响应中断事件并执行相应处理的程序段，通常包括保存现场、处理中断事件、恢复现场等步骤。中断服务程序定义设计中断服务程序时，首先需要确定中断源和中断向量表的位置；然后编写中断服务程序，包括保存寄存器状态、处理中断事件、恢复寄存器状态等步骤；最后将中断服务程序与主程序进行链接和编译。设计步骤中断服务程序设计与实现数据传输与串行通信技术应用CATALOGUE06数据传输与串行通信技术应用CATALOGUE06数据在多个并行信道上同时传输，传输速度快，但需要较多的传输线，适用于近距离、高速数据传输。数据在单个信道上按位顺序传输，传输速度较慢，但只需一对传输线，适用于远距离、低速数据传输。数据传输方式及特点分析串行传输并行传输数据在多个并行信道上同时传输，传输速度快，但需要较多的传输线，适用于近距离、高速数据传输。数据在单个信道上按位顺序传输，传输速度较慢，但只需一对传输线，适用于远距离、低速数据传输。数据传输方式及特点分析串行传输并行传输RS-422/485协议改进了RS-232协议的性能，采用差分信号传输方式，提高了抗干扰能力和传输距离。USB协议一种通用串行总线协议，支持热插拔和即插即用，广泛应用于计算机与外部设备的连接。RS-232协议一种常用的串行通信协议，采用负逻辑电平，定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准。串行通信协议及标准介绍RS-422/485协议改进了RS-232协议的性能，采用差分信号传输方式，提高了抗干扰能力和传输距离。USB协议一种通用串行总线协议，支持热插拔和即插即用，广泛应用于计算机与外部设备的连接。RS-232协议一种常用的串行通信协议，采用负逻辑电平，定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准。串行通信协议及标准介绍通用异步收发器电路，实现串行数据的异步传输，包括波特率发生器、接收器和发送器等部分。UART电路USART电路SPI电路I2C电路通用同步异步收发器电路，支持异步和同步两种传输模式，具有更高的灵活性和通用性。串行外设接口电路，是一种同步串行通信接口，用于连接微控制器和外设芯片。双向同步串行总线电路，采用两根线实现数据的双向传输，具有简单、低成本等优点。串行通信接口电路设计与实现通用异步收发器电路，实现串行数据的异步传输，包括波特率发生器、接收器和发送器等部分。UART电路USART电路SPI电路I2C电路通用同步异步收发器电路，支持异步和同步两种传输模式，具有更高的灵活性和通用性。串行外设接口电路，是一种同步串行通信接口，用于连接微控制器和外设芯片。双向同步串行总线电路，采用两根线实现数据的双向传输，具有简单、低成本等优点。串行通信接口电路设计与实现总线技术应用与扩展CATALOGUE07总线技术应用与扩展CATALOGUE07总线定义总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线分类根据总线所处位置的不同，总线可分为片内总线和片外总线。片内总线又称内部总线，是芯片内部各单元电路之间的连接线；片外总线又称外部总线或系统总线，是微机系统中各插件（模块）之间的连接线。总线技术基本概念及分类总线定义总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线分类根据总线所处位置的不同，总线可分为片内总线和片外总线。片内总线又称内部总线，是芯片内部各单元电路之间的连接线；片外总线又称外部总线或系统总线，是微机系统中各插件（模块）之间的连接线。总线技术基本概念及分类输入标题EISA总线ISA总线常见总线标准介绍及比较ISA总线是最早出现的微机总线，它采用多主从结构，即允许多个主设备向从设备发送信息，也可接收从设备发来的信息。AGP总线是一种专门用于图形处理的高性能总线，它直接与北桥芯片相连，使得图形处理器能够直接访问主内存，从而大大提高了图形处理速度。PCI总线是一种高性能的32位或64位局部总线，可同时支持多个外围设备，且不受制于处理器的限制。PCI总线的数据传输速率可达132Mbps或264Mbps。EISA总线是一种在ISA总线基础上扩充的开放总线标准，它支持多处理器结构，数据传输速率可达33Mbps，可连接的设备数也比ISA总线多。AGP总线PCI总线输入标题EISA总线ISA总线常见总线标准介绍及比较ISA总线是最早出现的微机总线，它采用多主从结构，即允许多个主设备向从设备发送信息，也可接收从设备发来的信息。AGP总线是一种专门用于图形处理的高性能总线，它直接与北桥芯片相连，使得图形处理器能够直接访问主内存，从而大大提高了图形处理速度。PCI总线是一种高性能的32位或64位局部总线，可同时支持多个外围设备，且不受制于处理器的限制。PCI总线的数据传输速率可达132Mbps或264Mbps。EISA总线是一种在ISA总线基础上扩充的开放总线标准，它支持多处理器结构，数据传输速率可达33Mbps，可连接的设备数也比ISA总线多。AGP总线PCI总线总线扩展方法探讨串行扩展：串行扩展是指使用串行接口芯片将微机的并行数据转换为串行数据进行传输，从而扩展微机的总线功能。串行扩展具有连接简单、成本低廉等优点，但数据传输速率相对较低。并行扩展：并行扩展是指使用并行接口芯片将微机的并行数据直接传输到外部设备，从而扩展微机的总线功能。并行扩展具有数据传输速率高、实时性好等优点，但连接相对复杂且成本较高。USB扩展：USB（UniversalSerialBus）是一种通用的串行总线标准，它支持即插即用和热插拔功能，可连接多种不同类型的设备。通过USB接口芯片可以将微机的USB接口转换为其他类型的接口，从而实现对外部设备的连接和扩展。IEEE1394扩展：IEEE1394是一种高性能的串行总线标准，也称为FireWire或i.LINK。它支持高速数据传输和实时数据传输，适用于音频、视频等多媒体数据的传输。通过IEEE1394接口芯片可以将微机的IEEE1394接口转换为其他类型的接口，从而实现对外部设备的连接和扩展。总线扩展方法探讨串行扩展：串行扩展是指使用串行接口芯片将微机的并行数据转换为串行数据进行传输，从而扩展微机的总线功能。串行扩展具有连接简单、成本低廉等优点，但数据传输速率相对较低。并行扩展：并行扩展是指使用并行接口芯片将微机的并行数据直接传输到外部设备，从而扩展微机的总线功能。并行扩展具有数据传输速率高、实时性好等优点，但连接相对复杂且成本较高。USB扩展：USB（UniversalSerialBus）是一种通用的串行总线标准，它支持即插即用和热插拔功能，可连接多种不同类型的设备。通过USB接口芯片可以将微机的USB接口转换为其他类型的接口，从而实现对外部设备的连接和扩展。IEEE1394扩展：IEEE1394是一种高性能的串行总线标准，也称为FireWire或i.LINK。它支持高速数据传输和实时数据传输，适用于音频、视频等多媒体数据的传输。通过IEEE1394接口芯片可以将微机的IEEE1394接口转换为其他类型的接口，从而实现对外部设备的连接和扩展。微机系统设计与应用实例分析CATALOGUE08微机系统设计与应用实例分析CATALOGUE08模块化设计原则将复杂的微机系统划分为若干个相对独立的模块，每个模块具有特定的功能，便于设计、开发和维护。可靠性设计原则在微机系统设计中充分考虑可靠性因素，采取冗余设计、故障检测与恢复等措施，提高系统的稳定性和可靠性。层次化设计原则将微机系统按照功能层次进行划分，明确各层次之间的接口和通信协议，降低系统设计的复杂性。优化设计原则在满足系统功能需求的前提下，对微机系统进行性能优化和资源优化，提高系统的运行效率和资源利用率。微机系统设计原则和方法论述模块化设计原则将复杂的微机系统划分为若干个相对独立的模块，每个模块具有特定的功能，便于设计、开发和维护。可靠性设计原则在微机系统设计中充分考虑可靠性因素，采取冗余设计、故障检测与恢复等措施，提高系统的稳定性和可靠性。层次化设计原则将微机系统按照功能层