微机原理与接口技术

部l机原理与接口技决课程设计总结班级：2011级通信工程3班学号： 20114173055姓名： 李莹完成日期：2014-1-3第一章微型计算机概述微型计算机采用冯诺依曼结构，由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。微处理器包含了运算器和控制器，一般是微型计算机的核心。内存储器又叫内存或主存，是微型计算机的存储和记忆部件。输入输出设备是指微型计算机上配备的I\O设备。总线包括数据总线，地址总线，控制总线。微型计算机系统包括硬件系统和软件系统，硬件系统既是微型计算机，软件系统包括系统软件和应用软件。操作系统是系统软件的核心，主要功能是对系统的软硬件资源进行合理的管理，再者操作系统中的语言处理程序有三种，机器语言，汇编语言，高级语言。应用软件是用户利用计算机提空的系统软件，为解决实际问题而研制的程序。其中微型计算机的主要的性能指标是指基本字长，主存容量，运算速度，系统配置，性能价格比。二进制数缝2进1，后缀上八进制数逢8进1，后缀Q，十进制数逢10进1,后缀D，十六进制逢16进1,后缀H。对于数的表示，有符号的情况下，正数用0表示，负数用1表示，其余位为数值位。机器数可以用不同的码制来表示，常用的有原码，反码和补码。对于二级制数，正数的原码就是本身；负数的原码符号位为1，数值位为其绝对值；正数的反码就是它本身，负数的反码符号位为1，数值位为其绝对值按位求反。第二章微处理器微处理器是采用大规模或超大规模集成电路技术做成的半导体芯片。其中8086是Intel系列的第三代微处理器。是功能很强的16位处理器，地址总线宽度是20位，可循地址为1MB。8086微处理器的内部功能由两个的工作部件构成，分为执行部件（EU），总线接口部件（BIL）。EU负责执行指令。BIU负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。地址加法器把段寄存器提供的16位信息，称作段基址，左移4位，加上EU或者IP提供的16为信息，称作偏移地址，形成20位的物理地址，计算公式为物理地址（20位）二段基址（16位）*16+偏移地址（16位）。8086寄存器结构，内部设有三组信息寄存器和一个标志寄存器，分为1.通用数据寄存器，总共8个，AX,BX,CX和DX,而且都可以拆成两个独立的8位寄存器使用。2.地址指针和变址寄存器，总共4个，其中地址指针寄存器SP,BP和变址寄存器SI,DI。3.段寄存器，总共4个，代码段寄存器CS,数据段寄存器DS,堆栈段寄存器SS,附加段寄存器ES。4.指令指针寄存器和标志寄存器。8086工作模式分为两种，为最小模式和最大模式。时钟周期是CPU的基本事件计量单位，所有操作都以这个时钟周期为基准，他是计算机系统工作速度的和总要标志，时钟周期是由计算机的主频决定。总线周期是CPU通过系统总线对外部存贮器或I/O端口进行一次访问所需的时间。指令周期是执行一条指令所需要的时间。第三章寻址方式与指令系统指令格式［标号：］＜操作数＞［操作数］,［操作数］;［注释］。寻址方式，就是操作数地址的形成方式，形成操作数地址的过程称为寻址方式。8086寻址方式分为8种。1.立即数寻址2.寄存器寻址3.直接寻址4.寄存器间接寻址，操作数物理地址（DS）*16+（SI/DI/BX）或者（SS）*16+（BP）5.寄存器相对寻址操作数物理地址（DS）*16+（SI/DI/BX）+8或者（SS）*16+（BP）+86.基址变址寻址（DS）*16+（BX）+（SI/DI）或者（SS）*16+（BP）+（SI/DI）7.基址变址相对寻址（DS）*16+（BX）+（SI/DI）+8或者（SS）*16+（BP）+（SI/DI）+88.寄存器比例寻址。8086指令系统按功能分为四种，分别为数据传送指令，算术运算指令，逻辑运算和移位指令，串操作指令，控制操作指令，处置控制指令。1.数据传送指令分为通用数据传送MOV，标志传送指令LAHF，地址传送指令LEA，输入输出指令IN2.算术运算指令分为加法指令ADD，减法指令SUB，乘法指令MUL，除法指令MUL，BCD调整AAA3.逻辑运算和移位指令ANDSAL4.串操作指令分为基本串操作MOVS，重复前缀指令REP5.控制操作指令分为无条件转移JMP，过程调用及返回指令CALL，条件转移指令JXX，循环控制指令LOOP，中断指令INTO6.处置控制指令CLC。第四章汇编语言程序设计汇编语言由若干个段构成。按各个段的不同，分别称为堆栈段，代码段，数据段，附加段。每段必须有且仅有一个名字，一SEGMENT定义段的起始，以ENDS定义段的结束，整个程序结束后需以END收尾。汇编语言有三种基本类型：指令语句，伪指令语句和宏指令语句。指令语句是可执行的语句，在汇编中要产生对应的目标代码。伪指令语句是不可执行的语句，在汇编中不产生目标代码。宏指令语句是以一个宏名定义的一段指令序列。语句格式有两种，指令语句格式：［标号：］＜指令助记符＞［操作数］［；注释］，伪指令语句：［符号名：］＜伪指令助记符＞［操作数］［；注释］。汇编语言的数据和表达式，操作数书汇编语言的一个重要组成部分，他可以是寄存器，存储器单元，也可以是数据表达式。汇编语言能识别的的数据有常量，变量和标号。常量是指程序运行过程中不变的量，没有任何属性，分为数值常量，字符串常量和符号常量。变量是代表存放在某些存储单元的程序运行期间随时可以修改的数据。他常常以变量名的形式出现在程序中，可以认为是存放数据存储单元的符号地址。变量可以用数据定义伪指令DW,DB,DD等定义，程序只出现变量名。表达式是由常量，变量和标号通过某些运算符连接而成。表达式有数值表达式和地址表达式两种。运算符主要包括算术运算符，逻辑运算符，关系运算符，数值返回运算符，修改属性运算符。程序设计就是把预定的任务用程序表达出来的全过程。步骤分为分析问题，建立数学模型，确定算法，绘制流程图，分配内存空间，编制程序与静态检查，上机调试，试运行和分析结果，整理资料投入运行。基本结构程序分为三种顺序结构，分支结构，循环结构。在许多应用程序中，常常需要多次使用某功能的之灵系列。为了减少重复编写程序，节省内存空间，常把某功能的指令系列组成一个相对独立的程序段，称为子程序。第五章输入输出接口接口就是微处理器与外部设备连接的部件，是CPU与外部设备进行信息交换的中装站。接口技术就是采用硬件和软件相结合的方法，使微处理器与外部设备进行最佳的匹配，实现CPU与外部设备之间高效，可靠地信息交换的一门技术。CPU与外设之间可以通过接口传递三种信息：数据信息，状态信息及控制信息。习惯上把分别传送这三种信息的端口称为数据口，状态口，控制口。接口的基本功能有数据缓冲功能，端口选择功能，信号转换功能，接受和执行CPU命令的功能，中断管理功能，可编程功能。一个简单的I/O接口是由通常若干个端口，地址译码电路，数据缓冲、锁存器三部分。端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器的地址。外设地址，是该设备接口各端口的地址，一台外设可以拥有几个通常是相邻的端口地址。内存和端口的编址方式，一种是端口地址和存储器地址统一编址，也成存储器映射方式；另一种是I/O端口地址和存储器地址分开独立编址，也称I/O映射方式。端口地址译码是接口的基本功能之一。常见的译码方法有门电路译码，译码器译码，比较器译码。CPU与外设之间的数据传送方式有三种方式：程序控制方式，中断传送方式和直接存储器存取方式。程序控制方式是指CPU与外设间的数据传送是在程序的控制下完成的一种数据传送方式。又分为无条件传送和查询传送方式。中断传送是一种效率更高，且具实时性的数据传送方式。第六章存储器半导体存储器通常按照制作工艺和存取方式进行分类。按制造工艺分为双极型和金属氧化物半导体型。按存取方式分为随机存取存储器和只读存储器。半导体存储器的主要性能指标，存储容量，存取进度，功耗，可靠性，性能/价格比。随机存取存储器（RAM）是指在工作时可以随时读出和写入信息的存储器主要用来存放当前运行的程序，各种输入输出数据，中间运算结果及堆栈等。按照芯片内部基本存储电路结构的不同，分为静态RAM和动态RAM两类。只读存储器（ROM）是指在机器运行期间，只能读写事先写入的信息，而不能将信息写入其中的存储器主要用来保存固定的程序和数据，ROM比RAM的集成度高且成本低。半导体存储器通过总线与CPU连接，CPU与存储器之间要交换地址信息，数据信息和控制信息。在微型计算机中，CPU对存储器进行读写操作是，首先通过地址总线给出地址编码信息，然后发车相信的读写控制信号，最后才能在数据总线上进行数据交换。存储器与CPU的接口主要由三个部分组成：地址线的连接，数据线的连接和控制线的连接。存储器与地址总线的连接，本质上就是在地址分配的基础上实现地址译码，保证CPU能对存储器中所有单元正确寻址。存储器地址线连接的重点是片选控制信号译码。常用的片选控制信号的译码方法有全译码法，部分译码法和选线法等。第七章中断系统中断，在CPU正常运行程序时，由于内部事件，外部事件或由程序预先安排的事件所引起的CPU暂时停止正在运行的程序，而去执行请求CPU服务的内部，外部事件或预先安排事件的服务程序，袋服务程序处理完毕后又返回去继续执行被暂停的程序。中断源是发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因。终端系统是指实现中断功能的软硬件的统称。中断处理过程分为中断请求，中断判优，中断响应，中断处理，中断返回。8086中断类型，外部中断，内部中断。中断向量表是中断服务程序的入口地址。它包括中断服务程序的段基址CS和偏移地址IP（共占4个字节地址）。每一个中断服务程序都有一个确定的入口地址，把系统中所有的中断向量集中起来放到存储器的某一区域内，这个存放中断向量的存储区叫中断向量表或中断程序入口地址表。8086CPU对各种中断的响应过程是不同的。8259A的内部结构有中断请求寄存器，中断服务寄存器，中断屏蔽寄存器，优先权分析器，读写逻辑，数据总线缓冲器，控制逻辑，级联缓冲器/比较器。工作方式有中断屏蔽方式，中断嵌套方式，优先级控制方式，中断结束方式。PC-DOS中有两层内部子程序可供用户调用：BIOS层子程序和DOS层子程序。第八章计数器/定时器与DMA控制器定时的本质就是计数，只不过这里的“数”的单位是时间单位。微机系统常常需要为处理器和外设提供时间标记，或对外部事件进行计数。微机系统中的定时，可分为内部定时和外部定时两类。内部定时是计算机本身运行的时间基准或时序关系，计算机每个操作都是按照严格的时间节拍执行的，是固定的时序关系，无法更改。外部定时是外部设备实现某种功能时，本身所需要的一种时序关系，往往需要用户根据I/O设备的要求进行安排。应以计算机的时序关系为依据，来设计外部定时机构，以满足计算机的时序要求，这叫做时序配合。外部定时，为获得所需要的定时，要求有准确而稳定的时间基准，产生这种时间基准通常采用两种方法一一软件定时和硬件定时。软件定时是利用CPU内部设定机构，运用软件编程，循环执行一段程序而产生的等待延时。硬件定时是采用可编程通用的定时/计数器或单稳延时电路产生定时或延时。可编程计数器/定时器8253内部含有3个16位计数器，可以按照二进制计数或十进制计数（BCD计数）。每个计数器都有6种工作方式分别为方式0低电平输出（GATE信号上升沿继续计数），方式1（GATE信号上升沿重新计数），方式2周期性负脉冲输出，方式3周期性方波输出，方式4单次负脉冲输出（软件触发），方式5单次负脉冲输出（硬件触发）。DMA方式可以实现外部设备与存储器之间的数据高速传输。采用DMA传送方式是让存储器与外设之间直接交换数据。DMA数据交换的根本是需要获得系统的总线控制权，DMAC可以通过三种方式获得总线控制权，周期挪用，周期扩展，CPU停机。DMA传送模式，胆子界传送模式，数据块传送模式，请求传送模式。第九章并行接口与串行接口计算机通信有两种有两种基本方式：并行通信和串行通信。如果数据的所有位被同时传送出来，称为并行通信；如果数据被逐位顺序传送，称为串行通信。计算机与外设的接口按照通信方式的不同，分为并行接口和串行接口。并行接口的特点：1.并行接口是在多根数据线