微機原理與接口技術(shù)的學(xué)習(xí)總結(jié)

1、微機原理與接口技術(shù)的學(xué)習(xí)總結(jié)期末論文中文題目 : 微機原理與接口技術(shù)的學(xué)習(xí)總結(jié)英文題目 : Summarize the study of MicrocomputerPrinciple and interface technology學(xué)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)

2、用 51.5 可編程外圍接口芯片 8255A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(xiàn) 11摘要通過 30 多個學(xué)時的學(xué)習(xí)與認(rèn)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(xué)習(xí)到的一些知識進(jìn)行了整理，主要是 8086 系 統(tǒng)，

3、學(xué)習(xí)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)又接觸了并行接口的 8255A 等。接口技術(shù)部分主要是學(xué)習(xí)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(xì)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)

4、的學(xué)習(xí)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）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(dāng) 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(dāng) EU準(zhǔn)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 I O端口，那么 EU就會請求 BIU，進(jìn)入總線周期，完成訪

5、問內(nèi)存或者 I O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(dāng)指令隊列已滿，且 EU又沒有總線訪問請求時， BIU 便進(jìn)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

6、 8086/8088 可以在執(zhí)行指令的同時， 進(jìn)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

7、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(biāo)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(biāo)地址包含在指令中，或存放在寄存器中，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(biāo)地址。 下面以 MOV指令為例：MOVds，t src ；（dst） （src）1.2 匯編

8、語言匯編語言是一種利用指令助記符、符號地址、標(biāo)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(jìn)制代碼的 目標(biāo)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，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(dá)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

9、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 SEGMENTEND過S程, 定義偽 指令 PROC ENDP段指派偽指令 ASSUM程E 序定位偽指令 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(biāo)號的段屬性是定義標(biāo)號在程序段的段地址。當(dāng)程序中引用一個標(biāo)號時， 該標(biāo)號的段值應(yīng)在 CS寄存器中。（2）標(biāo)號的偏移量屬性表示標(biāo)號所在段的起始地址到定義該標(biāo)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(biāo)號的類

10、型屬性有兩種： NEAR和 FAR。前一種標(biāo)號可以在段內(nèi)被引用，地 址指針為 2 字節(jié)；后一種標(biāo)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(biāo)號時后跟冒號，則匯編程序確認(rèn)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)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

11、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(dān)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(jìn)制數(shù)；半導(dǎo)體存儲器芯片分類： RAM:SRAM,DRAMR掩OM膜: ROMPROM:PROMEPPOME；EPROM 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

12、地址。在學(xué)習(xí)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)；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

13、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 CLKGATEOU其T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

14、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 RDCSWRRES端ET口; 線：端口 PA7PA0；端口 C：PC7PC4

15、PC3 PC0；端口 B：PB7-PB0 ； 其他引腳： GNDVC，C如圖是 8255 的引腳圖：srstsclkppi_cs_n iorc n iowc_n ppi_addr1.0 ppi_din7.0 ppi_pain7.0 ppi_pbin7.0 ppi pcin7.0gw8255RESETDOUT7.0CLKPAOUT7.0nCSPAENnRDPBOUT7.0nWRPBENA1.0PCOUT7.0DIN7.0PCEN7.0PAIN7.0PBIN7.0PCIN7.08255Appi_dout7.0ppi paout7.0 ppi_paenppi pbout7.0 ppi_pben pp

16、i_pcout7.0 ppi pcen7.0inst5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(fù)責(zé)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

17、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(jìn)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，例如可以分 為串行和并行

18、兩種；也可以分為二進(jìn)制格式、 ACSII 編碼和 BCD編碼等。信息類型不匹配 : 不同 I O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(jìn)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

19、；（5）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(jìn)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(dāng)前的狀態(tài)，如果外設(shè)準(zhǔn)備就緒， 則進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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)

20、行其他程序，一旦外設(shè)為數(shù)據(jù)交 換準(zhǔn)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(dāng)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 I O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（ I O接口芯片）管理 I O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(jìn)行中斷，啟動中斷控制器， 還要保留

21、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 大量數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的性能會很低。（3）DMA（直接存儲器存取）傳送方式 DMA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(jìn)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

22、 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(jìn)行傳送，這樣 數(shù)據(jù)傳送速度大大提高，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?，F(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(biāo)準(zhǔn)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 I

23、ntel 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 DM（A 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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)接口是串行口，現(xiàn)在的 PC 機一般至少有兩個串行口 COM1 和 COM。2 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

24、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(biāo)準(zhǔn)的 PCI O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 IDE接口插座，分別標(biāo)注為 IDE1和 IDE2。(2)EIDE

25、接口EIDE接口較 IDE 接口有了很大改進(jìn)，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 CD ROM驅(qū)動器磁盤備份設(shè)備等。其次， EIDE標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。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 8.4GB(有些已達(dá)到