微機原理及應用綜述-微機原理與接口技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上HEFEI UNIVERSITY20142015學年第2學期微控制器原理及應用課程綜述系別 電子信息與電氣工程系 專業(yè) 自動化專業(yè) 班 級 13自動化卓越班 姓名 畢凱 指導 老師 王敬生 完成 時間 2015年6月18日 微控制器原理及應用課程綜述摘要當今社會計算機領(lǐng)域發(fā)展十分迅速，隨著計算機處理速度的更新?lián)Q代頻率越來越快，人類信息文明依然高度發(fā)達。作為一個當代大學生掌握計算機相關(guān)的知識時是很必要的。而要從基礎(chǔ)入手去了解計算機的處理過程和運算規(guī)則，原理以及接口技術(shù)恰恰給了我們指引，引導我們從計算機的原理處去了解計算機系統(tǒng)整個的工作流程。微機原理與接口技術(shù)這門課程通過

2、pc機及其兼容機的80X86 系列這個主線，分析了計算機的工作原理和接口技術(shù)，培養(yǎng)了我們對微型計算機應用系統(tǒng)的認知和分析的能力。本門課程主要內(nèi)容包括：86系列微處理器芯片，匯編語言上的設(shè)計，存儲器以及I/O接口和總線，微型計算機的中端系統(tǒng)、可編程計數(shù)/定時器8253及其應用、可編程外圍接口芯片8259A及其應用“微機原理與接口技術(shù)”是一門實踐性和實用性都很強的課程，學習的目的在于應用。本課程設(shè)計是配合“微機原理與接口技術(shù)”課堂教學的一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)，它能起到鞏固課堂和書本上所學知識，加強綜合能力，提高系統(tǒng)設(shè)計水平，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。我們希望每個學生都能自己動手獨立設(shè)計完成一個典型的微機

3、應用小系統(tǒng)。關(guān)鍵字： cpu ；存儲器； 總線；匯編語言1. 微型計算機的概述1.1 發(fā)展概況1946-1958 第一代電子管計算機。磁鼓存儲器，機器語言、匯編語言編程。世界上第一臺數(shù)字計算機ENIAC。1958-1964 第二代晶體管計算機。磁芯作主存儲器, 磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程。1964-1971 第三代集成電路計算機。使用半導體存儲器，出現(xiàn)多終端計算機和計算機網(wǎng)絡。1971- 第四代大規(guī)模集成電路計算機。出現(xiàn)微型計算機、單片微型計算機，外部設(shè)備多樣化。1981- 第五代人工智能計算機。模擬人的智能和交流方式。1946年由美國賓夕法尼亞大學研制 ENIAC（Electron

4、ic Numerical Integrator And calculator），運算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ，造價100萬美元。1.2微型計算機的硬件體系結(jié)構(gòu) 運算器和控制器被集成在一片被稱之為CPU的芯片中，它是微機的運算、控制中心，用來實現(xiàn)算術(shù)、邏輯運算，并對全機進行控制。 存儲器（又稱為主存或內(nèi)存）用來存儲程序或數(shù)據(jù)，計算機要執(zhí)行的程序以及要處理的數(shù)據(jù)都要事先裝入到內(nèi)存中才能被CPU執(zhí)行或訪問。 輸入/輸出(I/O)接口是微機與輸入輸出設(shè)備之間的橋梁，這種接口電路又稱做“I/O適配器”（I/O Adapter）。這里有必要強調(diào)一下大容量外存儲器與內(nèi)存儲器

5、（主存或內(nèi)存）之間的關(guān)系。由于微型計算機內(nèi)存容量有限，所以使用大容量的外存儲器作為內(nèi)存的后援設(shè)備，它的容量可以比內(nèi)存大很多，但存取速度卻比內(nèi)存慢得多。所以，除必要的系統(tǒng)程序外，一般程序（包括數(shù)據(jù)）都存放在外存中，只有在運行時，才把它從外存?zhèn)魉偷絻?nèi)存的某個區(qū)域，再由CPU控制執(zhí)行。圖2 微型計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2. 8086的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：圖3 8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖8086CPU是由EU和BIU組成：總線接口部件（BIU）和執(zhí)行部件（EU）按以下流水線技術(shù)原則協(xié)調(diào)工作，共同完成所要求的信息處理任務：一，每當8086的指令隊列中有兩個空字節(jié)，或8088的指令隊列中有一個空字節(jié)時，BIU就會自動把指

6、令取到指令隊列中。其取指的順序是按指令在程序中出現(xiàn)的前后順序。二，每當EU準備執(zhí)行一條指令時，它會從BIU部件的指令隊列前部取出指令的代碼，然后用幾個時鐘周期去執(zhí)行指令。在執(zhí)行指令的過程中，如果必須訪問存儲器或者IO端口，那么EU就會請求BIU，進入總線周期，完成訪問內(nèi)存或者IO端口的操作；如果此時BIU正好處于空閑狀態(tài)，會立即響應EU的總線請求。如BIU正將某個指令字節(jié)取到指令隊列中，則BIU將首先完成這個取指令的總線周期，然后再去響應EU發(fā)出的訪問總線的請求。三，當指令隊列已滿，且EU又沒有總線訪問請求時，BIU便進入空閑狀態(tài)。四，在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令和返回指令時，由于待執(zhí)行指令的順序

7、發(fā)生了變化，則指令隊列中已經(jīng)裝入的字節(jié)被自動消除，BIU會接著往指令隊列裝入轉(zhuǎn)向的另一程序段中的指令代碼。有以上內(nèi)容可以看出BIU與EU它們兩者的工作是不同步的，正是這種既相互獨立又相互配合的關(guān)系，使得8086/8088可以在執(zhí)行指令的同時，進行取指令代碼的操作，也就是說BIU與EU是一種并行工作方式，改變了以往計算機取指令譯碼執(zhí)行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，。 3. 8086尋址方式和指令系統(tǒng)：計算機指令通常包含操作碼和操作數(shù)兩部分，前者指出操作的性質(zhì)，后者給出操作的對象。尋址方式就是指令中說明操作數(shù)所在的地址的方法。8086訪問操作數(shù)采用多種靈活的尋址方式，是指令系統(tǒng)可以方便的

8、在1M存儲空間內(nèi)尋址。指令分為單操作數(shù)、雙操作數(shù)和無操作數(shù)之分。如果是雙操作數(shù)指令，要用逗號將兩個操作數(shù)隔開。逗號右邊的稱為源操作數(shù)，左邊的稱為目的操作數(shù)。例如：將寄存器CX中的內(nèi)容送進寄存器AX的指令為MOV AX,CX 其中AX為目的操作數(shù)，CX為源操作數(shù)。匯編語言程序格式介紹兩條常用指令：MOV 和 ADDMOV dst, src ; (dst) (src)助記符 目的 源操作數(shù)操作數(shù)例: MOV AH,BL MOV AX,1234HADD dst, src ; (dst) (dst)+(src) 助記符 目的 源操作數(shù)在本章中介紹了大良的指令，如數(shù)據(jù)傳送指令，算數(shù)運算指令，邏輯運算和移

9、位指令等，這些都是匯編的基礎(chǔ)，在剛開始進行學習時，對于其中的很多指令，格式都感到難以理解，無法記憶，比如MOV AX,2000H的意義是操作數(shù)的物理地址=16*DS+2000H，又如MOV AX,ES:500H實現(xiàn)段超越，物理地址為16*ES+500H，加法：ADD(加法),ADC（帶符號的加法），INC（增量）DAA（加法的十進制調(diào)整），減法：SUB（減法），DAS（減法的十進制調(diào)整），乘法：MUL，NOT（取反）AND（與）OR(或)XOR(異或)TEST（測試）SHL（邏輯左移）SHR（邏輯右移），特別是一些關(guān)于字符串的處理指令，還有隱含規(guī)定，這些死記硬背是沒用的，可以在第四章的學習中結(jié)

10、合匯編語言程序的實例加以理解，記憶。比如對尋址方式小結(jié)：固定尋址：操作數(shù)固定在某個寄存器中，寄存器尋址：操作數(shù)在某個寄存器中，立即數(shù)尋址：操作數(shù)就是操作碼后跟的立即數(shù)。又如，MOV d, s它的功能是將源操作數(shù)s復制到目標操作數(shù)d，源保持不變，目標被源代替。在這條指令中應當注意的是一，d, s不能同時為存儲器如：MOV BX，SI 就是錯誤的 。二，不能為立即數(shù) 錯誤指令如：MOV 1234H，AX 三， d, s必須同時為字節(jié)型或字型錯誤指令如：MOV AX，BL。指令后的分號“；”以后為注釋部分，對指令的執(zhí)行沒有任何影響，主要是便于閱讀或解釋指令的功能。這些都可以在以后的學習中加以深化，經(jīng)

11、?？匆恍┙?jīng)典程序，有利于我們對這些指令的理解。4. 匯編語言程序設(shè)計：匯編語言是一種功能很強的程序設(shè)計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對應于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”來把匯編語言原文件匯編成機器可執(zhí)行的代碼。高級的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級語言?，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對

12、機器硬件精確控制的程序。本章的重點是閱讀程序和編寫程序。本章知識要點有：匯編語言語句類別：實指令語句、偽指令語句、宏指令語句，程序基本機構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、過程（子程序）-參數(shù)傳遞途徑：寄存器約定、存儲器約定、堆棧傳遞，程序開發(fā)步驟：編輯-匯編-鏈接-調(diào)試程序。偽指令語句：符號定義指令EQU、=，數(shù)據(jù)定義偽指令DBDWDD,段定義偽指令SEGMENTENDS,過程定義偽指令PROCENDP段指派偽指令ASSUME程序定位偽指令ORG匯編結(jié)束偽指令END。變量也有三種屬性：段、偏移量和類型。5 存儲器：存儲器是用來存儲微型計算機工作時使用的信息（程序和數(shù)據(jù)）的部件，正是因為有了存儲

13、器，計算機才有信息記憶功能。按這種定義，計算機的存儲器可分為兩大類：一類叫內(nèi)部存儲器（簡稱內(nèi)存或主存）；另一類叫外部存儲器（簡稱外存）。 內(nèi)部存儲器也叫內(nèi)存，是主存儲器，位于計算機內(nèi)部，用來存放系統(tǒng)軟件和當前正在使用的或者經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)，cpu可以直接訪問。內(nèi)部存儲器主要是半導體存儲器，存取速度快。內(nèi)部存儲器按照儲存類別又可分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM。外部存儲器簡稱為外存，是輔助存儲器。外村的最大優(yōu)點是容量大、所以存儲的信息即可以修改，也可以保存。但是存取速度較慢，而且要有專門設(shè)備來管理，比如，蠕動器、控制芯片等。外部存儲器容量不受限制，也稱為海量存儲器。存儲容量是存儲器系統(tǒng)

14、的首要性能指標，因為存儲容量越大，則系統(tǒng)能夠保存的信息量就越多，相應計算機系統(tǒng)的功能就越強；存儲器的存取速度直接決定了整個微機系統(tǒng)的運行速度，因此，存取速度也是存儲器系統(tǒng)的重要的性能指標；存儲器的成本也是存儲器系統(tǒng)的重要性能指標。為了在存儲器系統(tǒng)中兼顧以上三個方面的指標，目前在計算機系統(tǒng)中通常采用三級存儲器結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和輔助存儲器，由這三者構(gòu)成一個統(tǒng)一的存儲系統(tǒng)。從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量接近輔存的容量，而其成本則接近廉價慢速的輔存平均價格。6 I/O接口和總線圖4 獨立編址I/OI/O接口技術(shù)在微機系統(tǒng)中占有重要地位，本章首先從應用角度出發(fā)，介紹I/O

15、接口的相關(guān)知識，然后重點講述可編程并行接口芯片8255A、定時/計數(shù)器接口芯片8254、串行接口芯片8250、DMA控制器接口芯片8237A和DAC0832、ADC0809轉(zhuǎn)換器的功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式、初始化編程及其應用實例，最后簡單介紹了多功能外圍接口芯片組82C206和82371的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。I/O接口是輸入輸出接口電路的簡稱.他通過地址總線,數(shù)據(jù)總線和控制總線與cpu相連,是連接機箱內(nèi)部設(shè)備和外圍設(shè)備的一個樞紐,在計算機借口中處于極其重要的地位7 微型計算機中斷系統(tǒng)：本章我們主要了解了微機的中斷系統(tǒng)，因為考慮到中斷響應之后系統(tǒng)要返回斷點執(zhí)行，程序計數(shù)器PC內(nèi)有程序指令的地址，中斷

16、時要換成中斷服務程序的地址。用硬件的方法是因為響應快速，提高CPU的效率。DMA 傳送方式的優(yōu)先級高于程序中斷，兩者的區(qū)別主要表現(xiàn)在對CPU的干擾程度不同。中斷請求不但使CPU停下來，而且要CPU執(zhí)行中斷服務程序為中斷請求服務，這個請求包括了對斷點和現(xiàn)場的處理以及CPU與外設(shè)的傳送，所以CPU付出了很多的代價；DMA請求僅僅使CPU暫停一下，不需要對斷點和現(xiàn)場的處理，并且是由DMA控制外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，無需CPU的干預，DMA只是借用了一點CPU的時間而已。還有一個區(qū)別就是，CPU對這兩個請求的響應時間不同，對中斷請求一般都在執(zhí)行完一條指令的時鐘周期末尾響應，而對DMA的請求，由于考慮

17、它得高效性，CPU在每條指令執(zhí)行的各個階段之中都可以讓給DMA使用，是立即響應。DMA主要由硬件來實現(xiàn)，此時高速外設(shè)和內(nèi)存之間進行數(shù)據(jù)交換不通過CPU的控制，而是利用系統(tǒng)總線。DMA方式是I/O系統(tǒng)與主機交換數(shù)據(jù)的主要方式之一，另外還有程序查詢方式和中斷方式。8.學習方法總結(jié)：微機原理與接口技術(shù)這門課程會分章節(jié)講述構(gòu)成微機的中央處理器，系統(tǒng)總線，存儲器，輸入輸出設(shè)備和一些典型的接口電路以及它們的工作原理。我們知道微機是一個有機的整體，要講清楚任何一個部件的工作原理都不可能只單獨將這一部件拿出來講，必然涉及到其他新部件，而其他新部件我們還沒接觸到，所以經(jīng)常出現(xiàn)一個知識點還沒講清楚，又出現(xiàn)新的疑問，在整個課程的學習當中疑問會一直存在，直至該課程結(jié)束，也就是說只有到學期末所有的疑問才能搞清楚。還有這門課中最難的地方在第二章，本章知識理解起來困難，并且有大量內(nèi)容（幾乎全部內(nèi)容）要求在理解的基礎(chǔ)上記憶以便為后續(xù)的學習奠定基礎(chǔ)，而這時學生剛剛開始接觸這門課程便一下子覺得