微机原理与接口技术的学习总结

1、 期 末 论 文 中文题目:微机原理与接口技术的学习总结 英文题目: Summarize the study of Microcomputer Principle and interface technology 学生姓名 系 别 机电工程系 专业班级 2011级农业机械化及其自动化专业二班 指导教师 成绩评定 2013年11月目 录摘 要11 微机部分21.1 8086系统21.1.1 BIU与EU的动作协调原则：21.1.2 它的工作模式21.1.3 它的寻址方式31.2 汇编语言31.3 存储器41.4 可编程计数器/定时器8253/8254及其应用41.5 可编程外围接口芯片8255A

2、及其应用52 接口技术部分62.1 I/0接口的概念62.1.1接口的分类62.1.2 接口的功能62.1.3 接口的控制方式72.2 常见接口82.2.1 并行接口82.2.2 串行接口92.2.3 磁盘接口92.2.4 SCSI接口92.2.5 USB接口10参 考 文 献11摘 要 通过30多个学时的学习与认知，我已经初步了解了一些典型微机的原理和一些接口的分类，并通过实验用汇编语言将二者联系了起来，更加深了印象，并撰写本文。微机原理部分主要是对从课本上学习到的一些知识进行了整理，主要是8086系统，学习了它的工作模式、寻址方式、存储器并通过汇编语言实现了对它的控制。后续又接触了并行接口

3、的8255A等。接口技术部分主要是学习了I/O接口的概念、分类、功能以及控制方式。后续又了解了一些串并行接口、磁盘接口、SCSI接口以及最新的USB接口等。细节部分围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构、工作模式，介绍了8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程。关键字： 8086CPU I/O接口 汇编语言 串并行通信微机原理与接口技术的学习总结 （ ）1 微机部分1.1 8086系统1.1.1 BIU与EU的动作协调原则：总线接口部件（BIU）

4、和执行部件（EU）按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务：（1）每当8086的指令队列中有两个空字节，或8088的指令队列中有一个空字节时，BIU就会自动把指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序。（2）每当EU准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令队列前部取出指令的代码，然后用几个时钟周期去执行指令。在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者IO端口，那么EU就会请求BIU，进入总线周期，完成访问内存或者IO端口的操作；如果此时BIU正好处于空闲状态，会立即响应EU的总线请求。如BIU正将某个指令字节取到指令队列中，则BIU将首先完成这个取指令的

5、总线周期，然后再去响应EU发出的访问总线的请求。（3）当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU便进入空闲状态。（4）在执行转移指令、调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。从上述BIU与EU的动作管理原则中，不难看出，它们两者的工作是不同步的，正是这种既相互独立又相互配合的关系，使得8086/8088可以在执行指令的同时，进行取指令代码的操作，也就是说BIU与EU是一种并行工作方式，改变了以往计算机取指令译码执行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，这正是8086/8088获

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 它的寻址方式：（1)数据操作数这类操作数是与数据有关的操作数，即指令中操作的对象是数据。数据操作数又可分为：A 立即数操作数。指令中要操作的数据包含在指令中。B 寄存器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的寄存器中。C 存储器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的存储单元中。D I/O操作数。指令中要操作的数据来自或送到I/O端口。E 地址操作数这类操作数是与程序转移地址有关的操作数，即指令中操作的对象不是数据，而是要转移的目标地址。它也可以分为立即数操作数、寄存器操作数和存储器操作数，即要转移的目标地址包含在指令中，或存放在寄

7、存器中，或存放在存储单元之中。对于数据操作数，有的指令有两个操作数：一个称为源操作数，在操作过程中其值不改变；另一个称为目的操作数，操作后一般被操作结果代替。有的指令只有一个操作数，或没有(或隐含)操作数。对于地址操作数，指令只有一个目的操作数，它是一个供程序转移的目标地址。下面以MOV指令为例：MOVdst，src；(dst)(src)1.2 汇编语言汇编语言是一种利用指令助记符、符号地址、标号来编写的计算机语言。是机器语言的符号表示，是面向机器的语言，是较低级的语言。利用汇编语言编写的程序称为源程序，需要通过汇编程序翻译成二进制代码的目标程序，再经过与库文件的连接，最后得到可执行文件程序，

8、才能在机器上直接运行。本章主要内容是汇编语言语句类别、MASM的运算符及其表达式、伪指令语句格式和作用、基本程序结构、调用程序和被调用程序之间的数据传送途径以及汇编源程序上机调试过程。本章重点是阅读程序和编写程序。本章知识要点如：汇编语言语句类别：实指令语句、伪指令语句、宏指令语句，程序基本机构：顺序结构、分支结构、循环结构、过程（子程序）-参数传递途径：寄存器约定、存储器约定、堆栈传递，程序开发步骤：编辑-汇编-链接-调试程序。伪指令语句：符号定义指令EQU、=，数据定义伪指令DBDWDD,段定义伪指令SEGMENTENDS,过程定义伪指令PROCENDP段指派伪指令ASSUME程序定位伪指

9、令ORG汇编结束伪指令END。伪指令语句中的名字可以是变量名、段名、过程名。（1）标号的段属性是定义标号在程序段的段地址。当程序中引用一个标号时，该标号的段值应在CS寄存器中。（2）标号的偏移量属性表示标号所在段的起始地址到定义该标号的地址之间的字节数。偏移量是一个16位无符号数。（3）标号的类型属性有两种：NEAR和FAR。前一种标号可以在段内被引用，地址指针为2字节；后一种标号可以在其他段被引用，地址指针为4字节。如果定义一个标号时后跟冒号，则汇编程序确认其类型为NEAR。变量也有三种属性：段、偏移量和类型。（1）变量的段属性是变量所代表的数据区所在段的段地址。由于数据区一般在存储器的数据

10、段中，因此变量的段地址常常在DS和ES寄存器中。（2）变量的偏移量属性是该变量所在段的起始地址与变量的地址之间的字节数。（3）变量的类型属性有BYTE(字节)、WORD(字)、DWORD(双字)、QWORD(四字)、TBYTE(十字)等，表示数据区中存取操作对象的大小。1.3 存储器半导体存储器是指用半导体器件作为存储器介质的存储器。目前，计算机的内存储器（主存储器）都由半导体存储器芯片担任。本章讨论半导体存储器芯片的类型、存储原理、使用场合、引脚功能、如何与CPU（或系统总线）连接以及及软件验证l连接是否正确等问题。本章知识要点：存储器作用-存放程序和数据-只存放二进制数；半导体存储器芯片分

11、类：RAM:SRAM,DRAMROM:掩膜ROMPROM:PROMEPPOMEEPROM；存储器芯片-存储器容量-引脚功能；主存储器设计：计算芯片数，地址分配、片选逻辑-与系统连接-软件验证；片选逻辑：全译码，部分译码：基本地址、重叠地址。在学习时要知道存储器芯片的存储容量的计算方法（单元数X位数/单元）,掌握常用芯片的的存储特点和使用场合，存储芯片的常用引脚及其功能要知道，在扩展时要会计算所需存储器的数量，有关存储器芯片与系统总线或CPU得连接问题，会计算各存储器的芯片地址范围。1.4 可编程计数器/定时器8253/8254及其应用本章主要内容是：定时器/计数器的应用场合；如何实现定时/计数

12、；可编程计数器/定时器8253芯片的内部结构、引脚功能、计数原理、6种工作方式下的工作条件和输出波形特征。重点是8253芯片的实际应用。本章知识要点：定时/计数应用场合；定时/计数的实现：软件：延时子程序、硬件：数字逻辑电路（如单稳态时定时器电路等）、采用可编程定时器/计数器；可编程定时器/计数器8253：引脚功能、通道的编程结构-通道的6种工作方式、芯片使用：硬件连线、软件编程。8253的引脚功能：与系统总线相连：数据引脚D0D7、地址引脚A1、A0、控制引脚RD/CS/WR；通道引脚CLKGATEOUT其他引脚GNDVCC可编程计数器/定时器8253的工作方式：方式0：计数结束中断方式，方

13、式1：可编程单稳态输出方式，方式2：比率发生器（分频器），方式3：方波发生器，方式4：软件触发选通，方式5：硬件触发选通。1.5 可编程外围接口芯片8255A及其应用本章主要内容是并行输入/输出接口概念，可编程并行输入/输出接口芯片8255A的内部结构、引脚功能、3种工作方式下的输入输出工作过程及其实际应用。本章主要知识点： 并行接口概念8255A：引脚功能、内部结构-A口B口C口、实际工作方式-数据传送过程、实际使用-硬件连线-软件编程。3种工作方式：方式0：基本输入/输出，方式1：选通输入/输出，方式2：双向传送8255A的引脚：与系统总线相连：数据引脚D0D7,地址引脚A1A0,控制引脚

14、RDCSWRRESET;端口线：端口PA7PA0；端口C：PC7PC4PC3PC0；端口B：PB7-PB0；其他引脚：GNDVCC，如图是8255的引脚图：图1 8255引脚图2 接口技术部分2.1 I/0接口的概念2.1.1接口的分类I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和 外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：（1）I/O接口芯片这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。（2）I/O接口控制卡有若干个集成电

15、路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与CPU同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。2.1.2 接口的功能由于计算机的外围设备品种繁多，几乎都采用了机电传动设备，因此，CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：速度不匹配:I/O设备的工作速度要比CPU慢许多，而且由于种类的不 同，他们之间的速度差异也很大，例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。时序不匹配:各个I/O设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传 输数据，无法与CPU的时序取得统一。信息格式不匹配:不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同

16、，例如可以分为串行和并行两种；也可以分为二进制格式、ACSII编码和BCD编码等。信息类型不匹配:不同IO设备采用的信号类型不同，有些是数字信号，而 有些是模拟信号，因此所采用的处理方式也不同。基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口有以下一些功能：（1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以成帧器适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；（2）能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；（3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数模或模数转换器等；（4）协调时序差异；（5）

17、地址译码和设备选择功能；（6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。2.1.3 接口的控制方式CPU通过接口对外设进行控制的方式有以下几种：（1）程序查询方式这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低。（2）中断处理方式在这种方式下，CPU不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换

18、准备就绪，可以向CPU提出服务请求，CPU如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个IO设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器（IO接口芯片）管理IO设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。此外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，花费的工作量很大，这样如果需要大

19、量数据交换，系统的性能会很低。（3）DMA（直接存储器存取）传送方式DMA最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须CPU介入，大大提高CPU的工作效率。在进行DMA数据传送之前，DMA控制器会向CPU申请总线控制权，CPU如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由DMA控制器掌握，在传输结束后，DMA控制器将总线控制权交还给CPU。2.2 常见接口2.2.1 并行接口目前，计算机中的并行接口主要作为打印机端口，接口使用的不再是36针接头而是25针D形接头。所谓“并行”，是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高

20、，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。现在有五种常见的并口：4位、8位、半8位、EPP和ECP，大多数PC机配有4位或8位的并口，许多利用Intel386芯片组的便携机配有EPP口，支持全部IEEE1284并口规格的计算机配有ECP并口。标准并行口4位、8位、半8位:4位口一次只能输入4位数据，但可以输出8位数据；8位口可以一次输入和输出8位数据；半8位也可以。EPP口（增强并行口）:由Intel等公司开发，允许8位双向数据传送，可以连接各种非打印机设备，如扫描仪、LAN适配器、磁盘驱动器和CDROM 驱动器等。ECP口（扩展并行口）:由Microsoft、HP

21、公司开发，能支持命令周期、数据周期和多个逻辑设备寻址，在多任务环境下可以使用DMA（直接存储器 访问）。目前几乎所有的586机的主板都集成了并行口插座，标注为 Paralle1或LPT1，是一个26针的双排针插座。2.2.2 串行接口计算机的另一种标准接口是串行口，现在的PC机一般至少有两个串行口COM1和COM2。串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。这样，虽然速度会慢一些，但传送距离较并行口更长，因此长距离的通信应使用串行口。通常COM1使用的是9针D形连接器，而COM2有些使 用的是老式的DB25针连接器。2.2.3 磁盘接口（1）IDE接口IDE接口也

22、叫做ATA端口，只可以接两个容量不超过528M的硬盘驱动器，接口的成本很低，因此在386、486时期非常流行。但大多数IDE接口不支持DMA数据传送，只能使用标准的PCIO端口指令来传送所有的命令、状态、数据。几乎所有的586主板上都集成了两个40针的双排针IDE接口插座，分别标注为IDE1和IDE2。（2）EIDE接口EIDE接口较IDE接口有了很大改进，是目前最流行的接口。首先，它所支持的外设不再是2个而是4个了，所支持的设备除了硬盘，还包括CDROM驱动器磁盘备份设备等。其次，EIDE标准取消了528MB的限制，代之以8GP限制。第三，EIDE有更高的数据传送速率，支持PIO模式3和模式4标准。2.2.4 SCSI接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）小计算机系统接口，在做图形处理和网络服务的计算机中被广泛采用SCSI接口的硬盘。除了硬盘以外，SCSI接口还可以连接CDROM驱动器、扫描仪和打印机等，它具有以下特点：(1)可同时连接7个外设；(2)总线配置为并行8位、16位或32位；(3)允许最大硬盘空间为8.4GB（有些已达到9.09GB）；(4)更高的数据传输速