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微机原理与接口技术复习大纲

微机与接口复习大纲

      • 第一章
      • 第二章
      • 第三章
      • 第五章
      • 第六章
      • 第七章
      • 第八章
      • 第九章

第一章

  • 微机的主要特点

    • CPU集成
    • 字长仅为4~64位
    • 地址空间64K~64G
    • 外套比较简单
    • 微机硬件核

      • CPU
      • 系统总线生成电路
      • 系统时钟产生电路
    • 用于连接主控部件和控制部件,主控部件只允许在任何时候行使系统总线控制权

      • 地址总线AB(Where Bus)

        主控部件寻址受控部件每个单元地址信号线的集合

      • 数据总线DB(What Bus)

        数据传输的信号线集合在主控部件和受控部件数据单元中

      • 控制总线CB(When Bus)

        操纵AB和DB信号的生成和时间,实现所有控制信号的集合,以实现主控部件指定数据传输过程所需的所有控制信号

    • 存储器

    • 外设接口及外设

  • 生成系统总线信号,从而控制微机的其他组件

  • 半导体存储器的类型和特点常用于微机

    • 随机存储器RAM(可读写存储器)

      当前微机运行系统、用户程序和数据存储器。

    • 只读存储器ROM

      固化存放微机启动时所需的一些列程序(系统自检、系统初始化、操作系统引导等)。在PC上被称作BIOS,当主机出现时,制造商写入

  • 两种类型的微机外设

    • 用于转移主控部件和外部设备

      串行接口、并行接口、数模/模数转换接口等

    • 用于辅助CPU完成系统管理控制

      8259、8253等

    • 字长

      一次可处理的二进制数最多位数。4、8、16、32、64

    • 速度

      每秒执行的指令数

    • 内存空间

      16位可直接找到地址线的内存字节(64K)、20位(1M)、24位(16M)、32位(4G)、36位(64G)

    • 系统结构及外部设备配置

第二章

  • 8086基本概念

    • 16位微处理器
    • 数据总线16条,地址总线20条
    • 寻址内存 2 20 B = 1 M B 2^{20}B=1MB 220B=1MB
    • 寻址IO 2 16 B = 64 K B 2^{16}B=64KB 216B=64KB
    • 复位信号应至少保持4个周期(第一次加点) 50 μ s 50\mu s 50μs)。
    • 最小模式组成:1片8086(CPU)+1片8284(时钟发生器)+3片8282(地址存器)+2片8286(数据收发器)
  • 8086CPU内部结构(EU/BIU)及各寄存器的作用及使用特点

    • 内部结构

      • 执行部件EU

        由算数逻辑单元(ALU)、8个通用寄存器、标志寄存器和控制电路组成。

        ,通过BIU与外部系统进行数据交换

      • 总线接口部件BIU

        实现的控制并与外部进行

    • 寄存器及作用

      • 通用寄存器:AX,BX,CX,DX

        可按16位读写,也可分别进行读写。可以存放数据也能存放地址。

        • AX:累加器
        • BX:基地址寄存器
        • CX:计数寄存器
        • DX:数据寄存器
      • 指针及变址寄存器:IP、BP、SP、SI、DI

        只能以16位进行操作

        • IP 指令指针
        • BP 基数指针
        • SP 堆栈指针
        • SI 源变址寄存器
        • DI 目的变址寄存器
      • 段寄存器

        • 代码段寄存器CS,与IP共同寻址内存代码区
        • 堆栈段寄存器SS,与SP或BP共同寻址内存堆栈区
        • 数据段寄存器DS,与SI、DI、BP等寻址内存数据区
        • 附加段寄存器ES,与SI、DI、BP等寻址内存数据区
      • (1)操作、运算结果标志位(只有CF可以指令设置)

        • 进位标志CF(Carry Flag):产生进位时位1

        • 奇偶标志PF(Parity Flag):运算结果低八位偶数个1时为1,奇数个时为0

        • 辅助进位标志AF(Auxiliary Flag):两个直接运算低半个字节进位/错位时为1

        • 零标志ZF(Zero Flag):运算结果为0时为1

        • 符号标志SF(Sign Flag):最高位为0时为0

        • 溢出标志OF(Overflow Flag):溢出时为1

        (2)控制标志位(用户设置)

        • 地址方向标志DF(Direction Flag):DF = 1,地址朝减小方向变化
        • 中断允许标志IF(Interrupt Flag):为1时允许
        • 自陷标志TF(Trap Flag):为1时单步调试
  • (PPT)

    • 20位物理地址的产生

      由16位段地址和16位偏移地址组成。

      例1:段地址4321H,偏移地址1234H。求物理地址

      段地址左移四位:43210H

      与偏移地址相加,得到物理地址:44444H

      例2:(PPT,常考)

      已知给定堆栈区的地址范围为:1250H:0000H~1250H:0100H,(SP)=0052H

      问:(1)栈顶地址是什么?(2)栈底地址是什么?(3)SS中的内容是什么?(4)若在堆栈中存入数据2345H,请画出堆栈区图,标明数据存放位置及对应的段地址和偏移地址。

      答:

      (1)栈顶地址:12500H。

      (2)栈底地址:12600H。

      (3)SS:1250H。

      (4)数据存放段地址1250H。偏移地址0050H(低八位),0051H(高八位)。

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  • (掌握概念)

    • 8086按16位传输数据的,有16个地址/数据复用引脚。作为地址/数据复用引脚,在总线周期的T1状态用来输出要访问的存储器或I/O端口的地址,T2~T3状态,对于读周期来说,是处于浮空状态,而对于写周期来说则传输数据。
    • 在最小模式下ALE信号为地址锁存允许信号输出,在任一总线周期的T1状态,ALE输出有效电平,以表示输出的是地址信息,ALE信号不可浮空。
  • (PPT,掌握概念)

    • CPU每完成一次总线操作(与外部更换一次数据;一次读或一次写)称为一个“总线周期”。
    • CPU与外部交换一次数据至少,被称为基本总线周期。(无等待状态)
    • CPU主时钟周期也简称为时钟周期,是计算机内部的最小计时单位,是CPU主时钟频率的倒数
  • (PPT,)

    • MOV:寻址寄存器,访问范围 2 20 = 1 M 2^{20} = 1M 220=1M
    • IN、OUT:寻址外设,访问访问 2 16 = 64 k 2^{16}=64k 216=64k
  • 存储空间/外设空间的概念及CPU在同一套总线下区分存储器和外设的方法

  • (8086CPU在16位数据线时的存储器组织及字节/字访问原则)

    • 8086CPU的储存体由两个8位数据宽度的储存体构成,分别由奇地址和偶地址访问。奇地址存储体的片选信号是,偶地址的片选信号是
    • 高字节数据存放在高地址单元,低字节数据存放在低地址单元。
    • 字的读取最好始于偶地址(A0=0)。偶地址直接读取仅AD0~AD7为有效数据; 奇地址直接读取仅AD8~AD15为有效数据。
    • 始于偶地址的字读/写可在一个总线周期内完成(AD0~AD15上数据全部有效)。而始于奇地址的字读/写至少需要两个总线周期(第一次读奇地址,第二次读偶地址)。
  • (PPT)

    • 最大模式的主要特点是:CPU的主要控制信号不是独立的信号引脚形式,而是信号组合的形式。例如用3根引脚的000~111电平组合表示8个不同的独立控制信号。但由于大多数受控部件内部不具有控制信号译码功能,只能接受独立的控制信号。
    • 因此这种方式必须在外部增配信号译码电路,将组合信号变换为独立的控制信号线。虽然需要增加外部器件,但可换来以下好处:(1)扩充了控制信号的类型和数量;(2)使得系统可以构建两套(层)总线。外部增加的专用器件称为总线控制器,主要用于组合控制信号的译码及总线管理。
  • 局部总线与系统总线概念

    • 片内总线:连接微处理器内各个部分
    • 片级总线:连接微处理器、存储器、IO接口等,构成主板
    • 系统总线:连接外设(扩充插槽)
  • (PPT+书本)

    • 时钟发生器8284

      产生系统时钟,对READY和RESET信号进行同步。在时钟后沿给CPU输出READY信号和RESET信号。

    • 地址锁存器8282(通常3片)

      • 锁存地址信号。
      • 提供较大的地址总线驱动能力。
      • 在需要时隔离CPU地址线与系统总线的联系(OE接高电平)。
    • 数据收发器8286(通常2片)

      • 提供较大的数据总线驱动能力
      • 选择数据传送方向
      • 选通/隔离CPU数据线与系统总线
  • 总线的隔离方式及共享的原则

  • 最大模式下总线控制器8288的作用

  • CPU指令的执行与其外部引脚的对应关系

    • T1状态
      • 根据读写送出DT/R有效电平
      • 根据MOV还是IN/OUT送出M/IO
      • 根据操作数位数送出选通高8位的BHE
      • 送出地址AD0~AD19,以及地址锁存信号ALE
    • T2状态
      • AD0~AD15置于高阻态
      • 送出状态信息S3~S6
      • 发出读写信号
      • 读信号使外设/存储器数据送上总线,写信号将CPU数据送上总线
    • T3状态
      • READY低电平,插入等待周期
      • READY高电平,将外部AD15~AD0从地址总线切换到数据总线,进入T4
    • T4状态
      • 产生读写信号上升沿,完成读写操作
      • 恢复有关引脚初始状态

第三章

第六章

第七章

  • 定时计数器基本概念

    • 定时器:对等周期输入时钟脉冲分频,产生不同频率的输出脉冲
    • 计数器:对输入脉冲的个数进行计数,从计数初值N开始减计数。计数完成后输出电平产生变化
    • 起始触发:写入控制字后启动减一计数器开始计数工作
    • 重触发:按计数初值重新开始计数
    • 软件触发:由程序向计数器写入初值来启动
    • 硬件触发:由门控信号触发重新计数
    • 方式0(软件起始触发,软件重触发)
      • 计数器,只计数一轮
      • 计数初值写入后CLK下降沿载入计数初值,开始计数
      • 计数期间,OUT为低电平。计数完成,OUT为高电平
      • GATE高电平计数,低电平暂停,重新变高从暂停值开始继续计数
      • 重新写入计数初值,则在下一个CLK下降沿载入计数初值,重新计数
    • 方式1(硬件起始触发,硬件重触发)
      • 计数器
      • 计数初值写入后,需要GATE上升沿后下一个CLK下降沿才载入计数器初值
      • 写入初值后,OUT为高;计数期间时,OUT为低;结束计数,OUT为高
      • 计数期间GATE上升沿,则在下一个CLK下降沿处重新载入计数初值
      • 计数期间重新写入计数初值,不影响当前计数过程。只有计数完成且GATE信号重新触发后,才会重新载入计数初值,开启新一轮计数
    • 方式2(软件起始触发,硬件重触发)
      • 定时器,负脉冲信号
      • 计数初值写入后CLK下降沿载入计数初值,开始计数
      • GATE由高变低,计数停止。由低变高,开始新一轮计数
      • 每个计数周期只有最后一个时钟周期(即计数寄存器值为1时),OUT为一个周期低电平。之后重新开始计数(3—2—1—3—2—1)
      • 重新写入计数初值且GATE为高时,在下一个周期重新载入计数初值
    • (软件起始触发,硬件重触发)
      • 规则与方式2相同
      • 前一半输出高电平,后一半输出低电平。(奇数时高电平多一个)
    • 方式4(软件起始触发,软硬件重触发)
      • 计数器
      • 产生。即计数过程OUT为正,计数完成OUT为一个时钟周期的负脉冲
    • 方式5(硬件起始触发,硬件重触发)
      • 计数器
      • 产生
      • 其余规则同方式1

  • 8253编程相关

    • 读取时需要进行锁存,读取结束锁存自动失效。
    • 定时器计数初值设置: N = f i n f o u t N=\frac{f_{in}}{f_{out}} N=fout​fin​​
    • 16位计数时,分两次OUT数据。先低后高

第八章

  • PC机上的中断系统

    • 硬件部分
      • CPU内部中断逻辑
      • 外部非屏蔽中断源控制逻辑
      • 外部可屏蔽中断源控制逻辑8259
    • 软件部分
      • 中断向量表
      • 中断相关指令
      • 8259设置程序和中断向量表设置程序
      • 中断处理程序
  • 中断源

    • 来自CPU内部中断源
      • 除法错误
      • 溢出(OF=1时执行INTO)
      • 单步执行
      • 中断指令 INT n
    • 来自CPU外部中断源
      • 可屏蔽中断INTR
      • 不可屏蔽中断NMI
  • 中断向量和中断向量表

    • 中断向量号

      为不同中断源分配的一个唯一的编号。

    • 中断向量

      中断服务程序的入口地址,由16位段地址和16位偏移地址组成。每个中断向量占4个字节。

    • 中断向量表

      00000H~003FFH(1KB)用于存放256个中断向量,这个储存区被称为中断向量表。

      中断向量号n对应:

      • n × 4 + 0 n\times 4+0 n×4+0:IP低8位
      • n × 4 + 1 n\times 4+1 n×4+1:IP高8位
      • n × 4 + 2 n\times 4+2 n×4+2:CS低8位
      • n × 4 + 3 n\times 4+3 n×4+3:CS高8位

      中断向量表分成三个部分:

      • 专用中断:0~4号
      • 保留中断:5~31号
      • 用户中断:32~255号
  • 8259

    • 主要功能

      • 8个中断源
      • 主从级联最多64个中断源
    • 结构

      • 中断请求寄存器IRR

        保存当前请求信号。哪一个中断源有请求,哪一位被置为一。

      • 中断屏蔽寄存器IMR

        8位寄存器,存放中断屏蔽字。

      • 中断服务寄存器ISR

        记录当前正在处理的中断请求

    • 8259与CPU之间交互

      • 8259向CPU发送中断请求信号INT
      • CPU应答中断,向8259的INTA发送两个负脉冲
        • 第一个负脉冲
          • 禁止IRR锁存新的中断
          • ISR对应位置1,IRR当前相应清零
          • 把当前终端编号送入ICW2的低3位,组成8位中断向量号
        • 第二个负脉冲
          • 将中断向量号ICW2送上数据总线
          • 如果设置了自动结束,则将ISR对应位清零
    • 中断优先级

      • 中断嵌套方式

        • 一般全嵌套方式:不响应同级中断
        • 特殊全嵌套方式:响应同级中断

        一般主片特殊全嵌套方式,从片一般全嵌套方式

      • 中断屏蔽方式

        • 普通屏蔽方式:设置IMR进行屏蔽,低优先级自动屏蔽
        • 特殊屏蔽方式:只屏蔽同级中断,高低优先级都能打断
      • 中断优先级管理方式

        • 固定优先级方式:IR0最高,IR7最低
        • 优先级自动循环方式:响应某个中断后,该中断优先级降到最低,其后一个中断优先级最高。
        • 优先级特殊循环方式:通过指令使某个优先级降到最低
    • 结束中断方式

      • 非自动中断结束方式

        • 普通EOI命令:清除ISR中已置位的最高优先级的那一位,适用于一般全嵌套方式
        • 特殊EOI命令:优先级最高的那一位不一定正在服务。因此特殊EOI命令要包含ISR中要复位的位编码信息。
      • 自动结束中断方式

        第二个INTA信号自动将ISR清零。会导致所有中断请求都得到响应,仅适合不嵌套情况。

    • 可屏蔽中断程序组成成分

    • 中断处理程序注意事项

    • 8259编程
      • 偶地址:ICW1、OCW2、OCW3
      • 奇地址:ICW2、ICW3、ICW4、OCW1

第九章

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