微機原理課程論文

1、微機原理課程綜述論文內(nèi)容摘要 微型計算機原理與接口技術(shù)課程是通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎課程，該課程的目的是讓我們掌握微機的基本工作原理，掌握微機應用系統(tǒng)的分析方法和設計方法，為微機在本專業(yè)以后的學習和研究應用中打下良好的基礎。關鍵詞 80X86 匯編語言 接口技術(shù) 正文一、課程綜述本課程以微型計算機的原理和應用為主題，系統(tǒng)地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，從而使學生能較清楚的了解微機的結(jié)構(gòu)與工作流程，建立起系統(tǒng)的概念。二、課程主要內(nèi)容和基本原理1.80

2、X86微處理器結(jié)構(gòu)8086/8088 CPU的內(nèi)部是由兩個獨立的工作部件構(gòu)成,分別是總線接口部BIU(Bus Interface Unit)和執(zhí)行部件EU(Execution Unit)。兩者并行操作，提高了CPU的運行效率。 （1）總線接口部件BIUBIU由以下六個部分組成：20位地址加法器4個16位段地址寄存器：代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器SS和附加段寄存器ES1個16位指令指針寄存器IP內(nèi)部寄存器(用于通信、暫存)輸入輸出總線控制電路1個6字節(jié)指令隊列緩沖器功能及工作過程：總線接口部件的功能是負責與存儲器、I/O接口傳送信息。主要工作過程如下：當指令隊列中出現(xiàn)兩個以上

3、的指令字節(jié)空隙（8086是1個字節(jié)空隙）時，BIU會自動按CS和IP值所形成的20位實際物理地址對應的程序存儲器單元中取指令字節(jié)一次從程序存儲器中取兩個指令字節(jié)，順序存放在指令隊列寄存器中由EU從隊列指令中取走位于前列的指令，若指令需要在內(nèi)存單元中讀取數(shù)據(jù)，此時根據(jù)EU的請求在BIU中形成一個20位的存放數(shù)據(jù)的實際物理地址CPU從物理地址單元中取得操作數(shù)，經(jīng)BIU送到內(nèi)部的運算部件（ALU）數(shù)據(jù)總線，再由EU執(zhí)行響應操作根據(jù)指令的性質(zhì)，若需要，再由EU提出請求，將運算結(jié)果寫入由BIU所指出的內(nèi)存單元或者I/O端口中 （2）執(zhí)行部件EU 8086和8088的執(zhí)行部件EU的具體結(jié)構(gòu)都是相同的，包含

4、以下六個部分：4個16位的通用寄存器組（AX、BX、CX、DX）4個16位的專用寄存器（BP、SP、SI、DI）1個16位的算術(shù)邏輯單元（ALU）1個16位的狀態(tài)標志寄存器1個數(shù)據(jù)暫存寄存器執(zhí)行部件的控制電路功能及工作過程：EU從BIU的指令隊列中取出指令代碼由EU控制電路的譯碼器對指令進行譯碼后執(zhí)行指令所規(guī)定的全部功能執(zhí)行指令所得結(jié)果或執(zhí)行指令所需的數(shù)據(jù)，都由EU向BIU發(fā)出命令，對存儲器或I/O接口進行讀/寫操作反映本次操作結(jié)果的狀態(tài)寫入到響應的狀態(tài)寄存器（3）EU和BIU的關系 從上面的操作過程可以看出EU只負責執(zhí)行指令，BIU則負責取指令，讀出操作數(shù)和寫入結(jié)果。對于一般簡單的處理器指令

5、周期中，各種操作是順序進行的。首先取指并譯碼，如果譯碼的結(jié)果需要從存儲器取操作數(shù)，則啟動一個總線周期去讀操作數(shù)；其次執(zhí)行指令；最后存儲操作的結(jié)果。2.80X86指令系統(tǒng)和匯編語言本章重點是8086CPU指令的尋址方式，每條指令的格式、功能及標志的影響；同時還涉及到存儲器單元的物理地址計算、標志位填寫和堆棧操作。我們需要熟練掌握匯編語言類別、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)用程序之間數(shù)據(jù)傳遞途徑以及匯編源程序上機調(diào)試過程。學習匯編語言重點的是閱讀程序和編寫程序。指令功能數(shù)據(jù)傳送類（通用數(shù)據(jù)傳送指令、堆棧指令、交換指令、I/O傳送指令、換碼指令、有效地址傳送指令、標志寄存器傳送指

6、令）算術(shù)運算類指令（加法指令，減法指令, 乘法指令，除法指令，BCD碼調(diào)整指令）邏輯類指令（邏輯運算指令、邏輯移位操作指令）串操作類指令（串傳送、比較、掃描、串存和取指令）控制轉(zhuǎn)移類指令（條件和無條件轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用和返回指令、子程序調(diào)用和返回、中斷）、）處理器控制類指令3. 內(nèi)存儲器及接口1.存儲器的組織 (1)存儲器空間與存儲器結(jié)構(gòu)存儲空間a.8086/8088有20條地址線，可直接對1M個存儲單元進行訪問。每個存儲單元存放一個字節(jié)型數(shù)據(jù)，且每個存儲單元都有一個20位的地址，這1 M個存儲單元對應的地址為00000HFFFFFH，如圖所示。一個存儲單元中存放的信息稱為該存儲單元的內(nèi)容。如圖

7、所示，00001H單元的內(nèi)容為9FH，記為：(00001H)=9FH。 若存放的是字型數(shù)據(jù)(16位二進制數(shù))，則將字的低位字節(jié)存放在低地址單元，高位字節(jié)存放在高地址單元。如從地址0011FH開始的兩個連續(xù)單元中存放一個字型數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)為DF46H，記為：(0011FH)=DF46H。 若存放的是雙字型數(shù)據(jù)(32位二進制數(shù)，這種數(shù)一般作為地址指針，其低位字是被尋址地址的偏移量，高位字是被尋址地址所在段的段地址)，這種類型的數(shù)據(jù)要占用連續(xù)的4個存儲單元，同樣，低字節(jié)存放在低地址單元，高字節(jié)存放在高地址單元。如從地址E800AH開始的連續(xù)4個存儲單元中存放了一個雙字型數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)為66A65E6

8、5H，記為：(E800AH)=66A65E65H。 存儲結(jié)構(gòu)在組成與8086CPU連接的存儲器時，1M字節(jié)的存儲空間實際上被分成兩個512K字節(jié)的存儲體，分別叫高位庫和低位庫。低位庫固定與8086CPU的低位字節(jié)數(shù)據(jù)線D7D0相連，因此又可稱它為低字節(jié)存儲體，該存儲體中的每個地址均為偶地址。高位庫與8086CPU的高位字節(jié)數(shù)據(jù)線D15D8相連，因此又稱它為高字節(jié)存儲體，該存儲體中的每個地址均為奇地址，如下圖所示。 地址總線A19A1可同時對高、低位庫的存儲單元尋址，A0和BHE用于對庫的選擇，分別連接到庫選擇端上。如下圖所示。當A0=0時，選擇偶數(shù)地址的低位庫；當BHE=0時，選擇奇數(shù)地址的高

9、位庫；當兩者均為0時，則同時選中高低位庫。利用A0和BHE這兩個控制信號，既可實現(xiàn)對兩個庫進行讀/寫(即16位數(shù)據(jù))，也可單獨對其中一個庫進行讀/寫(8位數(shù)據(jù)) 存儲器分段8086/8088系統(tǒng)中將1M的存儲空間劃分為若干分段，每段長最多包含64K字節(jié)，并規(guī)定每個段的20位起始地址必須是被16位整除的地址，即其起始地址的低4位必須是0。 存儲空間段結(jié)構(gòu) 分段邏輯結(jié)構(gòu)邏輯地址與物理地址物理地址：就是存儲器的實際地址，它是指CPU和存儲器進行數(shù)據(jù)交換時所使用的地址（20位）。邏輯地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地址兩部分組成（16位）。邏輯地址的表示 形式為“段地址偏移地址”。物理地址

10、=段地址×10H偏移地址 20 位物理地址的構(gòu)成舉例(a) 20 位物理地址的形成； (b) 字節(jié)地址構(gòu)成舉例4. 中斷（1） 中斷的定義CPU執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨機的事件(外部或內(nèi)部)，引起CPU暫時中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的服務程序(稱為中斷服務程序或中斷處理程序)，以處理該事件，該事件處理完后又返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱為中斷。（2） 中斷源引起CPU中斷的事件  內(nèi)部中斷：CPU內(nèi)部執(zhí)行程序時自身產(chǎn)生的中斷 n 外部中斷：CPU以外的設備、部件產(chǎn)生的中斷(3) 中斷過程  n 

11、 中斷請求>中斷響應>中斷服務 >中斷返回 (4) 可編程中斷控制器8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu) IRR  中斷請求寄存器 用來存放由外部輸入的中斷請求信號IR0IR7，允許多位置1。 n ISR  中斷服務寄存器 n     保存、記錄正在處理中的中斷請求，當任何一級中斷被響應，CPU正在執(zhí)行它的中斷服務程序時，ISR相應位置1。 n PR   優(yōu)先級判別器 

12、;對保存在IRR中的中斷請求進行優(yōu)先級識別，送出最高級別中斷請求到ISR中；當出現(xiàn)多重中斷時，PR判定是否允許所出現(xiàn)的中斷去打斷正在處理的中斷。 n IMR  中斷屏蔽寄存器  實現(xiàn)對各級中斷的有選擇的屏蔽，當某位為1，表示禁止這一級中斷請求進入系統(tǒng) 8259A的工作過程 當某IRi 有效時，IRR 相應位置1，若有效的IRi未被屏蔽，則向CPU發(fā)出中斷請求，檢測到第1個INTA信號后，置ISRi=1，IRRi=0。檢測到第2個INTA信號后，把ISRi=1中最高優(yōu)先級的中斷類型碼放到DB上。&

13、#160;若工作在AEOI 方式，在第2 個INTA 結(jié)束時，使ISRi復位；否則由CPU發(fā)出EOI命令使ISRi復位 5. 可編程定時器/計數(shù)器技術(shù)本章主要內(nèi)容是定時器/計算器的應用場合；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。6. 可編程輸出/輸出接口本章討論輸入/輸出接口的基本概念，包括輸入/輸出接口的作用、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、傳送信息的分析、IO端口編址以及主機通過接口與外設之間數(shù)據(jù)傳送的方式。7. A/D、D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)本章重點是A/D轉(zhuǎn)換的任務和轉(zhuǎn)換原理，D/A轉(zhuǎn)換的任

14、務和轉(zhuǎn)換原理，常用A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)集成芯片和D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)集成芯片的外部引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作過程、性能指標以及實際應用。三、8255A的應用實例8255方式1與打印機接口1.打印機接收主機傳送數(shù)據(jù)的過程目前打印機一般采用并行接口標準，當主機準備好輸出打印的一個數(shù)據(jù)時，通過8255A把數(shù)據(jù)送給打印機接口的數(shù)據(jù)引腳DATA0DATA7，同時送出一個數(shù)據(jù)選通信號STROBE 給打印機。打印機收到該信號后，把數(shù)據(jù)鎖存到內(nèi)部緩沖區(qū)，同時在BUSY信號線上發(fā)出忙信號。待打印機處理好輸入數(shù)據(jù)時，打印機撤消忙信號，同時向主機送出一個響應信號ACK。主機根據(jù)BUSY信號或信號ACK決定是否輸出

15、下一個數(shù)據(jù)。2.利用8255來實現(xiàn) 8255A的端口A工作于選通輸出方式,PC7作為OBFA輸出信號，PC6作為ACKA 輸入信號，而PC3作為INTRA輸出信號；另外，可用程序控制INTEA(PC6)，決定是否采用中斷方式。打印機接口的時序與8255A的選通輸出方式的時序類似，但略有差別，用單穩(wěn)電路74LS123即可滿足雙方的時序要求，如圖。 四、心得體會一個學期的微機原理學習已經(jīng)接近尾聲，回想起來發(fā)現(xiàn)自己對這門課程掌握的不是很好，經(jīng)過幾周的復習總結(jié)，我對這門課的了解加深了一些，以下是我的一些體會。微機原理是一門偏向于硬件的課程，處理器結(jié)構(gòu)，存儲器機構(gòu)，以及IO接口這門課需要我們記憶和理解，

16、首先學習微機原理是需要記憶一些知識點的，比如當我們在看到一個引腳標號如INTA時，我們要知道它所代表的意思，以及使用的條件和有什么功能，接著是理解，我感覺學微機原理還是挺枯燥的，每次看到一堆引腳和控制字格式的時候，總會忍不住煩躁，死記硬背的話沒過幾天就忘了，所以在記憶的時候只能結(jié)合前面學過的知識一句話一句話的來理解。學習微機原理，我印象最深的是匯編語言和接口。學習匯編語言時，開始需要記住匯編的各種指令，我開始就是因為對匯編指令不熟悉，在利用匯編編程的時候感覺很吃力，有時遇到一個不熟的指令，不得不翻書去找指令的意思，因此掌握匯編語言的基本用法是很重要的。關于接口，后微機原理后半部分的學習中，我們

17、都是圍繞接口來展開學習的。在輸入輸出中有可編程的8237，在中斷中有可編程的8259，在傳并行通信中有可編程的8255和8251，以及數(shù)模轉(zhuǎn)換中的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，在學習中我們首先需要掌握它們的編程方法，如在對8259進行初始化時，我們需要先寫ICW1，然后再根據(jù)中斷類型碼寫ICW2，在根據(jù)ICW1看是否要寫ICW3和ICW4。理論與實踐相結(jié)合，微機原理除了基本的理論課，我們還需要做微機實驗，對于實驗，我最大的感受就是多動手和動腦，在實驗中遇到問題一定要解決它，這樣從問題總結(jié)學習。結(jié)語：學習需要花費時間和精力的，有努力才會有收獲。最后，在這里感謝老師一個學期以來的辛勤教導,老師您辛苦了!五、參考文獻 1  戴梅萼, 史嘉權(quán). 微型計算機技術(shù)及應用- 從16 位到32 位 M . 北京: 清華大學出版社, 1996.  2  姚燕南,