微机原理与接口技术串讲

微机原理与接口技术串讲微机原理与接口技术串讲微机原理与接口技术串讲微机原理课程内容微型计算机原理（1、2章）微机组成和基本原理，运算基础，CPU内部结构软件应用（3、4章）CPU指令系统、伪指令汇编语言编程和调试硬件应用（6、7、8、9、10、11章）中断技术接口技术（侧重应用，学会常用接口芯片）2人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。微机原理与接口技术串讲微机原理与接口技术串讲微机原理与接口技微机原理课程内容微型计算机原理（1、2章）微机组成和基本原理，运算基础，CPU内部结构软件应用（3、4章）CPU指令系统、伪指令汇编语言编程和调试硬件应用（6、7、8、9、10、11章）中断技术接口技术（侧重应用，学会常用接口芯片）2微机原理课程内容微型计算机原理（1、2章）2微机原理课程内容主要的接口芯片可编程中断控制器8259A第七章可编程计数/定时器8253第八章可编程并行接口8255A第九章

A/D模数、D/A数模转换芯片第十一章3微机原理课程内容主要的接口芯片3第一章基本要求1、微型计算机运算基础掌握不同计数制数与其相互转换，掌握计算机中数值数据的原码、反码、补码的表示方法，了解信息编码方法和计算机中数的运算方法2.微型计算机的组成和基本工作原理掌握计算机系统各组成部分的构成和作用、指令（程序）的执行过程及IP的作用4第一章基本要求1、微型计算机运算基础4不同数制十进制（后缀D或者省略）例如231.1123二进制（后缀B） 例如1101.101B八进制（后缀Q或者O） 例如625.77Q十六进制（后缀H） 例如37CF.56HBCD码（二进制编码十进制）压缩型/非压缩型十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F5不同数制十进制（后缀D或者省略）例如231.1123十进制二相互转换其它数制－>十进制按权展开：数值＝各位数字与对应权值的乘积之和XnXn-1…X1X0X-1…X-m

＝

Xi×Pi

（P为数制基数）1101.011B＝13.375

，6C2.A1H

＝1730.6289

十进制－>其它数制分整数和小数两部分计算整数（除基取余）商为0，余数从低往高小数（乘基取整）乘积小数部分为0，整数从高往低6相互转换其它数制－>十进制6相互转换举例97.68751100001.1011B7相互转换举例7相互转换八进制/十六进制<－>二进制每位八/十六进制数用3/4位二进制数表示EFB.3DAH＝1110

1111

1011.0011

1101

1010B

小数点分别向左向右划分，3/4位一组0001

1010

0101

1111.1000

0101

1100B＝1A5F.85CH

十进制<－>BCD码（压缩型/非压缩型）23=00100011BCD

23=00000BCD二进制<－>BCD码二进制－>十进制－>BCD码二进制<－十进制<－BCD码8相互转换八进制/十六进制<－>二进制8二进制数运算规则二进制数运算规则算术运算加法、减法、乘法、除法逻辑运算或、与、非、异或9二进制数运算规则二进制数运算规则9数据表示方法——数值数据原码1个二进制位表示符号，数值保持原有形式正数：0；负数：1反码正数与原码相同，负数符号位不变，数值位按位求反补码（简化硬件，有无符号数，加减法）正数与原码相同，负数为反码加1公式真值<->补码[X]补=10000010B，求X（－126）计算机内以补码方式对数据进行存储和运算溢出问题：超出数的存储范围8位补码[-128,+127]16位补码[-32768,+32767]判断溢出：直接看十进制运算结果10数据表示方法——数值数据原码10数据表示方法——字符数据字符数据表示方法

英文：ASCII码数字0～9（30H~）英文字母A~Z（41H~）

a~z（61H~）回车（0DH），换行（0AH）中文：GB2312-80国标码11数据表示方法——字符数据字符数据表示方法11微机系统组成12微机系统组成12微机组成微处理器（CPU）运算器：算术逻辑运算控制器：取指、译码，控制信号寄存器存储器（M）存储数据和程序存储单元，地址输入/输出接口（IO接口）用于CPU（或存储器）与外设之间的信息交换系统总线：传递信息的公共通路地址总线，数据总线和控制总线 13微机组成微处理器（CPU）13微机基本工作原理工作流程取指（IP＝IP＋1）、译码和执行14微机基本工作原理工作流程14第二章基本要求8086微处理器内部结构与微机系统的组成掌握存贮器分段的概念与段寄存器及地址指针寄存器的隐含搭配关系、逻辑地址与物理地址的关系掌握奇偶存贮体的概念及数据在存贮体中存放形式和存取过程（对准字）、堆栈的使用特点掌握最小系统的组成，了解地址锁存器的作用和地址数据总线分时复用的概念，掌握8086CPU最小模式下的读/写时序。15第二章基本要求8086微处理器内部结构与微机系统的组成158086CPU组成指令执行部件EU和总线接口单元BIU

实现并行操作BIU取指令、读操作数、送结果（外部操作M/IO）指令队列（6字节）出现2个空字节时，自动取指8086指令代码长度？EU从指令队列中取指令译码执行（不必访问M或IO）节省取指和读指时间168086CPU组成16存储器分段存储器分段使用：存储内容不同代码段：用于存储程序的二进制代码数据段：用于存储数据，如变量附加段：也用于存储数据堆栈段：用于存储临时数据或变量，先进后出存储单元地址物理地址：实际地址20位地址总线，例如12340H8086寻址空间：1MB逻辑地址段基址：段偏移量（16位段地址：16位偏移地址）17存储器分段存储器分段使用：存储内容不同17物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址对应关系物理地址＝段基址×10H（16）＋偏移地址1234H：5H1个物理地址可以用多个逻辑地址来表示一个逻辑段的最大范围？（偏移地址范围？）64KB隐含搭配关系代码段:CS和IP

数据段:DS和SI,DI,BX

附加段:ES和DI

堆栈段:SS和SP,BP18物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址对应关系18奇偶存储体对准字和非对准字19奇偶存储体对准字和非对准字19堆栈的使用先进后出，初始SP=100H，堆栈容量？入栈SP=SP-2，R/M->[SS:SP]出栈[SS:SP]->R/M，SP=SP+220堆栈的使用先进后出，初始SP=100H，堆栈容量？208086CPU双列直插40个管脚最大/最小模式分时复用（21个信号）AD0－AD15先输出地址，后传送数据

A19-16/S6-3先输出地址，后输出状态BHE/S78086GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGND最小模式（最大模式）VCC(5v)AD15AD16/S3AD17/S4AD18/S5AD19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)M/IO(S2)DT/R(S1)DEN(S0)ALE(QS0)INTA(QS1)TESTREADYRESET12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221218086CPU双列直插40个管脚GND最小模式（最大模最小模式系统配置1片8284A，作为时钟发生器3片8282或8283，作为地址锁存器2片8286或8287，作为双向数据总线收发器22最小模式系统配置1片8284A，作为时钟发生器22MN/MX引脚接+5V，决定了8086工作在最小模式;8086CPU的内部和外部时间基准信号由时钟输入信号CLK提供，CLK信号由外部时钟发生器8284产生;由于8086引脚限制，地址和数据分时复用一组总线。当CPU与存储器或者IO端口进行数据交换时，CPU首先发出地址总线，然后再发出控制信号并传输数据。因此需要对地址进行锁存，使在读/写周期内地址稳定。8086CPU属于超大规模集成电路，驱动数据的负载能力有限，当挂在数据总线上的部件增加时，利用8286/8287小规模集成电路来增加驱动能力。从上图可以看到8086CPU最小模式系统产生了20根地址总线、16根数据总线以与控制总线。在下图中看看这些总线是如何与存储器、I/O接口芯片相连的：23MN/MX引脚接+5V，决定了8086工作在最小模式;238086最小模式系统配置248086最小模式系统配置24最小模式读写时序总线周期CPU通过数据总线对存储器或IO端口进行一次读或者写操作所需要的时间由几个时钟周期组成（标准的4个时钟周期，可插入等待周期Tw）M/IO读/写周期指令周期读取、译码和执行一条指令所需要的时间由几个总线周期组成时序不同操作下CPU引脚信号随时间变化情况时序图25最小模式读写时序总线周期25存储器读总线周期CLK一个总线周期T1T2T3T4A19-16，BHES7-3A19-16/S6-3BHE/S7AD15~AD0地址输出数据输入ALEM/IORDREADYDT/RDEN26存储器读总线周期CLK一个总线周期T1T2T3T4A19-11、一个最基本的读总线周期包括4个T状态，在存储器和外设速度较慢时，在T3后面可以插入1个或几个等待状态TwT1的时候：2、（看图）M/IO信号在T1状态有效，当从存储器读取时，M/IO为高电平，有效电平一直保持到总线周期结束的T4状态。3、20位地址信号通过多路复用总线输出，高4位从A19/S6-A16/S3地址/状态线送出，低16位从AD15－AD0地址/数据线送出。BHE是奇地址存储体的选通信号，BHE有效表示高8位数据线上的数据有效（偶存储体的选通信号为A0）。4、（看图）ALE引脚输出一个正脉冲作为地址锁存信号，ALE的下降沿作为锁存器8282的选通信号，使地址锁存。5、（看图）DT/R输出低电平，表示数据从存储器中通过8286读入CPU。T2的时候：6、地址信号消失，A19/S6-A16/S3地址/状态线引脚上输出状态信心，指出当时正在使用的段寄存器与中断允许情况。低16位地址线进入高阻状态，等待读取数据（必须为高阻状态，若为高电平，从存储器中读入低电平，会出现问题）。这时BHE/S7输出状态信息S7，S7未定义实际意义。271、一个最基本的读总线周期包括4个T状态，在存储器和外设速度7、（看图）地址信号锁存后，RD信号有效，使得能从存储器中读出数据。8、（看图）数据要读入CPU，还需要DEN信号有效，作为8286的选通信号，是数据能通过8286传送。T3的时候9、T3状态一开始，CPU检查READY信号，如果为低电平，表示存储器速度较慢，数据没有准备好，需要在T3和T4状态中插入Tw状态。CPU在每个Tw状态检查READY信号，若检测到高电平，则进入T4状态，否则继续插入Tw状态，在Tw期间，控制信号与状态信号都保持进Tw之前的状态。10、READY信号为高电平，CPU读取输入的数据，数据传输完毕后进入高阻态。T4的时候11、读取数据后，数据从数据总线上撤除，各个控制信号和状态信号线进入无效状态，DEN、RD信号撤销。一个读总线周期结束。287、（看图）地址信号锁存后，RD信号有效，使得能从存储器中读总线周期插入等待时钟29总线周期插入等待时钟29I/O读总线周期（与M读不同）30I/O读总线周期（与M读不同）30存储器写总线周期（与M读不同）31存储器写总线周期（与M读不同）31IO写总线周期（与IO读不同）32IO写总线周期（与IO读不同）32第三章基本要求8086微处理器的指令系统了解指令代码的构成，熟悉各种寻址方式掌握常用指令（数据传送指令，常用算术运算指令，逻辑运算和移位指令，控制转移类指令）;指令对标志位的影响33第三章基本要求8086微处理器的指令系统33寻址方式指令操作码＋操作数操作数的存放寄存器，存储器或I/O端口地址，立即数（一个8位或者16位的常数）寻址方式寄存器：寄存器寻址方式（速度最快）立即数：立即寻址方式（指令队列）存储器：直接寻址方式、寄存器间接寻址方式、寄存器相对寻址方式、基址加变址寻址方式、相对基址加变址寻址方式其它IO端口寻址（IN/OUT），隐含寻址（AAA）34寻址方式指令34M寻址方式直接寻址方式MOVBX,[100H]MOVAL,X（符号地址）物理地址（缺省搭配DS）段超越前缀寄存器间接寻址方式EA＝（BX，BP，SI，DI）DS:BX,SI,DISS:BP寄存器相对寻址方式MOVBX,4000H[SI]

基址加变址寻址方式BXBPSIDI相对基址加变址寻址方式MOVAX,200H[BX][SI]

35M寻址方式直接寻址方式35指令系统指令书写格式[地址标号：]助记符操作数[；注释]

指令系统数据传送指令算术运算指令逻辑运算和移位指令字符串处理指令控制转移指令36指令系统指令书写格式36数据传送指令MOV允许数据传送的途径PUSH/POPXCHGXLATIN/OUTLEA37数据传送指令MOV37算术运算指令减法SUBSBBDECNEGCMPDASAAS加法ADDADCINCDAAAAA38算术运算指令减法加法38逻辑运算和移位指令逻辑运算指令NOT，AND（保留某几位，ASCII码->数字）TEST（判正负和奇偶），XOR算术逻辑移位指令SHL/SAL：乘2（40H，－64，左移2次则溢出）SHR：逻辑右移，无符号数除2SAR：算术右移（保留符号位），有符号数除2CL循环移位ROL/RORRCL/RCRCL39逻辑运算和移位指令逻辑运算指令39串操作指令源串：DSSI目的串：ESDIDF：控制处理方向（CLD增加；STD减小）SI、DI自动修改与重复指令REP配合使用40串操作指令源串：DSSI目的串：ESDI40控制转移指令无条件转移指令JMP类型段内转移：偏移地址IP短转移（2字节指令），近转移（3字节指令）段间转移：CS、IP直接转移：直接给出目的地址间接转移：目的地址在R或M中组合（4种）过程调用和返回指令CALLRET返回地址入栈出栈IP/CSIP1234H:90NEXT:……1234H:100JMPSHORTNEXTCALLDWORDPTR[BX]返回地址入栈？子程序入口地址？

41控制转移指令无条件转移指令JMP1234H:90NE控制转移指令条件转移指令直接标志转移指令间接标志转移（CMP后）条件循环控制指令段内短转移，跳转距离-128－+127

A—Above,B—Below,E—Equal,G—Greaterthan,N—not，L－Lessthan42控制转移指令条件转移指令

42控制转移指令举例内存中[X]＝0DH，[X＋1]＝FFHMOVAL，X；CMPAL，X+1;JBNEXT；JLNEXT？XCHGAL，X＋1；MOVX，ALNEXT：……

43控制转移指令举例43判断MOVCS，AXMOV[BX]，BXMOVDS，12HMOV[BX]，‘A’MOVAX,[BX][BP]ADD[BX],[SI]ADDAL,BXADD100，AXSHLAX,4INAL,0FFFFH44判断MOVCS，AX44标志位影响45标志位影响45标志位影响算术运算指令5EH+3CH01011110B+00111100B=10011010B（154）ZF=0,AF=1,CF=0,SF=1,PF=1,OF=1

逻辑运算指令单操作数－>不影响双操作数－>CF和OF清0，ZF、SF、PF反映操作结果算术逻辑移位/循环移位指令CF,OF46标志位影响算术运算指令46第四章基本要求8086汇编语言程序设计掌握汇编语言程序的编写、汇编、连接与运行过程掌握常用指令、伪指令使用方法DOS功能调用方法掌握不同结构程序的设计方法了解常用汇编语言应用例子：数据块的显示、排序、传送、比较、查询。47第四章基本要求8086汇编语言程序设计47汇编语言程序的执行汇编程序：指令＋伪指令MASM：8086系统常用的汇编程序编译：检查语法错误，生成二进制目标文件链接：把一个或多个目标文件、库文件合成一个可执行文件程序错误编译错误—>MASM运行错误—>调试工具Debug汇编语言源程序编译目标文件*.OBJ链接可执行文件*.exeMASM.EXELINK.EXE48汇编语言程序的执行汇编程序：指令＋伪指令汇编语言源程序编译目常用伪指令MASM表达式TYPE,LENGTH,SEG,OFFSET,SIZE数据定义DB,DW,DDDUPDW：取偏移地址DD：取偏移地址和段地址表达式赋值符号名

EQU

值段定义段名SEGMENT

定位类型组合类型‘分类名’ 逻辑段内容段名ENDS49常用伪指令MASM表达式49常用伪指令段分配语句ASSUMECS:段名,DS:段名,SS:段名,ES:段名4种逻辑段中代码段必须定义CS：代码段的段基址自动装入CS寄存器中程序开始和结束语句ORGENDDATASEGMENT ORG100HX1DWX1，’AB’，1234H，$+2X2DBLENGTHX1DATAENDS

50常用伪指令段分配语句DATASEGMENT50常用DOS子程序1号功能键入1个字符并显示，字符的ASCII码存入AL中,等待输入

2号功能在屏幕上显示1个字符，ASCII码送入DL寄存器6号功能DL=0FFH，键盘输入；不=，则屏幕输出JZ无按键按下（ZF=1）8号功能类似1号调用，键入的字符不显示在屏幕上9号功能显示字符串，DS:DX（字符串首地址），’$’字符结束4C号功能：返回DOS51常用DOS子程序1号功能51典型应用典型应用字符串移动、比较以与查找判断正副、奇偶及大小字符的输入与显示（不同数制及字符）举例查找一个字符串中是否含有键入的值（1个字节），找到则显示‘FOUND’，否则显示‘NOTFOUND’；键入的值为奇数按照十六进制，偶数按照二进制显示INT21H8号功能，串操作（SCASB），CMP，INT21H9号功能，TEST，AND，SHR，INT21H2号功能，ROL，AND，INT21H2号功能52典型应用典型应用52动态调试工具软件DebugDEBUGDOS提供的一个外部命令用于对程序进行动态调试主要功能-r查看寄存器值-d查看给定地址的存储器内容–u反汇编功能-g连续执行-t-p(不进入子程序)单步执行-e查看和修改存储器内容-q退出-dds:0-uds:053动态调试工具软件DebugDEBUG-dds:053第六章基本要求输入与输出方法掌握接口的概念，掌握接口所包含的常用信号线，了解接口的编址方法掌握输入/输出指令，熟悉基本的数据输入/输出方法54第六章基本要求输入与输出方法54I/O接口的功能输入缓冲输出锁存外设编址控制电平转换转换信息格式：A/D、D/A时序控制：同步可编程55I/O接口的功能输入缓冲55I/O端口寻址I/O信息控制信息、状态信息、数据信息I/O端口（Port）控制端口，状态端口，数据端口多个外设

多个I/O接口电路

多个I/O端口对端口进行编址给每一个端口（数据端口、状态端口、控制端口）进行编址就象给每个存储单元进行编址一样两种编址方式存储器映象寻址（I/O统一编址）I/O端口单独编址（专门I/O指令，64K端口地址）

56I/O端口寻址I/O信息56I/O端口地址译码方法将译码器接到地址总线，对地址进行译码200H～207H未用地址线地址重叠57I/O端口地址译码方法将译码器接到地址总线，对地址进行译码5数据传送方式CPU与外设间的数据传送方式程序控制方式：由程序直接控制CPU与外设之间的数据传递无条件传送方式查询传送方式中断方式DMA方式（DirectMemoryAccess）前两种方式主要由软件实现，DMA方式主要由硬件实现58数据传送方式CPU与外设间的数据传送方式58第七章基本要求掌握中断的概念与中断处理过程掌握8086系列微机的中断类型码、中断向量表与中断服务程序的入口地址三者的关系中断向量的设置中断优先级了解中断服务程序的编写方法了解可编程中断控制器8259A的结构59第七章基本要求掌握中断的概念与中断处理过程59中断中断CPU正在执行程序过程中，受到内部或外部事件的触发暂停正在执行的程序，转到一段为触发事件而编写的程序去执行该程序执行完，再返回到被打断处继续执行中断服务程序入口地址中断服务程序的存放地址，由2字节的段地址和2字节的偏移地址组成中断向量、中断矢量中断服务程序1中断服务程序1中断服务程序2中断服务程序2非预料事件1非预料事件1CPU执行流程非预料事件2非预料事件260中断中断中断服务程序1中断服务程序1中断服务程序2中断服务程8086中断源中断源的识别8086有256个中断源，通过中断类型码进行识别中断类型码为一个8位的二进制数，范围：00H－FFH除法错（00H）单步（01H）NMI（02H）断点（03H）溢出（04H）INTN（N）INTR（由8259A给出中断类型码）618086中断源中断源的识别除法错（00H）61中断优先级中断嵌套？受IF影响62中断优先级中断嵌套？受IF影响628086系统中断向量表中断程序入口地址表存储256类中断的中断服务程序入口地址共占用1KB位于内存00000～003FFH的区域中断类型号－>中断向量地址N×44N，4N＋1－>IP4N+2,4N+3－>CS638086系统中断向量表中断程序入口地址表63使用中断硬件连接8259A与外设、CPU正确连接软件实现设置中断向量编写中断服务程序（了解）64使用中断硬件连接648259A级联3片8259管理？个中断源658259A级联3片8259管理？个中断源658259A中断响应过程发2个低电平INTA优先级管理完全嵌套方式优先级循环方式（自动，特殊）中断屏蔽方式（普通，特殊）特殊完全嵌套优先级顺序主片、从片完全嵌套方式主片特殊完全嵌套方式，从片完全嵌套方式668259A中断响应过程66中断向量设置方法指令直接设置串操作指令（STOS）MOV指令（77H，INT77H）调用DOS功能INT21H25HAL中断类型号DS:DX=中断服务程序入口地址取中断向量指令直接设置串操作指令（LODS）MOV指令调用DOS功能INT21H35HAL中断类型号ES:BX=中断服务程序入口地址67中断向量设置方法67MOVAX,0 MOVES,AX MOVBX,77H*4 MOVAX，OFFSETINT77H;存放偏移地址 MOVES:WORDPTR[BX],AX MOVAX,SEGINT77H MOVES:WORDPTR[BX+2],AXMOVAL,77H MOVAH，25H MOVDX，OFFSETINT77H;存放偏移地址 MOVAX,SEGINT77H MOVDS,AXINT21H68MOVAX,068常用接口芯片基本要求掌握8253的工作方式0、2、3特点与应用（初值设置）掌握8255A的工作方式0及利用8255A进行键盘识别、显示的方法69常用接口芯片基本要求掌握8253的工作方式0、2、3特点与8253SC1SC0RW1M2M1