微型计算机复习重点.docx
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微型计算机复习重点
第一章微型计算机概述
1、微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念和区别
微处理器是大规模集成电路的CPU(简称up或Mp),是微型计算机的核心。
微型计算机是由微处理器、存储器(RAM或ROM)、输入输出(I/O)接口电路和系统总线构成。
以微型计算机为主体,配上系统软件和外设之后,就构成了微型计算机系统。
2、总线概念
总线是为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信息的传输通道。
第二章16位和32位微处理器
1、总线接口部件和执行部件及其之间的配合工作
总线接口部件(BIU)负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。
执行部件(EU)负责指令的执行。
总线接口部件(BIU)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。
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I/O端口,那么EU就会请求BIU,进入总线周期,完成访问内存或者I/O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。
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。
2、8086的总线周期
一个最基本的总线周期有4个状态,即T1状态、T2状态、T3状态和T4状态。
1)在T1状态,CPU往多路复用总线上发出地址信息,以指出要寻址的存储单元或外设端口的地址。
2)在T2状态,CPU从总线上撤销地址,而使总线的低16位浮置成高阻状态,为传输数据作准备。
总线的最高4位(A19-A16)用来输出本总线周期状态信息。
3)在T3状态,多路总线的高4位继续提供状态信息,而多路总线的低16位出现由CPU写出的数据或者CPU从存储器或端口写入的数据。
4)在T3、T4期间,数据在CPU和存储器或I/O端口之间传输。
若这两个时钟周期为外部逻辑提供的时间不足以响应访问要求,即数据未准备好,则在T3和T4之间可插入1-n个等待周期Tw来延长总线周期。
5)在T4状态,总线周期结束。
3、最小模式和最大模式的概念
所谓最小模式,就是系统中只有一个8088/8086微处理器。
在最大模式下,系统中至少包含两个微处理器,其中一个为主处理器,即8086/8086CPU,其它的微处理器称之为协处理器,他们是协助主处理器工作的。
4、了解8086在最小模式和最大模式下的典型配置
如下图,是8088/8086在最小模式下的典型配置,它具有以下几个方面的特点:
1)
端接+5V,决定了CPU的工作模式;
2)有一片8284A,作为时钟信号发生器;
3)有一片8282或74LS273,用来作为地址信号的锁存器;
4)当系统中所连的存储器和外设端口较多时,需要增加数据总线的驱动能力,这时,需要2片8286/8287作为总线收发器。
如下图所示,是8088/8086在最大模式下的典型配置。
最大模式和最小模式在配置上的主要区别在于最大模式下,要用8288总线控制器来对CPU发出的控制信号进行交换和组合,以得到对存储器或I/O端口的读/写信号和对锁存器8282及总线收发器8286的控制信号。
最大模式系统下,需要总线控制器来交换与组合控制信号的原因在于:
在最大模式的系统中,一般包含2个或多个处理器,这样就要解决主处理器和协处理器之间的协调工作,和对系统总线的共享控制问题,8288总线控制器就起了这个作用。
在最大模式的系统中,一般还有中断优先级管理部件。
8259A用以对多个中断源进行中断优先级的管理,但如果中断源不多,也可以不用中断优先级管理部件。
5、了解8086在最小模式的读写时序
1.最小模式下的总线读操作时序
2.最小模式下的总线写操作时序
6、8086的中断分类、中断向量和中断向量表
从产生中断的方法来分,256种中断可以分为两大类:
一类叫硬件中断;一类叫软件中断。
其中,硬件中断又可分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。
中断向量:
把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量;每个中断类型对应一个中断向量。
中断向量表:
将这些中断向量按一定的规律排列成一个表,就是所谓的中断向量表,当中断源发出中断请求时,即可查找该表,找出其中断向量,就可转入相应的中断服务子程序。
7、可屏蔽中断和时序
可屏蔽中断由INTR引脚引入,它受中断允许标志的影响,也就是说,只有当IF=1时,可屏蔽中断才能进入,反之则不允许进入,可屏蔽中断可有多个,一般是通过优先级排队,从多个中断源中选出一个进行处理。
硬件中断的响应过程如下图所示:
1)从数据总线上读取中断类型码,将其放入暂存器保存;
2)将标志寄存器内容压入堆栈,以保护中断时的状态;
3)将IF和TF标志清0,目的是防止在中断响应的同时又来别的中断,而将TF清0是为了防止CPU以单步方式执行中断处理子程序。
这时要特别提醒,因为CPU在中断响应时自动关闭了IF标志,因此用户如要进行中断嵌套时,必须在自己的中断处理子程序中用中断指令来重新设置IF;
4)保护断点,断点指的是在响应中断时,主程序当前指令下面的一条指令的地址。
因此保护断点的动作就是将当前的IP和CS的内容入栈,保护断点是为了以后正确地返回主程序;
5)根据取到的中断类型码,在中断向量表中找出相应的中断向量,将其装入IP和CS,即自动转向中断服务子程序。
第三章Pentium的指令系统
第四章存储器、存储管理和高速缓存技术
第五章微型计算机和外设的数据传输
1、接口的概念、组成和功能
连接计算机系统中的各种功能部件,构成一个完整的、实用的计算机系统,这就是接口技术的广义定义。
接口按功能分为两类:
一类是使CPU正常工作所需要的辅助电路,通过这些辅助电路,使CPU得到时钟信号或接收外部的多个中断请求等;另一类是输入/输出接口,利用这些接口,CPU可接收外部设备送来的信息或将信息发送给外设。
一个接口的基本功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号,提供缓冲作用,以满足接口两边的时序要求。
从广义角度,对于一个具体的接口来说主要的功能有以下几个:
1)寻址功能
2)输入/输出功能
3)数据转换功能
4)联络功能
5)中断管理功能
6)复位功能
7)可编程功能
8)错误检测功能
2、I/O端口的概念及分类
CPU和外设进行数据传输时,各类信息在接口中进入不同的寄存器,一般称这些寄存器为I/O端口。
每个端口有一个端口地址。
用于对来自CPU和内存的数据或者送往CPU和内存的数据起缓冲作用的,这些端口叫数据端口。
用来存放外部设备或者接口部件本身的状态,称为状态端口。
用来存放CPU发出的命令,以便控制端口和设备的动作,这类端口叫控制端口。
3、CPU和外设之间的数据传送方式
1)程序控制下的数据传送——通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送,又分为:
无条件传送、查询传送、中断传送。
2)直接存储器存取(DMA)——传送请求由外设向DMA控制器(DMAC)提出,后者向CPU申请总线,最后DMAC利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送。
3)I/O处理机——CPU委托专门的I/O处理机来管理外设,完成传送和相应的数据处理。
第六章串并行通信和接口技术
1、串行通信涉及的概念
串行通信:
是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送。
波特率就是每秒传输多少位,也叫做串行传输率。
2、RS-232C标准
RS-232C是一种标准接口,D型插座,采用25芯引脚或9芯引脚的连接器。
3、8251A控制字、初始化、数据的传送
8251A是可编程的串行通信接口,概况起来,它有下列基本功能:
1)两种工作方式
同步方式,异步方式
同步方式下,波特率为0-64Kbps,异步方式下,波特率为0-19.2Kbps。
2)同步方式下的格式
每个字符可以用5、6、7或8位来表示,并且内部能自动检测同步字符,从而实现同步。
除此之外,8251A也允许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。
3)异步方式下的格式
每个字符也可以用5、6、7或8位来表示,时钟频率为传输波特率的1、16或64倍,用1位作为奇/偶校验。
1个启动位。
并能根据编程为每个数据增加1个、1.5个或2个停止位。
可以检查假启动位,自动检测和处理终止字符。
4)全双工的工作方式
其内部提供具有双缓冲器的发送器和接收器。
5)提供出错检测
具有奇偶、溢出和帧错误三种校验电路。
如下图所示,8251A由7个模块组成,这7个模块为接收缓冲器、接收控制电路、发送缓冲器、发送控制缓冲器、数据总线缓冲器、读/写控制逻辑电路和调制/解调控制电路。
编程的内容包括两大方面:
1)由CPU发出的控制字,即方式选择控制字和操作命令控制字
方式选择控制字的格式如下图所示:
操作命令控制字的格式如下图所示:
2)由8251A向CPU送出的状态字
状态字的格式如下图所示:
例如,若要查询8251A接收器是否准备好,可用下列程序段完成:
MOVDX,0FFF2H,状态口
L:
INAL,DX;读状态口
ANDAL,02H;查Dl=1?
即准备好了吗?
JZL;未准备好,则等待
MOVDX,OFFF0H;数据口
INAL,DX;已准备好则输入数据
8251A的初始化流程如下:
1)芯片复位以后,第一次用奇地址端口写入的值作为模式字进入模式寄存器。
2)如果模式字中规定了8251A工作在同步模式。
3)由CPU用奇地址端口写入的值将作为控制字送到控制寄存器,而用偶地址端口写入的值将作为数据送到数据输出缓冲寄存器。
(例子见课件6-1第71张)
4、8255的内部结构:
ABC口、工作方式012、控制字、初始化、数据的传送
8255A有三种工作方式,可以通过编程来设置:
1)方式0:
基本输入输出方式
适用于无条件传送和查询方式的接口电路,A、B、C三个端口均可。
2)方式1:
选通输入输出方式
适用于查询和中断方式的接口电路,A、B两个端口均可。
3)方式2:
双向选通传送方式
适用于与双向传送数据的外设,只有A端口才有;适用于查询和中断方式的接口电路。
8255A的编程
1)初始化编程:
一个方式控制字
采用控制I/O地址:
A1A0=11
2)工作过程中:
通过数据端口对外设数据进行读写
数据读写利用端口A、B和C的I/O地址,A1A0依次等于00、01、10
3)IBMPC/XT机上,端口A、B、C和控制端口的I/O地址为60H、61H、62H和63H
4)对8255A的编程涉及两个内容:
写控制字设置工作方式等信息;使C口的指定位置位/复位的功能。
(注:
均写入控制端口)
1.写入方式控制字(例子见课件6-2第38张)
2.读写控制端口(例子见课件6-2第45张)
初始化编程后:
当数据端口作为输入接口时,执行输入IN指令将从输入设备得到外设数据;当数据端口作为输出接口时,执行输出OUT指令将把CPU的数据送给输出设备。
3.读写端口C(详细见课件6-2第46张)
(实际例子见课件6-2第55张)
第七章中断控制器
1、8259A的内部结构及各种工作方式、控制字、初始化流程
8259A有多种工作方式,可以通过编程设置或改变:
1)全嵌套方式
2)特殊全嵌套方式
3)优先级自动循环方式
4)优先级特殊循环方式
8259A的初始化编程,需要CPU向它输出一个2—4字节的初始化命令字,输出初始化命令字的流程如图所示,其中ICW1和ICW2是必须的,而ICW3和ICW4需根据具体的情况来加以选择。
各初始化命令字的安排与作用分叙如下:
1)ICW1(芯片控制初始化命令字)
初始化命令字1,写入8259A偶地址端口,其各位的功能及含义如下:
①D0:
IC4位,用以决定是否跟ICW4,若D0=1,则说明必须输出ICW4;若D0=0,则说明不需输出ICW4。
若ICW4的各位都为0,则说明不需要输出ICW4。
②D1:
SNGL位,取决于8259A芯片是单片工作,还是多片级联工作。
若8259A单片工作,则D1=1;若8259A多片级连工作,则D1=0。
③D2:
ADI位,只用于MCS80/85系统中,规定CALL地址的间隔,在8088/8086系统中,该位无意义。
④D3:
LTIM位,规定中断请求信号的引入方式。
若D3=1,则表示中断请求信号为高电平有效;若D3=0,则表示中断请求信号为上升沿有效。
⑤D4:
恒定为1,为ICW1的特征位。
⑥D5-7:
应用于MCS80/85系统,为入口地址中的编程位,在8088/8086系统中,无意义。
2)ICW2(设置中断类型码初始化命令字)
初始化命令字2,写入8259A奇地址端口
3)ICW3(标志主片/从片的初始化命令字)
初始化命令字3,写入相应8259A的奇地址端口
对于主8259A芯片,ICW3的格式如下:
其中每一位对应于一片从8259A芯片,若相应引脚上接有从8259A芯片,则相应位为1;否则,若相应引脚上未接从8259A芯片,则相应位为0。
对于从8259A芯片,ICW3的格式如下:
4)ICW4(方式控制初始化命令字)
初始化命令字4,写入8259A奇地址端口,只有当ICW1中的D0=1时才需要设置,其各位的功能及含义如下:
①D0:
μPM位,取决于系统中所采用微处理器的类型,若系统中的微处理器为MCS80/85,则D0=0;反之,若系统中的微处理器为8088/8086则D0=1。
② D1:
AEOI位,规定结束中断的方式,若D1=1,则为自动中断结束方式;若D1=0,则需要用中断结束命令来结束中断。
③D2:
M/S位,缓冲方式下使用,若D2=1,则表示为主8259A;若D2=0,则表示为从8259A。
④D3:
BUF位,若8259A工作于缓冲方式,则D3=1;否则,D3=0。
⑤D4:
SFNM位:
若D4=1,则规定特殊的全嵌套模式;否则,若D3=0则规定普通的全嵌套模式。
⑥D5-7:
恒定为000
1)OCW1(中断屏蔽操作命令字)
中断屏蔽字,必须写入相应8259A芯片的奇地址端口,其格式如下:
它的每一位,可以对相应的中断请求输入进行屏蔽,若OCW1的某一位为1,则相应的中断请求输入被屏蔽;反之,则相应的中断请求输入呈现允许状态。
2)OCW2(设置优先级循环方式和中断结束方式的操作命令字)
必须写入相应8259A芯片的偶地址端口,其格式如下:
其中D4、D3位恒定为0,是OCW2的特征位,R、SL、EOI三位的不同组合,可以组成7种不同的操作命令,用于改变8259A的工作方式。
其中三种操作命令字要用到OCW2的低三位,这三位所形成的编码指出操作所涉及到的中断源。
R—用于表示优先级是否采用循环方式;
SL—用于确定是否需要使用L2、L1、L0来明确中断源;
EOI—用于指示OCW2是否作为中断结束命令。
L2、L1、L0—当SL=1时,三位的编码用以指示8个中断源之一。
3)OCW3
必须写入相应8259A芯片的偶地址端口。
其格式如下:
① D0:
RIS位,用以决定下一个读操作所对应的寄存器,若D0=1,则下一个读操作读取中断服务寄存器ISR的内容;否则,读取中断请求寄存器IRR的内容。
② D1:
RR位,决定下一个操作是否读操作,若D1=1,则下一个操作是读操作;否则,下一个操作不是读操作。
③ D2:
P位,用于8259的查询中断方式下,若D2=1,表示为查询命令;否则,表示不是查询命令。
④D3—D4:
恒定为10,是OCW3的特征位。
⑤D5—D6:
决定8259A是否为设置特殊屏蔽模式命令,若D6、D5为11,则为设置特殊屏蔽模式命令;若D6、D5为01,则为撤消特殊屏蔽模式、返回普通屏蔽模式命令;若D6=0,则D5无意义。
⑥D7:
无关
(例子见课件7-1第65张)
2、8259A中断方式的数据传送应用
(见课件7-1第65张)
第八章DMA控制器
1、DMA控制器的内部结构及初始化
2、8237A的从模块和主模块的信号
3、8237A的工作方式
1)DMA传送方式
单字节传送方式、数据块传送方式、请求传送方式、级连方式
2)DMA传送类型
DMA读、DMA写、DMA检验
3)存储器到存储器的传送
(例子见课件7-2第69张)
第九章计数器/定时器和多功能接口芯片
1、定时器的内部结构
2、8253的工作方式0-5特点:
GATE信号、OUT信号、控制字、计数值(二进制和BCD)的设置