微機原理與接口技術(shù)的學習總結(jié)

1、 期 末 論 文 中文題目:微機原理與接口技術(shù)的學習總結(jié) 英文題目: Summarize the study of Microcomputer Principle and interface technology 學生姓名 系 別 機電工程系 專業(yè)班級 2011級農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)二班 指導(dǎo)教師 成績評定 2013年11月目 錄摘 要11 微機部分21.1 8086系統(tǒng)21.1.1 BIU與EU的動作協(xié)調(diào)原則：21.1.2 它的工作模式21.1.3 它的尋址方式31.2 匯編語言31.3 存儲器41.4 可編程計數(shù)器/定時器8253/8254及其應(yīng)用41.5 可編程外圍接口芯片8255A

2、及其應(yīng)用52 接口技術(shù)部分62.1 I/0接口的概念62.1.1接口的分類62.1.2 接口的功能62.1.3 接口的控制方式72.2 常見接口82.2.1 并行接口82.2.2 串行接口92.2.3 磁盤接口92.2.4 SCSI接口92.2.5 USB接口10參 考 文 獻11摘 要 通過30多個學時的學習與認知，我已經(jīng)初步了解了一些典型微機的原理和一些接口的分類，并通過實驗用匯編語言將二者聯(lián)系了起來，更加深了印象，并撰寫本文。微機原理部分主要是對從課本上學習到的一些知識進行了整理，主要是8086系統(tǒng)，學習了它的工作模式、尋址方式、存儲器并通過匯編語言實現(xiàn)了對它的控制。后續(xù)又接觸了并行接口

3、的8255A等。接口技術(shù)部分主要是學習了I/O接口的概念、分類、功能以及控制方式。后續(xù)又了解了一些串并行接口、磁盤接口、SCSI接口以及最新的USB接口等。細節(jié)部分圍繞微型計算機原理和應(yīng)用主題，以Intel8086CPU為主線，系統(tǒng)介紹了微型計算機的基本知識、基本組成、體系結(jié)構(gòu)、工作模式，介紹了8086CPU的指令系統(tǒng)、匯編語言及程序設(shè)計方法和技巧，存儲器的組成和I/O接口擴展方法，微機的中斷結(jié)構(gòu)、工作過程。關(guān)鍵字： 8086CPU I/O接口 匯編語言 串并行通信微機原理與接口技術(shù)的學習總結(jié) （ ）1 微機部分1.1 8086系統(tǒng)1.1.1 BIU與EU的動作協(xié)調(diào)原則：總線接口部件（BIU）

4、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(wù)：（1）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。（2）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(yīng)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

5、總線周期，然后再去響應(yīng)EU發(fā)出的訪問總線的請求。（3）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)。（4）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。從上述BIU與EU的動作管理原則中，不難看出，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，這正是8086/8088獲

6、得成功的原因之一1.1.2 它的工作模式：有最小和最大1.1.3 它的尋址方式：（1)數(shù)據(jù)操作數(shù)這類操作數(shù)是與數(shù)據(jù)有關(guān)的操作數(shù)，即指令中操作的對象是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)操作數(shù)又可分為：A 立即數(shù)操作數(shù)。指令中要操作的數(shù)據(jù)包含在指令中。B 寄存器操作數(shù)。指令中要操作的數(shù)據(jù)存放在指定的寄存器中。C 存儲器操作數(shù)。指令中要操作的數(shù)據(jù)存放在指定的存儲單元中。D I/O操作數(shù)。指令中要操作的數(shù)據(jù)來自或送到I/O端口。E 地址操作數(shù)這類操作數(shù)是與程序轉(zhuǎn)移地址有關(guān)的操作數(shù)，即指令中操作的對象不是數(shù)據(jù)，而是要轉(zhuǎn)移的目標地址。它也可以分為立即數(shù)操作數(shù)、寄存器操作數(shù)和存儲器操作數(shù)，即要轉(zhuǎn)移的目標地址包含在指令中，或存放在寄

7、存器中，或存放在存儲單元之中。對于數(shù)據(jù)操作數(shù)，有的指令有兩個操作數(shù)：一個稱為源操作數(shù)，在操作過程中其值不改變；另一個稱為目的操作數(shù)，操作后一般被操作結(jié)果代替。有的指令只有一個操作數(shù)，或沒有(或隱含)操作數(shù)。對于地址操作數(shù)，指令只有一個目的操作數(shù)，它是一個供程序轉(zhuǎn)移的目標地址。下面以MOV指令為例：MOVdst，src；(dst)(src)1.2 匯編語言匯編語言是一種利用指令助記符、符號地址、標號來編寫的計算機語言。是機器語言的符號表示，是面向機器的語言，是較低級的語言。利用匯編語言編寫的程序稱為源程序，需要通過匯編程序翻譯成二進制代碼的目標程序，再經(jīng)過與庫文件的連接，最后得到可執(zhí)行文件程序，

8、才能在機器上直接運行。本章主要內(nèi)容是匯編語言語句類別、MASM的運算符及其表達式、偽指令語句格式和作用、基本程序結(jié)構(gòu)、調(diào)用程序和被調(diào)用程序之間的數(shù)據(jù)傳送途徑以及匯編源程序上機調(diào)試過程。本章重點是閱讀程序和編寫程序。本章知識要點如：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A(yù)SSUME程序定位偽指

9、令ORG匯編結(jié)束偽指令END。偽指令語句中的名字可以是變量名、段名、過程名。（1）標號的段屬性是定義標號在程序段的段地址。當程序中引用一個標號時，該標號的段值應(yīng)在CS寄存器中。（2）標號的偏移量屬性表示標號所在段的起始地址到定義該標號的地址之間的字節(jié)數(shù)。偏移量是一個16位無符號數(shù)。（3）標號的類型屬性有兩種：NEAR和FAR。前一種標號可以在段內(nèi)被引用，地址指針為2字節(jié)；后一種標號可以在其他段被引用，地址指針為4字節(jié)。如果定義一個標號時后跟冒號，則匯編程序確認其類型為NEAR。變量也有三種屬性：段、偏移量和類型。（1）變量的段屬性是變量所代表的數(shù)據(jù)區(qū)所在段的段地址。由于數(shù)據(jù)區(qū)一般在存儲器的數(shù)據(jù)

10、段中，因此變量的段地址常常在DS和ES寄存器中。（2）變量的偏移量屬性是該變量所在段的起始地址與變量的地址之間的字節(jié)數(shù)。（3）變量的類型屬性有BYTE(字節(jié))、WORD(字)、DWORD(雙字)、QWORD(四字)、TBYTE(十字)等，表示數(shù)據(jù)區(qū)中存取操作對象的大小。1.3 存儲器半導(dǎo)體存儲器是指用半導(dǎo)體器件作為存儲器介質(zhì)的存儲器。目前，計算機的內(nèi)存儲器（主存儲器）都由半導(dǎo)體存儲器芯片擔任。本章討論半導(dǎo)體存儲器芯片的類型、存儲原理、使用場合、引腳功能、如何與CPU（或系統(tǒng)總線）連接以及及軟件驗證l連接是否正確等問題。本章知識要點：存儲器作用-存放程序和數(shù)據(jù)-只存放二進制數(shù)；半導(dǎo)體存儲器芯片分

11、類：RAM:SRAM,DRAMROM:掩膜ROMPROM:PROMEPPOMEEPROM；存儲器芯片-存儲器容量-引腳功能；主存儲器設(shè)計：計算芯片數(shù)，地址分配、片選邏輯-與系統(tǒng)連接-軟件驗證；片選邏輯：全譯碼，部分譯碼：基本地址、重疊地址。在學習時要知道存儲器芯片的存儲容量的計算方法（單元數(shù)X位數(shù)/單元）,掌握常用芯片的的存儲特點和使用場合，存儲芯片的常用引腳及其功能要知道，在擴展時要會計算所需存儲器的數(shù)量，有關(guān)存儲器芯片與系統(tǒng)總線或CPU得連接問題，會計算各存儲器的芯片地址范圍。1.4 可編程計數(shù)器/定時器8253/8254及其應(yīng)用本章主要內(nèi)容是：定時器/計數(shù)器的應(yīng)用場合；如何實現(xiàn)定時/計數(shù)

12、；可編程計數(shù)器/定時器8253芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、計數(shù)原理、6種工作方式下的工作條件和輸出波形特征。重點是8253芯片的實際應(yīng)用。本章知識要點：定時/計數(shù)應(yīng)用場合；定時/計數(shù)的實現(xiàn)：軟件：延時子程序、硬件：數(shù)字邏輯電路（如單穩(wěn)態(tài)時定時器電路等）、采用可編程定時器/計數(shù)器；可編程定時器/計數(shù)器8253：引腳功能、通道的編程結(jié)構(gòu)-通道的6種工作方式、芯片使用：硬件連線、軟件編程。8253的引腳功能：與系統(tǒng)總線相連：數(shù)據(jù)引腳D0D7、地址引腳A1、A0、控制引腳RD/CS/WR；通道引腳CLKGATEOUT其他引腳GNDVCC可編程計數(shù)器/定時器8253的工作方式：方式0：計數(shù)結(jié)束中斷方式，方

13、式1：可編程單穩(wěn)態(tài)輸出方式，方式2：比率發(fā)生器（分頻器），方式3：方波發(fā)生器，方式4：軟件觸發(fā)選通，方式5：硬件觸發(fā)選通。1.5 可編程外圍接口芯片8255A及其應(yīng)用本章主要內(nèi)容是并行輸入/輸出接口概念，可編程并行輸入/輸出接口芯片8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、3種工作方式下的輸入輸出工作過程及其實際應(yīng)用。本章主要知識點： 并行接口概念8255A：引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)-A口B口C口、實際工作方式-數(shù)據(jù)傳送過程、實際使用-硬件連線-軟件編程。3種工作方式：方式0：基本輸入/輸出，方式1：選通輸入/輸出，方式2：雙向傳送8255A的引腳：與系統(tǒng)總線相連：數(shù)據(jù)引腳D0D7,地址引腳A1A0,控制引腳

14、RDCSWRRESET;端口線：端口PA7PA0；端口C：PC7PC4PC3PC0；端口B：PB7-PB0；其他引腳：GNDVCC，如圖是8255的引腳圖：圖1 8255引腳圖2 接口技術(shù)部分2.1 I/0接口的概念2.1.1接口的分類I/O接口的功能是負責實現(xiàn)CPU通過系統(tǒng)總線把I/O電路和 外圍設(shè)備聯(lián)系在一起，按照電路和設(shè)備的復(fù)雜程度，I/O接口的硬件主要分為兩大類：（1）I/O接口芯片這些芯片大都是集成電路，通過CPU輸入不同的命令和參數(shù)，并控制相關(guān)的I/O電路和簡單的外設(shè)作相應(yīng)的操作，常見的接口芯片如定時計數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。（2）I/O接口控制卡有若干個集成電

15、路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個插件插在系統(tǒng)總線插槽上。按照接口的連接對象來分，又可以將他們分為串行接口、并行接口、鍵盤接口和磁盤接口等。2.1.2 接口的功能由于計算機的外圍設(shè)備品種繁多，幾乎都采用了機電傳動設(shè)備，因此，CPU在與I/O設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換時存在以下問題：速度不匹配:I/O設(shè)備的工作速度要比CPU慢許多，而且由于種類的不 同，他們之間的速度差異也很大，例如硬盤的傳輸速度就要比打印機快出很多。時序不匹配:各個I/O設(shè)備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳 輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時序取得統(tǒng)一。信息格式不匹配:不同的I/O設(shè)備存儲和處理信息的格式不同

16、，例如可以分為串行和并行兩種；也可以分為二進制格式、ACSII編碼和BCD編碼等。信息類型不匹配:不同IO設(shè)備采用的信號類型不同，有些是數(shù)字信號，而 有些是模擬信號，因此所采用的處理方式也不同?；谝陨显?，CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換必須通過接口來完成，通常接口有以下一些功能：（1）設(shè)置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯，以成幀器適應(yīng)CPU與外設(shè)之間的速度差異，接口通常由一些寄存器或RAM芯片組成，如果芯片足夠大還可以實現(xiàn)批量數(shù)據(jù)的傳輸；（2）能夠進行信息格式的轉(zhuǎn)換，例如串行和并行的轉(zhuǎn)換；（3）能夠協(xié)調(diào)CPU和外設(shè)兩者在信息的類型和電平的差異，如電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動器、數(shù)?；蚰?shù)轉(zhuǎn)換器等；（4）協(xié)調(diào)時序差異；（5）

17、地址譯碼和設(shè)備選擇功能；（6）設(shè)置中斷和DMA控制邏輯，以保證在中斷和DMA允許的情況下產(chǎn)生中斷和DMA請求信號，并在接受到中斷和DMA應(yīng)答之后完成中斷處理和DMA傳輸。2.1.3 接口的控制方式CPU通過接口對外設(shè)進行控制的方式有以下幾種：（1）程序查詢方式這種方式下，CPU通過I/O指令詢問指定外設(shè)當前的狀態(tài)，如果外設(shè)準備就緒，則進行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，否則CPU等待，循環(huán)查詢。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的硬件電路即可，缺點是由于CPU的速度遠遠高于外設(shè)，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低。（2）中斷處理方式在這種方式下，CPU不再被動等待，而是可以執(zhí)行其他程序，一旦外設(shè)為數(shù)據(jù)交換

18、準備就緒，可以向CPU提出服務(wù)請求，CPU如果響應(yīng)該請求，便暫時停止當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行與該請求對應(yīng)的服務(wù)程序，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。中斷處理方式的優(yōu)點是顯而易見的，它不但為CPU省去了查詢外設(shè)狀態(tài)和等待外設(shè)就緒所花費的時間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設(shè)的實時要求。但需要為每個IO設(shè)備分配一個中斷請求號和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，此外還需要一個中斷控制器（IO接口芯片）管理IO設(shè)備提出的中斷請求，例如設(shè)置中斷屏蔽、中斷請求優(yōu)先級等。此外，中斷處理方式的缺點是每傳送一個字符都要進行中斷，啟動中斷控制器，還要保留和恢復(fù)現(xiàn)場以便能繼續(xù)原程序的執(zhí)行，花費的工作量很大，這樣如果需要大

19、量數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的性能會很低。（3）DMA（直接存儲器存?。﹤魉头绞紻MA最明顯的一個特點是它不是用軟件而是采用一個專門的控制器來控制內(nèi)存與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交流，無須CPU介入，大大提高CPU的工作效率。在進行DMA數(shù)據(jù)傳送之前，DMA控制器會向CPU申請總線控制權(quán)，CPU如果允許，則將控制權(quán)交出，因此，在數(shù)據(jù)交換時，總線控制權(quán)由DMA控制器掌握，在傳輸結(jié)束后，DMA控制器將總線控制權(quán)交還給CPU。2.2 常見接口2.2.1 并行接口目前，計算機中的并行接口主要作為打印機端口，接口使用的不再是36針接頭而是25針D形接頭。所謂“并行”，是指8位數(shù)據(jù)同時通過并行線進行傳送，這樣數(shù)據(jù)傳送速度大大提高

20、，但并行傳送的線路長度受到限制，因為長度增加，干擾就會增加，容易出錯。現(xiàn)在有五種常見的并口：4位、8位、半8位、EPP和ECP，大多數(shù)PC機配有4位或8位的并口，許多利用Intel386芯片組的便攜機配有EPP口，支持全部IEEE1284并口規(guī)格的計算機配有ECP并口。標準并行口4位、8位、半8位:4位口一次只能輸入4位數(shù)據(jù)，但可以輸出8位數(shù)據(jù)；8位口可以一次輸入和輸出8位數(shù)據(jù)；半8位也可以。EPP口（增強并行口）:由Intel等公司開發(fā)，允許8位雙向數(shù)據(jù)傳送，可以連接各種非打印機設(shè)備，如掃描儀、LAN適配器、磁盤驅(qū)動器和CDROM 驅(qū)動器等。ECP口（擴展并行口）:由Microsoft、HP

21、公司開發(fā)，能支持命令周期、數(shù)據(jù)周期和多個邏輯設(shè)備尋址，在多任務(wù)環(huán)境下可以使用DMA（直接存儲器 訪問）。目前幾乎所有的586機的主板都集成了并行口插座，標注為 Paralle1或LPT1，是一個26針的雙排針插座。2.2.2 串行接口計算機的另一種標準接口是串行口，現(xiàn)在的PC機一般至少有兩個串行口COM1和COM2。串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。這樣，雖然速度會慢一些，但傳送距離較并行口更長，因此長距離的通信應(yīng)使用串行口。通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2有些使 用的是老式的DB25針連接器。2.2.3 磁盤接口（1）IDE接口IDE接口也

22、叫做ATA端口，只可以接兩個容量不超過528M的硬盤驅(qū)動器，接口的成本很低，因此在386、486時期非常流行。但大多數(shù)IDE接口不支持DMA數(shù)據(jù)傳送，只能使用標準的PCIO端口指令來傳送所有的命令、狀態(tài)、數(shù)據(jù)。幾乎所有的586主板上都集成了兩個40針的雙排針I(yè)DE接口插座，分別標注為IDE1和IDE2。（2）EIDE接口EIDE接口較IDE接口有了很大改進，是目前最流行的接口。首先，它所支持的外設(shè)不再是2個而是4個了，所支持的設(shè)備除了硬盤，還包括CDROM驅(qū)動器磁盤備份設(shè)備等。其次，EIDE標準取消了528MB的限制，代之以8GP限制。第三，EIDE有更高的數(shù)據(jù)傳送速率，支持PIO模式3和模式4標準。2.2.4 SCSI接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）小計算機系統(tǒng)接口，在做圖形處理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的計算機中被廣泛采用SCSI接口的硬盤。除了硬盤以外，SCSI接口還可以連接CDROM驅(qū)動器、掃描儀和打印機等，它具有以下特點：(1)可同時連接7個外設(shè)；(2)總線配置為并行8位、16位或32位；(3)允許最大硬盤空間為8