山东省计算机科学与技术专业微机原理复习要点.doc

微机原理与接口技术（50分）第1章 基础知识一、发展历史：1.计算机的发展历史：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模和超大规模集成电路计算机。2.微型计算机的发展：第一阶段（19711973）以Intel 4004和Intel 4040等4位微处理器为基础；第二阶段（19741977）以Intel 8080/8085、Zilog公司的Z80及Motorola公司的6800等8位微处理器为基础；第三阶段（19781981）以Intel公司的8086、Motorola的68000和Zilog的Z8000等16位和准32位微处理器为基础；第四阶段（20世纪80年代）IBM公司推出开放式的IBM PC，采用Intel 80x86（当时为8086/8088、80286、80386）微处理器和Microsoft公司的MS DOS操作系统并公布了IBM PC的总线设计；第五阶段（20世纪90年代开始）RISC（精简指令集计算机）技术的问世。二、微处理器、微型计算机、微型计算机系统：1.微处理器：由运算器、控制器、寄存器阵列组成。2.微型计算机：以微处理器为基础，配以内存以及输入输出接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。微机的分类：单片机、单板机、个人电脑。3.微型计算机系统：由微型计算机配以相应的外围设备及软件而构成的系统。三、总线：微机系统中的三种总线：片总线（元件级总线）、内总线（系统总线）、外总线（通信总线）。系统总线是CPU、内存、I/O接口之间相互交换信息的公共通路，由数据总线（双向）、地址总线和控制总线组成。四、计算机中的数据表示：1进制转换：R进制的数向十进制转化：按位权展开相加。十进制数转化为R进制数：整数（除R倒取余）、纯小数（乘R取整）。二进制与8、16进制：3位、4位一组对应一位。2有符号数的原码、反码、补码及其真值：3浮点数的表示：阶码、尾数；（）4ASCII码： 美国标准信息交换码，用七位二进制编码来表示一个符号，共有128个符号（27=128）。5BCD码：采用二进制数对每一位十进制数字进行编码的方法来表示一个十进制数，最常用的是8421BCD码，它是用4位有权码。6汉字的编码：也只能采用二进制编码形式，汉字编码标准GB2312-80，包含一、二级汉字6763个，其他符号682个，每个符号都是用14位（两个7位）二进制数进行编码，通常叫做国标码。新的国标汉字库已包括两万多个汉字和字符。第2章 8086的汇编语言一、8086CPU两个独立的功能部件EU与BIU：执行部件（EU），由通用寄存器、运算器和EU控制系统等组成，EU从BIU的指令队列获得指令并执行；总线接口部件（BIU），由段寄存器、指令指针、地址形成逻辑、总线控制逻辑和指令队列等组成，负责从内存中取指令和取操作数。二、寄存器及标志位：14个16位的寄存器。1寄存器：段寄存器CS、DS、ES、SS，通用寄存器AX、BX、CX、DX，堆栈指针SP、基址指针BP、SI.DI.指令指针IP，标志寄存器。2标志位：6个状态标志、3个控制标志。三、寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址方式、基址变址寻址方式、相对基址变址寻址方式。四、8086CPU逻辑地址与物理地址的关系：1.CPU与存储器交换信息，使用20位物理地址；2.程序中所涉及的都是16位逻辑地址；3物理地址 = 段基值 * 16 + 偏移地址；420条地址线 = 1M，（00000H FFFFFH）；5段起始地址必须能被16整除。五、指令系统：数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算与移位指令、字符串处理指令、控制转移指令、处理器控制指令。六、伪指令及运算符：七、汇编语言程序设计：1、完整程序结构：2、DOS功能调用：3、顺序、分支、循环、子程序 结构的程序设计:第3章 8086/8088微处理器一、8086/8088微处理器的引脚：1.双列直插式的封装形式，具有40条引脚，采用分时复用的地址/数据总线；2.8086CPU外部数据总线16位，8088CPU外部数据总线8位；3.复位（RESET）时CPU内寄存器状态：PSW(FR)、IP、DS、SS、ES清零，CS置FFFFH，指令队列变空；4.地址线20位，直接寻址能力1MB；5.部分主要引脚：AD0-7/15、A16-19、MN/MX、IO/M（M/IO）、DT/R、RESET、ALE、DEN、RD、WR、READY、NMI、INTR、INTA、HOLD、HLDA、最大模式下的S0-2 。二、最小模式与最大模式及其系统配置： 1、最小方式：MN/MX接+5V决定了8086工作在最小模式，用于构成小型单处理机系统；支持系统工作的芯片：时钟发生器8284A、总线锁存器8282或74LS373、总线收发器8286或74LS245；控制信号由8086CPU直接提供。2、最大方式：MN/MX接地决定了8086工作在最打大模式，用于构成多处理机和协处理机系统；支持系统工作的芯片：比最小模式时多了8288总线控制器；控制信号由8288直接提供。三、8086/8088微处理器的时序：1、指令周期、总线周期、时钟周期的概念及其相互关系：执行一条指令所需要的时间称为指令周期，一个CPU同外部设备和内存储器之间进行信息交换过程所需要的时间称为总线周期，时钟脉冲的重复周期称为时钟周期。一个指令周期由若干个总线周期组成，一个总线周期又由若干个时钟周期组成。8086CPU的总线周期至少由4个时钟周期组成，记作T1、T2、T3、T4，此外还有等待状态TW、空闲状态TI。2、最小/最大模式下的主要总线周期：存储器读、存储器写、I/O读、I/O写、中断响应、总线保持、系统复位 等等。第4章 存储器及其接口一、半导体存储器分类：1 随机存取存储器，RAM：（1） 静态RAM，SRAM （HM6116，2K * 8）；（2） 动态RAM，DRAM，需要刷新电路 （2164，64K * 1）。2 只读存储器，ROM： （1）掩膜ROM，不能写入； （2） PROM，可编程ROM，一次性写入；（3） EPROM，可擦除可编程ROM （INTEL2732A，4K * 8）；（4） EEPROM，电可擦除可编程ROM。二、半导体存储器的性能指标：1存储容量 2存取速度（存取时间，存储周期） 3可靠性 4性价比三、3级存储结构：CACHE、主存、辅存。四、实现片选控制的三种方法：1全译码 2部分译码（可能会产生地址重叠） 3线选法地址重叠，即多个地址指向同一存储单元。五、存储器芯片同CPU连接时应注意的问题：1CPU总线的负载能力问题；2CPU的时序同存储器芯片的存取速度的配合问题。六、16位微机系统中，内存储器芯片的奇偶分体：11M字节分成两个512K字节 （偶存储体，奇存储体）；2偶存储体同低8位数据总线（D7D0）相连接，奇存储体同高8位数据总线（D15D8）相连接；3CPU的地址总线A19A1同两个存储体中的地址线A18A0相连接，CPU地址总线的最低位A0和BHE（低电平）用来选存储体；4要访问的16位字的低8位字节存放在偶存储体中，称为对准字，访存只需要一个总线周期；要访问的16位字的低8位字节存放在奇存储体中，称为未对准字，访存需要两个总线周期。5 8088CPU数据总线是8位，若进行字操作，则需要两个总线周期，第一个周期访问低位，第二个周期访问高位七、存储器的字位扩展，使用74LS138进行地址译码，画出连接图：CPU为8088或8086。1容量计算及各存储器芯片的地址范围； 2地址线的连接 （片内地址，片外地址）；3数据线的连接； 4控制线的连接 （片选信号CE，写信号WE，输出信号OE等）。第5章 输入输出及其接口 一、I/O接口、I/O端口：1I/O接口：把外围设备同微型计算机连接起来实现数据传送的控制电路称为“外设接口电路”，即I/O接口。2I/O端口：I/O接口中可以由CPU进行读或写的寄存器被称为“端口”。通常有三类：数据端口、状态端口、控制端口。二、外设接口与CPU的信息传送：1外设接口通过微机总线（片总线、内总线、外总线）与CPU连接。2CPU同外设通过外设接口传递的信息： （1）数据信息，包括数字量、模拟量和开关量；（2）状态信息，表示外设当前所处的工作状态； （3）控制信息用于控制外设接口的工作。3数据信息、状态信息、控制信息都是通过数据总线来传送的三、I/O端口的编址方式及其特点：1独立编址（专用的I/O端口编址）：存储器和I/O端口在两个独立的地址空间中。 （1）优点：I/O端口的地址码较短，译码电路简单，存储器同I/O端口的操作指令不同，程序比较清晰；存储器和I/O端口的控制结构相互独立，可以分别设计。 （2）缺点：需要有专用的I/O指令，程序设计的灵活性较差。（3）8086采用这种，专用输入/输出指令为IN和OUT指令。2统一编址（存储器映像编址）：存储器和I/O端口共用统一的地址空间，当一个地址空间分配给I/O端口以后，存储器就不能再占有这一部分的地址空间。（1）优点：不需要专用的I/O指令，任何对存储器数据进行操作的指令都可用于I/O端口的数据操作，程序设计比较灵活；由于I/O端口的地址空间是内存空间的一部分，这样，I/O端口的地址空间可大可小，从而使外设的数量几乎不受限制。（2）缺点：I/O端口占用了内存空间的一部分，影响了系统的内存容量；访问I/O端口也要同访问内存一样，由于内存地址较长，导致执行时间增加。四、微机系统中，数据传送的控制方式：1程序控制方式：以CPU为中心，数据传送的控制来自CPU，通过预先编制好的程序实现数据的传送。其中，程序控制传送方式又分为三种：（1）无条件传送方式，又称“同步传送方式”，用于外设的定时是固定的而且是已知的场合，外设必须在微处理器限定的指令时间内准备就绪，并完成数据的接收或发送。（2）查询传送方式，当CPU同外设工作不同步时，为保证数据传送的正确而提出的，CPU必须先对外设进行状态检测，若外设已“准备好”，才进行数据传送。（3）中断传送方式，解决了“无条件传送方式”和“查询传送方式”只能串行工作的缺点，为了使CPU和外设之间可以并行工作，提出中断传送方式，采用中断方式传送数据时，CPU从启动外设到外设就绪这段时间，仍在执行主程序，当“中断服务程序”执行完毕后，则重新返回主程序。2 DMA方式：直接存储器存取访问，不需要CPU干预，也不需要软件介入的高速传送方式，而是由DMAC来控制，如8237。3I/O通道方式：即I/O处理机方式，如8089。五、DMA方式：1DMA操作的基本方法：（1）周期挪用：DMA乘存储器空闲时访问存储器，周期挪用不减慢CPU的操作；（2）周期扩展：CPU与DMA交替访问存储器，这种方法会使CPU处理速度减慢，一次只能传送一个字节；（3）CPU停机方式：CPU等待DMA的操作，这是最常用的DMA方式，由于CPU处于空闲状态，所以会降低CPU的利用率。2DMAC及其传送方式：（1）在DMA传送方式中，对数据传送过程进行控制的硬件称为DMA控制器，即：DMAC。（2）DMAC的三种传送方式： 单字节传送方式、成组传送方式、请求传送方式。3DMAC的基本功能：（1）能接收外设的DMA请求信号，并能向外设发出DMA响应信号；（2）能向CPU发出总线请求信号，当CPU发出总线响应信号后，能接管对总线的控制权，进入DMA方式；（3）能发出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针；（4）能发出读、写等控制信号，包括存储器访问信号和I/O访问信号；（5）能决定传送的字节数，并能判断DMA传送是否结束；（6）能发出DMA结束信号，释放总线，使CPU恢复正常工作。第6章 中断系统一、8086的中断源：1最多可处理256种中断类型，每个中断都有一个中断类型码（0255），每一个中断类型号都可以与一个中断服务程序相对应。中断服务程序存放在存储区域内，而中断服务程序的入口地址存在内存储器的中断向量表内。，2分为两类：（1）外部中断（硬件中断）：不可屏蔽中断NMI、可屏蔽中断INTR；（2）内部中断（软件中断）：除法错中断。溢出中断、单步中断、INT N指令中断、38086内部中断的特点：（1） 中断类型码或者包含在指令中，或者是预先规定的 （2） 不执行INTA总线周期（3） 除单步中断外，任何内部中断都无法禁止 （4） 除单步中断外，任何内部中断的优先级都比任何外部中断的高二、中断向量表：1 中断向量表是存放中断服务程序入口地址（即：中断向量）的表格2 它存放在存储器的最低端，共1024个字节，每4个字节存放一个中断向量（形成一个单元），一共可存256个中断向量3 每个单元（4字节）高地址的两个字节存放中断向量的段基值，低地址存放偏移量4 每个单元（4字节）的最低地址为向量表地址指针，其值为对应的中断类型码乘4三、中断响应的条件：1设置中断请求触发器，发出中断请求信号2设置中断屏蔽触发器，当此触发器为“1”时，允许外设的中断请求才能被送出至CPU。3CPU处于开中断状态。 4CPU在现行指令结束之后响应中断。四、中断响应的过程1发出中断响应信号。2同时自动关中断，即置中断允许触发器IF为“0”。3保存断点。4保护现场。5输入到中断服务程序逻辑的入口地址。五、8086/8088中断处理过程1将中断类型码乘4，指向中断向量表中的中断处理子程序的入口地址。2保存CPU的状态。3清除IF和TF的状态标志位。4保存原来执行的主程序的中断点。5转中断处理子程序入口地址。6执行中断处理子程序。7返回到被中断了的主程序的断点继续执行。六、可编程中断控制器8259A：18259A的主要功能：（1）每一片8259A可管理8级优先权中断源，通过8259A的级联，最多可管理64级优先权的中断源（2）对任何一级中断源都可单独进行屏蔽，使该级中断请求暂时被挂起，直到取消屏蔽时为止（3）能向CPU提供可编程的标识码，对于8086CPU来说就是中断类型码（4）具有5种中断优先权管理方式：完全嵌套方式、自动循环方式、特殊循环方式、特殊屏蔽方式、查询排序方式28259A的结构：由8个基本组成部分（1）IRR，8位中断请求寄存器，用来存放从外设来的中断请求信号IR0 IR7（2）IMR，8位中断屏蔽寄存器，用来存放CPU送来的屏蔽信号（3）ISR，8位中断服务寄存器，用来记忆正在处理中的中断级别（4）PR，优先级判别器，也称优先级分析器 （5）控制逻辑 （6）数据总线缓冲器 （7）读/写逻辑 （8）级联缓冲器/比较器 其中，IRR、IMR、ISR、PR和控制逻辑五个部分是实现中断优先管理的核心部件38259A的中断结束方式：（1）EOI命令方式：又分为两种，普通EOI命令、特殊EOI命令（2）自动EOI方式：48259A的中断工作顺序 ：（1）当它的一条或多条中断请求线（IR7IR0）变为高电平时，它就使中断请求锁存器IRR相应的位置1。（2）8259A分析这些请求，它就向CPU发出高电平有效信号INT，请求中断服务。（3）当前一条指令执行完毕，且IF=1时，CPU响应中断请求，进入中断响应总线周期。（4）8259A接到来自CPU的第一个脉冲，把允许中断的最高优先级请求位，置入服务寄存器ISR，并把IRR中对应的位清零。（5）CPU在第二个总线周期，再次发出一个脉冲，8259A接到第二个脉冲，送出中断类型码，CPU读取该类型码。第二个中断响应周期，总线封锁撤销。58259A的中断级联方式：（1）缓冲方式：8259A通过总线驱动器和数据总线相连，这就是缓冲方式。（2）非缓冲方式：当系统中只有单片8259A时，一般将它直接与数据总线相连。68259A的命令字：初始化命令字ICW14、操作命令字OCW13、第7章 可编程接口芯片一、简单I/O接口芯片和可编程I/O接口芯片的异同处：1 相同点：都可实现CPU与外设间的数据传送，都具有暂存信息的数据缓冲器或锁存器。2 不同点：（1）简单接口芯片功能单一；（2） 可编程接口芯片具有多种工作方式，可用程序来改变其基本功能。二、简单I/O接口芯片： 74LS373锁存器、74LS244缓冲器、74LS245数据收发器。三、可编程并行接口芯片8255A：1 结构： 三个8位端口，即PA口、PB口、PC口，端口地址A1A02工作方式： （1） 方式0-基本输入/输出，输出锁存，（2） 方式1-单向选通输入/输出，输入输出均锁存，仅限于A、B口，C口用来提供相关联络信号 （3）方式2-双向选通输入/输出，输入输出均锁存，仅限于A口使用，C口提供联络信号。其中，联络信号的作用：（1）STB（低电平）：输入选通信号 （2）IBF：输入缓冲器满信号 （3）OBF（低电平）：输出缓冲器满信号（4）ACK（低电平）：输出时响应信号 （5）INTR：中断请求信号 （6）INTE：中断允许信号（7）INTE1：方式2，由PC6置/复位 （8）INTE2：方式2，由PC4置/复位3初始化的两种控制命令字： 方式选择控制字（D7=1）、C口按位置/复位控制字（D7=0）。48255的应用：连接图、初始化编程及数据传送编程。5并行接口的点阵式打印机遵从CONTRONICS并行标准，为36芯连接口，其中的部分主要信号有：（1）STB（低电平）：数据选通信号，由主机送往打印机（2）ACK（低电平）：响应信号，向主机发出的回答信号（3）BUSY：忙信号，由打印机送主机；其中，造成“忙”的原因有：（1） 打印数据缓冲器已满、（2） 正在打印、（3） 打印机处于脱机状态、（4） 打印机有故障四、可编程定时器/计数器8253-5：端口地址A1A018253-5具有三个独立的16位减法计数器，三个计数器中每一个都有三条信号线： （1） CLK-计数输入，用于输入定时基准脉冲或计数脉冲 （2） OUT-输出信号，以相应的电平指示计数的完成，或输出脉冲波形（3） GATE-选通输入，用于启动或禁止计数器的操作2每个计数器都有三个寄存器：（1） 控制寄存器 （2） 计数初值寄存器 （3）减1计数寄存器38253-5的初始化编程： （1）写入方式控制字 （2）写入计数初始值 注意：此2项对应不同的端口地址48253-5的工作方式：8253-5的工作方式计数器启动方式输出波形（N为计数初值）方式0计数结束中断方式 软件启动OUT在计数为0时，由L H方式1硬件可重触发单稳态方式 硬件启动N * TCLK的负脉冲方式2速率发生器 软/硬件启动N * TCLK的重复负脉冲方式3方波方式 软/硬件启动重复的方波方式4软件触发选通方式 软件启动一个TCLK的负脉冲方式5硬件触发选通方式 硬件启动一个TCLK的负脉冲五、串行接口：1在计算机领域中，有两种数据通信方式：串行传输、并行传输，二者的区别为：（1）距离：并行近距离，串行远距离 （2）速度：并行速度快于串行（3）费用：串行费用低于并行2串行通信有两种基本通信方法：（1）异步通信（ASYNC），CPU与外设之间有两项约定：字符格式、波特率字符格式：1位起始位，低电平；5 8位数据位；1位奇偶校验位；1-2位终止位，高电平波特率，单位时间内传送二进制数据的位数，以位/秒位单位；波特率因子K（2）同步通信（SYNC）：加12个同步字符3串行通信的传送方向： （1）单工 （2）半双工 （3）全双工4调制解调器（MODEM）的三种调制方式：调幅、调频（最常用）、 调相5通用异步收发器UARTUART的三种出错标志：偶错误 PE、帧错误 TE、溢出错误 OE6RS-232C： 是应用于串行二进制交换的数据通信设备DCE和数据终端设备DTE之间的标准接口。其电气规范规定了： “0”：3V +15V “1”：- 3V -15V所以需要RS-232收发器，例如1488发、1489收，负责与TTL电平之间的电平转换7可编程串行通信接口8251A： （1）初始化：（a）方式指令字：用来定义8251A的一般工作特性，必须紧接在复位后由CPU写入（b）命令指令字：用来指定芯片的实际操作，只有在已经写入了方式指令字后，才能由CPU写入命令指令字。此二者都是由CPU作为控制字写入的，写入时所用的口地址是相同的，复位后写入方式指令字，复位前写入的控制字都是命令指令字。（2）8251A在工作中必须要CPU对它进行干预，CPU要做三种干预：初始化、改变它的工作状态、及时读写数据六、模拟接口：1过程：非电信号 传感器 电信号 放大器 0-5V模拟量 ADC 数字量其中，传感器负责把非电量的模拟量转换成电压或电流信号2模拟量转化为数字量的过程：（1）采样保持 （2）量化 （3）编码3D/A，数/模转换器的性能指标：分辨率、精度、建立时间4A/D，模/数转换器的性能指标：分辨率、精度、转换时间5典型芯片：数/模转换器芯片DAC0832、模/数转换器芯片ADC0809（8位芯片）第8章 总线1总线：公共通道2微型机系统中的三类总线：片总线（元件级；AB/DB/CB）、内总线（板级）、外总线（通信总线）3总线标准：（1）、规定内容：机械结构规范、功能规范、电气规范（2）、标准举例：内总线标准：PC、PC/XT、ISA、EISA、PCI、外总线标准：RS-232C、USB、IEEE-488、（3）、制定部门：制造商、IEEE（美国电气与电子工程师协会）、IEC（国际电工委员会）、ITW（国际电信联盟）、ANSI（美国国家标准局）、4总线负载能力：即总线驱动能力，指当总线接上负载后必须不影响总线输入/输出的逻辑电平5总线仲裁：按优先级次序，合理分配资源，决定总线归哪个设备控制，应用于多处理机环境6三种总线分配的优先级技术：串联优先级判别法、并联优先级判别法、循环优先级判别法7PC总线：最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT 电脑采用的系统总线，它基于8bit的8088 处理器，被称为PC总线或者PC/XT总线。8ISA总线：在8位PC机总线基础上扩展而成的16位总线。ISA总线(Industry Standard Architecture:工业标准体系结构）是IBM公司为PC/AT电脑而制定的总线标准，为16位体系结构