1、微型计算机原理与接口技术姓名: 学号: 班级:一、前言微型计算机原理与接口技术是一门与现实生活很贴近的课程，随着 70 年代初第一台微型计算机的问世，计算机的技术的发展速度十分惊人，21 世纪是名副其实的计算机的时代。虽然计算机技术的发展日新月异，但一代机的结构、组成原理以及它所使用的 MS-D0S 操作系统等，为后续的高档 PC 机的产生了深刻的影响。因此学习微型计算机的原理，为我们拓展我们的知识面，掌握更加丰富多彩的计算机技术打下了基础。我们的微型计算机原理与接口技术教材总共有 15 章，以 8086/8088CPU 为基本出发点，详尽地论述了有关微处理器及其指令系统的概念和程序设计的方法
2、，介绍构成微型计算机的存储器、各类可编程接口芯片、总线等各项技术。通过本课程的学习，将会有以下目的，其中有大量的程序和硬件设计的例子，如菊花链电路，全译码地址选择方式等。通过对微型计算机原理与接口技术的学习，需要我们对微型计算机有整体概念，而不是拘泥某一代处理机，在掌握基本概念和原理的基础上了解最新技术。在学习的过程中掌握微处理器的结构、操作原理以及微型计算机的关键技术。接口设计和编程方法，通过本课程的课堂教学、实验、课程设计，培养几种能力：时序分析及接口设计能力、系统设计编程以及硬软件调试能力、阅读资料和自学能力 。二、内容在第一章学习中，我们主要了解了微型计算机的发展概况和微机的组成，二进
3、制十进制十六进制的转换，还有十进制转换为单精度浮点数等知识。微机原理由微处理器，存储器，输入输出接口电力和系统总线组成。第 2 章介绍了 8086 系统结构。其中寄存器的种类很多，很容易混，先列举如下：CS-代码段寄存器，DS-数据段寄存器，ES-附加段寄存器，SS-堆栈段寄存器。另外还有标志寄存器：CF-进位寄存器，PF-奇偶校验标志位，AF-辅助进位标志位，ZF-全零标志位，SF-符号标志位，OF-溢出标志位，TF-单步标志位，IF-中断标志位，DF-方向标志位，对于这些标志位的熟练掌握，对于我们以后对汇编的学习都有深刻的影响。比如在第三章的学习中，JC，JNC 等的选择都与 CF 的标志
4、位有关系。第二章还简单的介绍了 8086CPU 的引脚和功能，和8086 的储存器组织，对于这些内容的熟练掌握，为我们以后在第五章储存器的学习打下基础。在第二章 8086 系统的配置中，8086CPU 的时序是一个难点，时序图的熟练识别，对以后关于各种芯片时序的学习都有很重要的意义。第三章，首先介绍了 8086 的寻址方式，和一些指令的机器码表示方法，第三章的主要的内容是一些指令，如数据传送指令，算数运算指令，逻辑运算和移位指令等，这些都是汇编的基础，也是最琐碎的一章，在刚开始进行学习时，对于其中的很多指令，格式都感到难以理解，无法记忆，比如 MOV AX,2000H的意义是操作数的物理地址=
5、16*DS+2000H，又如 MOV AX,ES:500H实现段超越，物理地址为 16*ES+500H，加法：ADD(加法),ADC（带符号的加法） ，INC（增量）DAA（加法的十进制调整） ，减法：SUB（减法） ，DAS（减法的十进制调整） ，乘法：MUL，NOT（取反）AND（与）OR(或)XOR(异或)TEST（测试）SHL（逻辑左移）SHR（逻辑右移） ，特别是一些关于字符串的处理指令，还有隐含规定，这些死记硬背是没用的，可以在第四章的学习中结合汇编语言程序的实例加以理解，记忆。比如对寻址方式小结：固定寻址：操作数固定在某个寄存器中，寄存器寻址：操作数在某个寄存器中，立即数寻址：操
6、作数就是操作码后跟的立即数。又如，MOV d, s 它的功能是将源操作数 s 复制到目标操作数 d，源保持不变，目标被源代替。在这条指令中应当注意的是 d, s 不能同时为存储器如：MOV BX，SI 就是错误的 ， d 不能为立即数 错误指令如：MOV 1234H，AX 第三， d, s 必须同时为字节型或字型错误指令如：MOV AX，BL。指令后的分号“；”以后为注释部分，对指令的执行没有任何影响，主要是便于阅读或解释指令的功能。这些都可以在以后的学习中加以深化，经常看一些经典程序，有利于我们对这些指令的理解。第四章，我们进入了汇编程序语言的全面学习， ，系统的学习了汇编语言的格式，伪指令
7、语言，和 DOS 功能的调用等，在程序设计方法学习中，循环是一个很经典的例子：循环程序一般由四个主要部分组成: (1) 初始化部分: 为循环程序做准备, 如规定循环次数、 给各变量和地址指针预置初值。(2) 处理部分: 为反复执行的程序段, 是循环程序的实体, 也是循环程序的主体(3) 循环控制部分: 这部分的作用是修改循环变量和控制变量, 并判断循环是否结束, 直到符合结束条件时, 跳出循环为止。(4) 结束部分: 这部分主要是对循环程序的结果进行分析、 处理和存放。 循环有：单循环、多重循环。循环次数已知，可用计数器控制循环次数；循环次数未知，按问题条件控制循环是否结束。多重循环，循环体中
8、还包含着一个或多个循环结构，即双重或多重循环。在一个循环体中又包含了其它的循环程序, 这种方式是实现延时程序的常用方法。 使用多重循环时, 必须注意 : (1） 循环嵌套, 必须层次分明 , 不允许产生内外层循环交叉。 (2） 外循环可以一层层向内循环进入, 结束时由里往外一层层退出。 (3） 内循环可以直接转入外循环, 实现一个循环由多个条件控制的循环结构方式。 对于循环程序的理解有利于我们熟练地掌握汇编语言的编程思想和指令的强化记忆。在第五章的学习中，我们进一步系统的学习了储存器的概念，存储器的分类，微型计算机系统的硬件组成，存储器在微机系统中的功能和作用。存储容量是存储器系统的首要性能指
9、标，因为存储容量越大，则系统能够保存的信息量就越多，相应计算机系统的功能就越强；存储器的存取速度直接决定了整个微机系统的运行速度，因此，存取速度也是存储器系统的重要的性能指标；存储器的成本也是存储器系统的重要性能指标。为了在存储器系统中兼顾以上三个方面的指标，目前在计算机系统中通常采用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器，由这三者构成一个统一的存储系统。从整体看，其速度接近高速缓存的速度，其容量接近辅存的容量，而其成本则接近廉价慢速的辅存平均价格。这一章的重点在于微机存储器系统的基本概况，存储器的分类，内部存储器的系统结构，动、静态读写存储器 RAM 的基本存储单元与芯片
10、。其中，储存器宇CPU 的连接是一个难点，对于不同型号的 CPU，数据总线的数目不一定相同，连接时要特别注意。8086 CPU 的数据总线有 16 根，其中高 8 位数据线 D15 D8接存储器的高位库(奇地址库)，低 8 位数据线 D7 D0 接存储器的低位库(偶地址库)，根据 BHE(选择奇地址库)和 A0(选择偶地址库)的不同状态组合决定对存储器做字操作还是字节操作。8 位机和 8088 CPU 的数据总线有 8 根，存储器为单一存储体组织，没有高低位库之分，故数据线连接较简单。对于由多个存储芯片构成的存储器，其地址线的译码被分成片内地址译码和片间地址译码两部分。片内地址译码用于对各芯片
11、内某存储单元的选择，而片间地址译码主要用于产生片选信号，以决定每一个存储芯片在整个存储单元中的地址范围，避免各芯片地址空间的重叠。片内地址译码在芯片内部完成，连接时只需将相应数目的低位地址总线与芯片的地址线引脚相连。片选信号通常要由高位地址总线经译码电路生成。地址译码电路可以根据具体情况选用各种门电路构成，也可使用现成的译码器。在第六章的学习中，我们主要了解了 I-O 接口和总线的概念。主机与外界交换信息称为输入/输出(I/O)。主机与外界的信息交换是通过输入/输出设备进行的。一般的输入/输出设备都是机械的或机电相结合的产物，比如常规的外设有键盘、显示器、打印机、扫描仪、磁盘机、鼠标器等，它们
12、相对于高速的中央处理器来说，速度要慢得多。此外，不同外设的信号形式、数据格式也各不相同。因此，外部设备不能与 CPU 直接相连，需要通过相应的电路来完成它们之间的速度匹配、信号转换，并完成某些控制功能。通常把介于主机和外设之间的一种缓冲电路称为 I/O 接口电路，简称 I/O 接口(Interface)，对于主机，I/O 接口提供了外部设备的工作状态及数据；对于外部设备，I/O 接口记忆了主机送给外设的一切命令和数据，从而使主机与外设之间协调一致地工作。 对于微型计算机来说，设计微处理器 CPU 时，并不设计它与外设之间的接口部分，而是将输入/输出设备的接口电路设计成相对独立的部件，通过它们将
13、各种类型的外设与 CPU 连接起来，从而构成完整的微型计算机硬件系统。微型计算机系统中 I/O 端口编址方式有两种：I/O 端口与内存单元统一编址和 I/O 端口与内存单元独立编址。第七章我们主要了解了微机的中断系统，在 CPU 执行程序的过程中，出现了某种紧急或异常的事件(中断请求)，CPU 需暂停正在执行的程序，转去处理该事件(执行中断服务程序)，并在处理完毕后返回断点处继续执行被暂停的程序，这一过程称为中断。断点处是指返回主程序时执行的第一条指令的地址。中断过程如图 7.10 所示。为实现中断功能而设置的硬件电路和与之相应的软件，称为中断系统。任何能够引发中断的事件都称为中断源，可分为硬
14、件中断源和软件中断源两类。中断请求是中断源向 CPU 发出的请求中断的要求。软件中断源是在 CPU 内部由中断指令或程序出错直接引发中断；而硬件中断源必须通过专门的电路将中断请求信号传送给 CPU，CPU 也有专门的引脚接收中断请求信号。CPU 一旦响应中断，需要对其正在执行程序的断点信息进行保护，以便在中断处理结束后仍能回到该断点处继续执行。对于 8086/8088 CPU，保护断点的过程由硬件自动完成，主要工作是关中断、将标志寄存器内容入栈保存以及将CS 和 IP 内容入栈保存。 在第七章的后面我们还学习了可编程中断控制器8259A 芯片，它是用于管理和控制 80x86 的外部中断请求的，
15、可实现中断优先级判定，提供中断类型号，屏蔽中断输入等功能。单片 8259A 可管理 8 级中断，若采用级联方式，最多可以用 9 片 8259A 构成两级中断机构，管理 64 级中断。8259A 是可编程器件，它所具有的多种中断优先级管理方式可以通过主程序在任何时候进行改变或重新组织。 从第八章到底十章我们主要学习了一些具体芯片的使用方法，比如可编程外围接口芯片 8255A 的使用，8254, 8253, 8251A 的原理及其应用。在可编程定时器/计数器芯片 8253/8254 的学习中，我们了解到：实现定时的方法有三种：软件定时、不可编程的硬件定时和可编程的硬件定时。软件定时是通过让机器执行
16、一段没有具体操作目的的程序来实现的。由于 CPU 执行每条指令都需要一个确定的时间，因此，只要选择适当的指令和安排适当的循环次数就很容易实现软件定时，但软件定时占用 CPU 资源，降低了 CPU 的利用率；不可编程的硬件定时尽管定时电路并不很复杂，但这种定时电路在硬件连接好以后，定时值和定时范围不能由程序来控制和改变，使用不灵活；可编程定时器/计数器是为方便计算机系统的设计和应用而研制的，定时值及其范围可以很容易地由软件来控制和改变，能够满足各种不同的定时和计数要求，因此得到了广泛的应用。在可编程并行接口芯片 8255A 的学习中，我们了解到它是是可编程的并行输入输出接口芯片，它具有三个 8
17、位并行端口(A 口、B 口和 C 口)，具有 40 个引脚，双列直插式封装，由+5 V 供电 。其工作原理是：在向输出设备送数据前，先通过 PC7 查询设备状态，若设备准备好则从 A 口送出数据，然后通过 PC1 发选通信号使输出设备接收数据。从输入设备取数据前，先通过 PC6 查询设备状态，设备准备好后，再从 B 口读入数据，然后通过 PC0 发清除信号，以便输入后续字节。串行通信及可编程串行接口芯片 8251A 在数据通信与计算机领域中，有两种基本的数据传送方式：串行通信与并行通信。本章的学习中主要介绍串行通信的概念、特点及接口电路。随着大规模集成电路技术的发展，通用的可编程串行同步/异步
18、接口芯片种类越来越多。常用的有 Intel 的 8251A，National Semiconductor 的 8250，Motorola 的 6850 以及 Zilog 的 SIO 等。在这一章我们重点学习了 Intel 的 8251A 串行同步/异步接口芯片的工作原理及使用方法。 在对这些具体芯片的学习过程中，我们认真了解了他们的内部结果和引脚图，控制字等，在分析他们的共同点和不同点中加深对这门功课的了解。微型计算机原理和接口技术前 4 章主要介绍了 8086/8088 微机系统的组成原理、体系结构、指令系统、汇编语言设计方法等方面；第 5 章主要介绍了存储器的原理和设计方法；第 6 章主要
19、讲述了 I/O 接口和系统总线；第 7 章开始讲述中断系统和接口技术，重点分析了中断控制器 8259A、计数器/定时器 8253和 8254、通用并行接口 8255A、通用串行接口 8251A、数/模和模/数转换器及DMA 控制器 8237A，还讲述了系统设计和开发等内容。通过为期十几周的学习，我对微型计算机的系统有了进一步的了解和认识。在教授书本知识的同时，老师还给我们列举了丰富的例子，如抢答器的菊花链电路，冰箱的检测流水线等等，使我们这些即将踏入社会的学生受益匪浅。三、总结微型计算机原理和接口技术前 4 章主要介绍了 8086/8088 微机系统的组成原理、体系结构、指令系统、汇编语言设计
20、方法等方面；第 5 章主要介绍了存储器的原理和设计方法；第 6 章主要讲述了 I/O 接口和系统总线；第 7 章开始讲述中断系统和接口技术，重点分析了中断控制器 8259A、计数器/定时器 8253和 8254、通用并行接口 8255A、通用串行接口 8251A、数/模和模/数转换器及DMA 控制器 8237A，还讲述了系统设计和开发等内容。通过为期十几周的学习，我对微型计算机的系统有了进一步的了解和认识。刚开始学习时，感觉寻址方式与指令系统一章很繁琐内容很多而且它们之间也没有太多的联系，但这章很重要的，因为如果不把这章学好后面的汇编编程是没办法进行的，后面的编程几乎就是有这些指令系统和寻址方式组成的。学习寻址方式与指令系统一章最重要的是把每条指令的功能及使用条件记住。我认为要学好这章主要就是要多看、多记和多用。多看多记可以对指令和寻址方式有了初步的认识，在具体的使用过程中可以使你对他们有一个比较直观的认识和了解，这要就比较容易记住了。这就要我们多看多动手写汇编程序。
