計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)實(shí)訓(xùn) 賈立娟

1、 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)賈立娟 編寫(xiě)適用專業(yè)： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用專業(yè) 內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系二一六年六月 1 / 20內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)實(shí)訓(xùn)目 錄計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)實(shí)訓(xùn)任務(wù)書(shū)一、基本情況二、實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)、任務(wù)與要求三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容四、時(shí)間安排與考核方式五、實(shí)訓(xùn)要求六、 項(xiàng)目實(shí)施（1）可編程并行通信接口芯片8255A （2）可編程串行通信接口芯片8251A （3）可編程中斷控制器8259A （4）可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)控制器8253 （5）可編程DMA控制器8237A 七、實(shí)訓(xùn)的方式與方法 八、實(shí)訓(xùn)報(bào)告的內(nèi)容與要求19內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)實(shí)

2、訓(xùn)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)實(shí)訓(xùn)任務(wù)書(shū)一、基本情況課程名稱計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)班級(jí)和人數(shù)計(jì)網(wǎng)141指導(dǎo)教師賈立娟使用實(shí)訓(xùn)室407二、實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)、任務(wù)與要求1、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用專業(yè)的必修課，其課程實(shí)訓(xùn)作為課程實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，是教學(xué)過(guò)程中必不可少的重要內(nèi)容。通過(guò)實(shí)訓(xùn)，可以幫助學(xué)生加深理解、鞏固接口、接口應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)；熟悉掌握接口的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用，達(dá)到學(xué)必用、學(xué)即用，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本課程的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、分析能力、綜合解決問(wèn)題的能力。為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件與接口、單片機(jī)、智能設(shè)備開(kāi)發(fā)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容本次實(shí)訓(xùn)總時(shí)長(zhǎng)為兩周共

3、34學(xué)時(shí)，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要是設(shè)備配置，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容概況及實(shí)訓(xùn)參考書(shū)目如下表所示：表1：實(shí)訓(xùn)內(nèi)容基本情況一覽表序號(hào)項(xiàng)目名稱內(nèi)容摘要考核分1可編程并行通信接口芯片8255A8255的特點(diǎn)、編程控制、具體應(yīng)用。152可編程串行通信接口芯片8251A 8251的基本性能、在微機(jī)系統(tǒng)中的基本任務(wù)和作用、編程控制、具體應(yīng)用153可編程中斷控制器8259A 8259A的觸發(fā)方式和中斷響應(yīng)過(guò)程；中斷矢量的形成及找到中斷服務(wù)程序入口地址。8259A中斷優(yōu)先級(jí)輪換和中斷結(jié)束。304可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)控制器82538253的特點(diǎn)、編程控制、具體應(yīng)用205可編程DMA控制器8237A 8237A的工作過(guò)程及編程控制。20表2：

4、參考書(shū)目序號(hào)作者書(shū)名出版社1鄭學(xué)堅(jiān)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用清華大學(xué)出版社，2范乃英算機(jī)組成原理清華大學(xué)出版社四、時(shí)間安排與考核方式1、 實(shí)訓(xùn)時(shí)間安排為一周，2、 考核形式及考核時(shí)間：實(shí)訓(xùn)結(jié)束后由實(shí)訓(xùn)教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作考核及實(shí)訓(xùn)報(bào)告答辯考核。3、 考核成績(jī)構(gòu)成： 實(shí)訓(xùn)總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（50%）與實(shí)訓(xùn)考核成績(jī)（50%）兩部分構(gòu)成。其中平時(shí)成績(jī)包括出勤、紀(jì)律等情況，實(shí)訓(xùn)考核成績(jī)包括實(shí)訓(xùn)操作情況、實(shí)訓(xùn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)情況、實(shí)訓(xùn)答辯等內(nèi)容。五、實(shí)訓(xùn)要求課程實(shí)訓(xùn)應(yīng)達(dá)到如下基本要求：1、熟悉掌握8255A的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。2、熟悉掌握8251A的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各

5、工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。3、熟悉掌握8259A的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。4、熟悉掌握8253A的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。5、熟悉掌握8237A的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。六、項(xiàng)目實(shí)施1 8255A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能12、8255A并行接口應(yīng)用 可編程并行接口8255A可為86系列微處理機(jī)提供3個(gè)獨(dú)立的并行輸入/輸出端口。利用輸出端口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連，可控制輸出模擬量的大小。這個(gè)模擬量可以是電壓的高低、電流的大小、速度的快慢、聲音的強(qiáng)弱以及

6、溫度的升降等。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器又可將它們變換為數(shù)字量，通過(guò)并行輸入端口送回微機(jī)系統(tǒng)中。這樣一種閉環(huán)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在實(shí)踐中應(yīng)用非常廣泛。一個(gè)由8086CPU和8255A為主體構(gòu)成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖如圖8.20所示。由圖可看出，8255A中端口A工作在方式0，完成輸出功能，用來(lái)向數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出8位數(shù)字信息。端口B工作在方式1，完成輸入功能，用來(lái)接收由模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的8位數(shù)字信息。端口C作控制用，PC7用作模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的啟動(dòng)信號(hào)，PC2用作輸入的STBB信號(hào)，PC0用作中斷請(qǐng)求信號(hào)INTRB，通過(guò)中斷控制器8259A可向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，這些都要由初始化程序來(lái)定義。 可使用的初始化和控

7、制程序如下：INTT：MOVDX，8255A控制端口MOVAL，86HOUTDX，AL初始化8255AMOVAL，05HOUTDX，AL；MOVDX，8259A偶地址端口MOVAL，13HOUTDX，ALMOVDX，8259A奇地址端口MOVAL，40HOUTDX，AL初始化8259AMOVAL，03HOUTDX，ALMOVAL，0FEHOUTDX，AL；POUT：MOVDX，8255A端口AMOVAL，XXH從端口A輸出8位數(shù)據(jù)OUTDX，AL；MOVDX，8255A端口CMOVAL，80HOUTDX，AL啟動(dòng)ADC0809MOVAL，0OUTDX，AL；WAIT：STIJMPWAIT40H

8、類(lèi)型中斷服務(wù)程序：MOVDX，8255A端口BINAL，DXIRET任務(wù)要求：熟悉掌握8255A的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。完成答辯15分2、可編程串行通信接口芯片8251A8251A由發(fā)送器、接收器、數(shù)據(jù)總線緩沖存儲(chǔ)器、讀/寫(xiě)控制電路及調(diào)制/解調(diào)控制電路等5部分組成，如圖8.26所示。引腳信號(hào)如圖8.27所示21 8251A串行接口應(yīng)用 采用8251A實(shí)現(xiàn)串行接口通信是在兩臺(tái)微機(jī)中各設(shè)置一個(gè)RS232串行接口。每個(gè)RS232串行接口采用一片8251A芯片，其通信結(jié)構(gòu)流程圖如圖8.32所示。可采用異步或同步方式實(shí)現(xiàn)單工、雙工或半雙工通信。當(dāng)采用查詢方式

9、，異步傳送，雙方實(shí)現(xiàn)半雙工通信時(shí)，初始化程序由兩部分組成。一部分是將一方定義為發(fā)送器，另一部分是將對(duì)方定義為接收器。發(fā)送器CPU每查詢到TXRDY有效，則向8251A并行輸出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；接收端CPU每查詢到RXRDY有效，則從8251A并行輸入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；一直進(jìn)行到全部數(shù)據(jù)傳送完畢為止。 發(fā)送端初始化程序與發(fā)送控制程序如下所示：STT：MOVDX,8251A控制端口;MOVAL,7FHOUTDX,ALMOVAL,11HOUTDX,ALMOVDI，發(fā)送數(shù)據(jù)塊首地址MOVCX，發(fā)送數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)；NEXT：MOVDX,8251A控制端口IN AL,DXAND AL,01HJZ NEXTMOV D

10、X,8251A控制端口；MOV AL,DIOUT DX,ALINC DILOOP NEXTHLT接收端初始化程序和接收控制程序如下所示：SRR：MOV DX,8251A控制端口MOV AL,7FHOUT DX,AL ；初始化8251AMOV AL,04HOUT DX,ALMOV DL, 接收數(shù)據(jù)塊首地址 ；置接收數(shù)據(jù)塊指針和計(jì)數(shù)值MOV CX,接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)COMT:MOV DX,8251A控制端口IN AL,DXROR AL,1；查詢RXRDY有效否ROR AL,1JNC COMTROR AL,1ROR AL,1；查詢是否有奇偶校驗(yàn)錯(cuò)JC ERRMOV DX 8251A數(shù)據(jù)端口IN AL,D

11、X；輸入一個(gè)字節(jié)到接收數(shù)據(jù)塊MOV DI,ALINC DILOOP COMTHLT設(shè)計(jì)1：8251A的控制和狀態(tài)端口地址為52H，數(shù)據(jù)輸入/輸出口地址為50H(輸出端口未用)，輸入50個(gè)字符，將字符放在BUFFER所指的內(nèi)存緩沖區(qū)中。請(qǐng)寫(xiě)出這段的程序。任務(wù)要求 熟悉掌握8251A的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。完成答辯15分3 8259A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 31 8259A芯片的級(jí)聯(lián)使用一片8259A芯片只能管理8級(jí)中斷，在多于8級(jí)中斷的系統(tǒng)中，必須將多片8259A級(jí)聯(lián)使用。最簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)方式為兩級(jí)，第1級(jí)只需一片8259A用作主片，第2級(jí)可接18片8259A用作

12、從片，如圖9.5所示。32 8259A級(jí)聯(lián)使用的初始化程序 某系統(tǒng)中設(shè)置兩片8259A實(shí)現(xiàn)中斷控制，它們之間采用級(jí)聯(lián)方式連接，一片從8259A的INT端與主8259A的IR3端相連，已知當(dāng)前主8259A的IR0和IR5端上分別引入兩個(gè)中斷請(qǐng)求，從8259A的IR2和IR3端上也分別引入兩個(gè)中斷請(qǐng)求，如圖9.17所示。 已知主8259A引入的中斷類(lèi)型碼分別為40H和45H，它們的中斷服務(wù)程序在同一段中，其段基址為1000H，偏移地址分別為1050H和2060H，而由從8259A引入的中斷請(qǐng)求IR2和IR3的中斷類(lèi)型碼為32H和33H，它們的中斷服務(wù)程序的段基址為2000H。偏移地址分別為5440

13、H和3620H，那么首先應(yīng)將4個(gè)中斷入口寫(xiě)入中斷入口地址表中，如圖9.18所示。若已知主8259A的端口地址為FFE8H和FFE9H，從8259A的端口地址為FFFAH和FFFBH，應(yīng)分別對(duì)主8259A和從8259A進(jìn)行初始化操作。對(duì)主8259A的初始化程序段如下：MOVAL， 11HMOVDX， 0FFE8HOUTDX， AL；定義ICW1MOVAL， 40HMOVDX， 0FFE9HOUTDX， AL；定義ICW2MOVAL， 08HOUTDX， AL；定義ICW3MOVAL， 11HOUTDX， ALH；定義ICW4MOVAL， 0D6HOUTDX， AL；定義OCW1MOVAL， 20

14、HMOVDX， 0FFE8HOUTDX， AL；定義OCW2經(jīng)過(guò)這樣初始化的主8259A中斷控制器被定義為級(jí)聯(lián)使用方式，中斷請(qǐng)求信號(hào)IRi采用邊沿觸發(fā)方式；可引入的中斷類(lèi)型碼為40H47H;主8259A的IR3端上接有從8259A;采用特殊完全嵌套方式，非自動(dòng)EOI結(jié)束方式，非緩沖方式，由SP=1確定為主8259A；屏蔽掉IR0，IR3和IR5以外的其他中斷源；采用普通EOI結(jié)束方式。對(duì)從8259A的初始化程序段如下：MOVAL， 11HMOVDX， 0FFFAHOUTDX， AL；定義ICW1MOVAL， 30HMOVDX， 0FFFBHOUTDX， AL；定義ICW2MOVAL， 03OU

15、TDX， AL；定義ICW3MOVAL， 11HOUTDX， AL；定義ICW4MOVAL， 0F3HOUTDX， AL；定義OCW1MOVDX， 0FFFAHMOVAL， 20HOUTDX， AL；定義OCW2經(jīng)過(guò)這樣初始化的從8259A中斷控制器被定義為級(jí)聯(lián)使用方式，中斷請(qǐng)求信號(hào)IRi采用邊沿觸發(fā)方式；可引入的中斷類(lèi)型碼為30H37H；該從8259A接在主8259A的IR3端上；采用特殊完全嵌套方式，非自動(dòng)EOI結(jié)束方式，非緩沖方式，由SP=0確定為從8259A；屏蔽掉IR2和IR3以外的其他中斷源；采用普通EOI結(jié)束方式。不管是對(duì)主8259A還是從8259A，操作命令字OCW3可在操作過(guò)

16、程中根據(jù)需要來(lái)設(shè)置。任務(wù)要求：熟悉掌握8259A的框圖和引腳、特點(diǎn)、中斷觸發(fā)方式和中斷響應(yīng)過(guò)程、 8259A的編程控制并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。完成答辯30分4可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)控制器8253 41 8253計(jì)數(shù)/定時(shí)控制器應(yīng)用 定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253可與8086/8088CPU相連構(gòu)成完整的定時(shí)、計(jì)數(shù)或脈沖發(fā)生器系統(tǒng)。例如，某8086系統(tǒng)中包含一片8253芯片，要求完成如下功能： 利用通道0完成對(duì)外部事件計(jì)數(shù)功能，計(jì)滿100次向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 利用通道1產(chǎn)生頻率為1kHz的方波。 利用通道2作標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖如圖9.24所示。 在圖9.中，8253的數(shù)據(jù)線(D7D0)固定與8086 CP

17、U的高8位數(shù)據(jù)線(D15D8)相連。由于8086 CPU中高8位數(shù)據(jù)線與存儲(chǔ)器或I/O端口的奇地址的數(shù)據(jù)線相連，因此要求8253的端口地址必須是奇地址(A0=1)。為此圖9.24中8253的端口地址碼(A1A0)與8086 CPU的A2A1相連，而8086的A0固定為“1”參加高位地址譯碼，以形成對(duì)8253的片選信號(hào)CS，以保證CPU訪問(wèn)8253的端口地址均為奇地址。根據(jù)圖9.24的連接方式和對(duì)系統(tǒng)的要求，應(yīng)將通道0定義為工作方式0，完成計(jì)數(shù)功能，其計(jì)數(shù)值為100=64H。通道1應(yīng)定義為工作方式3，輸出頻率為1kHz的方波，從CLK1輸入2.5MHz的時(shí)鐘脈沖， 其重復(fù)周期為0.4s，而輸出方

18、波的周期應(yīng)為1ms。因此，通道1的計(jì)數(shù)初值應(yīng)為2500=09C4H。通道2應(yīng)定義為方式0，完成定時(shí)功能，每秒鐘利用OUT2向CPU發(fā)出一次中斷請(qǐng)求，由輸入時(shí)鐘頻率為1kHz，計(jì)數(shù)初值應(yīng)為1000。為完成上述功能，所需要的初始化程序如下：STT： MOVDX，8253控制端口地址MOVAL，10H；定義通道0工作在方式0OUTDX，ALMOVDX，通道0端口地址MOVAL，64H；給通道0送計(jì)數(shù)值OUTDX，ALMOVDX，8253控制端口MOVAL，76H ；定義通道1為方式3OUTDX，ALMOVDX，通道1端口MOVAX，09C4HOUTDX，AL ；給通道1送計(jì)數(shù)初值MOVAL，AHOU

19、TDX，ALMOVDX，8253控制端口MOVAL，B1H ；定義通道2為方式0OUTDX，ALMOVDX，通道2端口MOVAX，1000HOUTDX，AL ；給通道2送計(jì)數(shù)初值MOVAL，AHOUTDX，ALMOVDX，8259A偶地址端口MOVAL，13HOUTDX，ALMOVDX，8259A奇地址端口MOVAL，50H對(duì)8259A初始化，定義通道0和通道2的OUTDX，AL；中斷類(lèi)型碼分別為50H和52HMOVAL，03OUTDX，ALMOVAL，0FAHOUTDX，AL；STIHH：HLTJMP HH完整的程序還應(yīng)包含兩個(gè)中斷服務(wù)程序。其一用來(lái)處理通道0發(fā)出的計(jì)數(shù)到中斷，這要根據(jù)控制現(xiàn)

20、場(chǎng)的實(shí)際需要編制相應(yīng)的處理程序。其二用來(lái)處理通道2和1s定時(shí)中斷，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)完整的時(shí)鐘控制程序。設(shè)計(jì)2：用8253產(chǎn)生一個(gè)可編程采樣速率的A/D子系統(tǒng)，要求通過(guò)8253的3個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器0工作在方式2、計(jì)數(shù)器1工作在方式1，計(jì)數(shù)器2工作在方式3。設(shè)它們的3個(gè)初始計(jì)數(shù)值分別設(shè)為X，Y和Z(X，Y，Z小于256)，時(shí)鐘頻率設(shè)為F，用OUT0產(chǎn)生脈沖作為ADC的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。GATE1和GATE2引線輸入一個(gè)由低電平到高電平的跳變啟動(dòng)信號(hào)，作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器在YZ/F秒時(shí)間內(nèi)以每秒F/X個(gè)樣本速率進(jìn)行量化輸入操作。設(shè)8253端口地址為0040H，0042H，0044H，0046H，

21、寫(xiě)出8253的初始化程序。任務(wù)要求：熟悉掌握8253的特點(diǎn)、工作過(guò)程及各工作方式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合和編程控制，并能設(shè)計(jì)應(yīng)用。完成答辯 20分5可編程DMA控制器8237A52 8237A DMA控制器的編程及其應(yīng)用8237A共包含4個(gè)通道，每個(gè)通道占用2個(gè)端口地址，再加上工作方式寄存器和狀態(tài)寄存器合用一個(gè)端口，因此整個(gè)8237A芯片共包含9個(gè)端口地址，可用最低4位地址碼(A3A0)來(lái)對(duì)它們尋址。高位地址碼(A15A4)經(jīng)譯碼后，可用來(lái)形成8237A的片選信號(hào)，使CS有效，與I/OW，I/OR和地址碼A3配合可完成對(duì)有關(guān)寄存器的讀寫(xiě)操作。某8086微機(jī)系統(tǒng)中，利用8237A DMA控制器的0通道為某臺(tái)外設(shè)與存儲(chǔ)器之間構(gòu)成直接數(shù)據(jù)傳送通道的系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)流程圖如圖9.31所示。如果要求從外