《微机原理实验课件》课件

《微机原理实验》课件实验课程介绍理论知识与实践结合本课程将理论知识与实践相结合，帮助学生理解微机原理并掌握实际操作技能。动手操作为主课程以动手操作为主，通过一系列实验，加深学生对微机原理的理解。培养问题解决能力课程旨在培养学生独立解决问题的能力，提高分析和解决微机系统相关问题的能力。实验目标深入理解微机原理掌握微机系统组成、指令系统、汇编语言编程、中断机制和I/O接口等关键概念。培养实践操作能力通过动手实验，熟练掌握微机系统操作、汇编语言编程、调试程序等技能。提升问题解决能力面对实验中的问题，能够独立分析、解决问题，并最终完成实验任务。实验预备知识数字逻辑基础理解基本的逻辑门、组合电路和时序电路，为后续学习微机系统奠定基础。计算机组成原理掌握计算机的硬件组成，包括CPU、内存、输入输出设备、总线系统等，以及它们之间的相互作用。汇编语言基础了解汇编语言的指令格式、寻址方式、数据操作指令、程序控制指令等，为后续实验编程做准备。微机系统组成微机系统由多个部件组成，它们协同工作完成各种任务。常见的微机系统组成部件包括：中央处理器(CPU)：负责执行指令，控制整个系统的运行。内存(RAM)：存储正在运行的程序和数据。输入输出设备(I/O)：负责与外部世界交互，包括键盘、鼠标、显示器等。总线系统：连接各个部件，实现数据传输和控制信号传递。微机中的CPU中央处理器(CPU)是微机的核心，负责执行指令、控制数据流、处理信息。CPU就像大脑，负责所有运算和决策。CPU通常包含以下主要部分：运算器：进行算术和逻辑运算控制器：控制指令执行顺序、数据传输寄存器组：暂时存储数据和指令高速缓存：提高数据访问速度微机中的内存内存是微机系统中用来存储数据的核心部件。内存是一种高速、易失性存储器，用于保存正在执行的程序和数据，可以被CPU直接访问。内存的容量通常以字节为单位，常用的单位有KB、MB、GB等。内存的访问速度非常快，可以达到纳秒级。内存通常由DRAM芯片组成，DRAM是一种动态随机存取存储器。为了保证内存的可靠性，在电源断开时，内存中的数据会丢失。微机中的输入输出设备键盘作为最常用的输入设备，键盘将用户按键转换为计算机可识别的信号。鼠标鼠标作为一种指向设备，可以控制光标并执行各种操作。显示器显示器是计算机的主要输出设备，将计算机处理的结果以图形或文字形式呈现。打印机打印机将计算机中的信息以纸质形式打印出来。微机总线系统微机总线系统是连接微机系统中各个部件的“桥梁”，负责数据、地址和控制信息的传输。它类似于公路，数据、地址和控制信息就像汽车，通过总线进行传输，完成各个部件之间的通信。微机指令系统1指令集CPU执行的特定指令集合。2操作码指令的编码，告诉CPU执行什么操作。3操作数指令中涉及的数据，可以是寄存器、内存地址或立即数。微机控制指令转移指令改变程序执行顺序，跳转到指定的地址，实现程序流程控制。中断指令用于处理外部事件，暂停当前程序执行，并跳转到中断服务程序。I/O指令用于与外设进行数据交互，实现信息的输入和输出。汇编语言编程基础指令集汇编语言是一种低级语言，直接与计算机硬件交互，使用指令集控制CPU的行为。符号地址汇编语言使用符号地址代替内存地址，方便编程和调试。宏指令宏指令可以定义代码片段，简化代码编写，提高程序效率。汇编语言指令格式操作码指定指令执行的操作，如加、减、乘、除等。操作数参与指令操作的数据或地址，可以是寄存器、内存单元或立即数。寄存器访问与传送1寄存器概念寄存器是CPU内部的高速存储单元，用于存放运算过程中需要频繁访问的数据和指令。2数据传送指令MOV指令用于将数据从一个位置传送到另一个位置，例如从内存传送到寄存器，或从一个寄存器传送到另一个寄存器。3地址访问LEA指令用于将内存单元的地址传送到寄存器，方便后续访问内存单元。数据移动指令MOV将源操作数的值复制到目的操作数。LEA将操作数的地址加载到目的操作数。PUSH将操作数压入堆栈。POP将堆栈顶部的值弹出到目的操作数。算数逻辑指令1加法指令执行加法运算2减法指令执行减法运算3乘法指令执行乘法运算4除法指令执行除法运算5逻辑运算指令执行逻辑运算程序控制指令1跳转指令改变程序执行流程2条件跳转指令根据条件改变程序执行流程3调用指令调用子程序4返回指令从子程序返回中断机制异步事件中断是一种异步事件，可以随时发生，打破程序正常执行流程。高效处理中断机制允许系统及时响应外部事件，提高效率，例如键盘输入、定时器溢出。程序跳转发生中断时，CPU会暂停当前程序，跳转到相应的处理程序，完成后再恢复执行。中断响应流程1中断发生当某个设备发出中断请求时，CPU会暂停当前程序的执行，并开始处理中断。2中断识别CPU会根据中断源的地址，找到对应的中断向量表，并读取中断服务程序的地址。3保护现场CPU会将当前程序的寄存器内容保存到堆栈中，以便中断处理完成后，能够恢复到原来的执行状态。4跳转执行CPU会跳转到中断服务程序的地址，开始执行中断处理代码。5中断处理中断服务程序会根据中断类型，进行相应的处理，例如读取设备数据，处理错误信息等。6恢复现场中断处理完成后，CPU会从堆栈中恢复之前保存的寄存器内容，并返回到原来的程序执行状态。中断服务程序编写1中断向量表中断服务程序的入口地址2中断处理识别中断类型，执行相应操作3中断返回恢复中断前的状态，返回主程序DMA传输机制直接内存访问DMA允许设备直接访问内存，绕过CPU，从而提高数据传输效率。专用控制器DMA控制器负责管理数据传输，包括地址生成、数据传输和错误检测。提高效率DMA传输释放了CPU，使其能够执行其他任务，从而提高系统整体性能。DMA数据传输流程CPU发出DMA请求CPU将DMA请求发送给DMA控制器。DMA控制器接管总线DMA控制器从CPU获取控制权，并控制数据传输。数据传输DMA控制器直接将数据从源设备传输到目标设备。DMA传输完成DMA控制器通知CPU传输完成，CPU恢复控制权。存储器映射I/O内存存储器映射I/O中，I/O设备被映射到内存地址空间，CPU通过内存访问指令访问I/O设备。I/O端口I/O设备被分配了特定的地址，就像内存单元一样，方便CPU直接访问。CPUCPU使用相同的指令集访问内存和I/O设备，简化了编程和硬件设计。端口式I/O端口地址每个端口都对应一个唯一的地址，用于识别和访问。数据传送通过CPU指令将数据写入或从端口读取数据。控制逻辑端口包含控制逻辑，用于管理数据流和信号。8255编程实验1实验目的熟悉8255芯片的工作原理2实验内容利用8255芯片实现I/O端口控制3实验步骤编写程序控制8255芯片8253编程实验1定时器定时/计数功能2中断定时器中断3计数外部事件计数8259编程实验1中断控制器8259是可编程中断控制器，用于管理多个中断源2中断优先级8259支持可编程的中断优先级，保证重要中断及时响应3中断向量8259为每个中断源分配唯一的向量，引导CPU执行对应中断服务程序4实验内容学习8259编程，编写程序控制中断源，实现不同的中断处理逻辑串行通信实验1UART了解串行通信的基本原理和UART接口的编程2通信协议掌握常见串行通信协议，如RS-232和RS-4853实际应用通过实验验证串行通信在数据传输和设备控制中的应用并行通