计算机组成与结构实训 贾立娟.docx
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计算机组成与结构实训贾立娟
计算机组成与结构
实训指导书
贾立娟编写
适用专业：
计算机网络、应用专业
内蒙古电子信息职业技术学院计算机科学系
二〇一六年六月
目录
计算机组成与结构实训任务书
一、基本情况
二、实训的目标、任务与要求
三、实训内容
四、时间安排与考核方式
五、实训要求
六、项目实施
（1）可编程并行通信接口芯片8255A
（2）可编程串行通信接口芯片8251A
（3）可编程中断控制器8259A
（4）可编程计数/定时控制器8253
（5）可编程DMA控制器8237A
七、实训的方式与方法
八、实训报告的内容与要求
计算机组成与结构实训任务书
一、基本情况
课程名称
计算机组成与结构
班级和人数
计网141
指导教师
贾立娟
使用实训室
407
二、实训的目标、任务与要求
1、《计算机组成与结构》是计算机网络、应用专业的必修课，其课程实训作为课程实践环节之一，是教学过程中必不可少的重要内容。
通过实训，可以帮助学生加深理解、巩固接口、接口应用的相关知识；熟悉掌握接口的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用，达到学必用、学即用，培养学生对本课程的兴趣，增强学生的实际动手能力、分析能力、综合解决问题的能力。
为今后进一步学习计算机硬件与接口、单片机、智能设备开发打下扎实基础。
三、实训内容
本次实训总时长为两周共34学时，实训内容主要是设备配置，实训内容概况及实训参考书目如下表所示：
表1：
实训内容基本情况一览表
序号
项目名称
内容摘要
考核分
1
可编程并行通信接口芯片8255A
8255的特点、编程控制、具体应用。
15
2
可编程串行通信接口芯片8251A
8251的基本性能、在微机系统中的基本任务和作用、编程控制、具体应用
15
3
可编程中断控制器8259A
8259A的触发方式和中断响应过程；中断矢量的形成及找到中断服务程序入口地址。
8259A中断优先级轮换和中断结束。
30
4
可编程计数/定时控制器8253
8253的特点、编程控制、具体应用
20
5
可编程DMA控制器8237A
8237A的工作过程及编程控制。
20
表2：
参考书目
序号
作者
书名
出版社
1
郑学坚
《微型计算机原理及应用》
清华大学出版社，
2
范乃英
《算机组成原理》
清华大学出版社
四、时间安排与考核方式
1、实训时间安排为一周，
2、考核形式及考核时间：
实训结束后由实训教师进行现场实际操作考核及实训报告答辩考核。
3、考核成绩构成：
实训总成绩由平时成绩（50%）与实训考核成绩（50%）两部分构成。
其中平时成绩包括出勤、纪律等情况，实训考核成绩包括实训操作情况、实训报告的书写情况、实训答辩等内容。
五、实训要求
课程实训应达到如下基本要求：
1、熟悉掌握8255A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
2、熟悉掌握8251A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
3、熟悉掌握8259A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
4、熟悉掌握8253A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
5、熟悉掌握8237A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
六、项目实施
18255A芯片内部结构及其功能
1．2、8255A并行接口应用
可编程并行接口8255A可为86系列微处理机提供3个独立的并行输入/输出端口。
利用输出端口与数模转换器相连，可控制输出模拟量的大小。
这个模拟量可以是电压的高低、电流的大小、速度的快慢、声音的强弱以及温度的升降等。
利用模数转换器又可将它们变换为数字量，通过并行输入端口送回微机系统中。
这样一种闭环的调节系统在实践中应用非常广泛。
一个由8086CPU和8255A为主体构成的闭环调节系统的结构流程图如图8.20所示。
由图可看出，8255A中端口A工作在方式0，完成输出功能，用来向数模转换器输出8位数字信息。
端口B工作在方式1，完成输入功能，用来接收由模数转换器输入的8位数字信息。
端口C作控制用，PC7用作模数转换器ADC0809的启动信号，PC2用作输入的STBB信号，PC0用作中断请求信号INTRB，通过中断控制器8259A可向CPU发中断请求，这些都要由初始化程序来定义。
可使用的初始化和控制程序如下：
INTT：
MOVDX，8255A控制端口
MOVAL，86H
OUTDX，AL 初始化8255A
MOVAL，05H
OUTDX，AL；
MOVDX，8259A偶地址端口
MOVAL，13H
OUTDX，AL
MOVDX，8259A奇地址端口
MOVAL，40H
OUTDX，AL 初始化8259A
MOVAL，03H
OUTDX，AL
MOVAL，0FEH
OUTDX，AL；
POUT：
MOVDX，8255A端口A
MOVAL，XXH 从端口A输出8位数据
OUTDX，AL；
MOVDX，8255A端口C
MOVAL，80H
OUTDX，AL 启动ADC0809
MOVAL，0
OUTDX，AL；
WAIT：
STI
JMPWAIT
40H类型中断服务程序：
MOVDX，8255A端口B
INAL，DX
……
IRET
任务要求：
熟悉掌握8255A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
完成答辩15分
2、可编程串行通信接口芯片8251A
8251A由发送器、接收器、数据总线缓冲存储器、读/写控制电路及调制/解调控制电路等5部分组成，如图8.26所示。
引脚信号如图8.27所示
2．18251A串行接口应用
采用8251A实现串行接口通信是在两台微机中各设置一个RS232串行接口。
每个RS232串行接口采用一片8251A芯片，其通信结构流程图如图8.32所示。
可采用异步或同步方式实现单工、双工或半双工通信。
当采用查询方式，异步传送，双方实现半双工通信时，初始化程序由两部分组成。
一部分是将一方定义为发送器，另一部分是将对方定义为接收器。
发送器CPU每查询到TXRDY有效，则向8251A并行输出一个字节数据；接收端CPU每查询到RXRDY有效，则从8251A并行输入一个字节数据；一直进行到全部数据传送完毕为止。
发送端初始化程序与发送控制程序如下所示：
STT：
MOV DX,8251A控制端口;
MOV AL,7FH
OUT DX,AL
MOV AL,11H
OUT DX,AL
MOVDI，发送数据块首地址
MOVCX，发送数据块字节数；
NEXT：
MOV DX,8251A控制端口
INAL,DX
ANDAL,01H
JZNEXT
MOVDX,8251A控制端口；
MOVAL,[DI]
OUTDX,AL
INCDI
LOOPNEXT
HLT
接收端初始化程序和接收控制程序如下所示：
SRR：
MOVDX,8251A控制端口
MOVAL,,7FH
OUTDX,AL；初始化8251A
MOVAL,04H
OUTDX,AL
MOVDL,接收数据块首地址 ；置接收数据块指针和计数值
MOVCX,接收数据字节数
COMT:
MOVDX,8251A控制端口
INAL,DX
RORAL,1 ；查询RXRDY有效否
RORAL,1
JNCCOMT
RORAL,1
RORAL,1 ；查询是否有奇偶校验错
JCERR
MOVDX8251A数据端口
INAL,DX ；输入一个字节到接收数据块
MOV[DI],AL
INCDI
LOOPCOMT
HLT
设计1：
8251A的控制和状态端口地址为52H，数据输入/输出口地址为50H（输出端口未用），输入50个字符，将字符放在BUFFER所指的内存缓冲区中。
请写出这段的程序。
任务要求熟悉掌握8251A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
完成答辩15分
38259A芯片内部结构
3．18259A芯片的级联使用
一片8259A芯片只能管理8级中断，在多于8级中断的系统中，必须将多片8259A级联使用。
最简单的级联方式为两级，第1级只需一片8259A用作主片，第2级可接1～8片8259A用作从片，如图9.5所示。
3．28259A级联使用的初始化程序
某系统中设置两片8259A实现中断控制，它们之间采用级联方式连接，一片从8259A的INT端与主
8259A的IR3端相连，已知当前主8259A的IR0和IR5端上分别引入两个中断请求，从8259A的IR2和IR3端上也分别引入两个中断请求，如图9.17所示。
已知主8259A引入的中断类型码分别为40H和45H，它们的中断服务程序在同一段中，其段基址为1000H，偏移地址分别为1050H和2060H，而由从8259A引入的中断请求IR2和IR3的中断类型码为32H和33H，它们的中断服务程序的段基址为2000H。
偏移地址分别为5440H和3620H，那么首先应将4个中断入口写入中断入口地址表中，如图9.18所示。
若已知主8259A的端口地址为FFE8H和FFE9H，从8259A的端口地址为FFFAH和FFFBH，应分别对主8259A和从8259A进行初始化操作。
对主8259A的初始化程序段如下：
MOVAL，11H
MOVDX，0FFE8H
OUTDX，AL ；定义ICW1
MOVAL，40H
MOVDX，0FFE9H
OUTDX，AL ；定义ICW2
MOVAL，08H
OUTDX，AL； 定义ICW3
MOVAL，11H
OUTDX，ALH ；定义ICW4
MOVAL，0D6H
OUTDX，AL ；定义OCW1
MOVAL，20H
MOVDX，0FFE8H
OUTDX，AL ；定义OCW2
经过这样初始化的主8259A中断控制器被定义为级联使用方式，中断请求信号IRi采用边沿触发方式；可引入的中断类型码为40H~47H;主8259A的IR3端上接有从8259A;采用特殊完全嵌套方式，非自动EOI结束方式，非缓冲方式，由SP=1确定为主8259A；屏蔽掉IR0，IR3和IR5以外的其他中断源；采用普通EOI结束方式。
对从8259A的初始化程序段如下：
MOVAL，11H
MOVDX，0FFFAH
OUTDX，AL；定义ICW1
MOVAL，30H
MOVDX，0FFFBH
OUTDX，AL；定义ICW2
MOVAL，03
OUTDX，AL；定义ICW3
MOVAL，11H
OUTDX，AL；定义ICW4
MOVAL，0F3H
OUTDX，AL；定义OCW1
MOVDX，0FFFAH
MOVAL，20H
OUTDX，AL；定义OCW2
经过这样初始化的从8259A中断控制器被定义为级联使用方式，中断请求信号IRi采用边沿触发方式；可引入的中断类型码为30H～37H；该从8259A接在主8259A的IR3端上；采用特殊完全嵌套方式，非自动EOI结束方式，非缓冲方式，由SP=0确定为从8259A；屏蔽掉IR2和IR3以外的其他中断源；采用普通EOI结束方式。
不管是对主8259A还是从8259A，操作命令字OCW3可在操作过程中根据需要来设置。
任务要求：
熟悉掌握8259A的框图和引脚、特点、中断触发方式和中断响应过程、8259A的编程控制并能设计应用。
完成答辩30分
4．可编程计数/定时控制器8253
4．18253计数/定时控制器应用
定时/计数器8253可与8086/8088CPU相连构成完整的定时、计数或脉冲发生器系统。
例如，某8086系统中包含一片8253芯片，要求完成如下功能：
①利用通道0完成对外部事件计数功能，计满100次向CPU发出中断请求。
②利用通道1产生频率为1kHz的方波。
③利用通道2作标准时钟。
相应的系统结构流程图如图9.24所示。
在图9.２４中，8253的数据线（D7～D0）固定与8086CPU的高8位数据线（D15～D8）相连。
由于8086CPU中高8位数据线与存储器或I/O端口的奇地址的数据线相连，因此要求8253的端口地址必须是奇地址（A0=1）。
为此图9.24中8253的端口地址码（A1A0）与8086CPU的A2A1相连，而8086的A0固定为“1”参加高位地址译码，以形成对8253的片选信号CS，以保证CPU访问8253的端口地址均为奇地址。
根据图9.24的连接方式和对系统的要求，应将通道0定义为工作方式0，完成计数功能，其计数值为100=64H。
通道1应定义为工作方式3，输出频率为1kHz的方波，从CLK1输入2.5MHz的时钟脉冲，
其重复周期为0.4μs，而输出方波的周期应为1ms。
因此，通道1的计数初值应为2500=09C4H。
通道2应定义为方式0，完成定时功能，每秒钟利用OUT2向CPU发出一次中断请求，由输入时钟频率为1kHz，计数初值应为1000。
为完成上述功能，所需要的初始化程序如下：
STT：
MOVDX，8253控制端口地址
MOVAL，10H ；定义通道0工作在方式0
OUTDX，AL
MOVDX，通道0端口地址
MOVAL，64H ；给通道0送计数值
OUTDX，AL
MOVDX，8253控制端口
MOVAL，76H ；定义通道1为方式3
OUTDX，AL
MOVDX，通道1端口
MOVAX，09C4H
OUTDX，AL；给通道1送计数初值
MOVAL，AH
OUTDX，AL
MOVDX，8253控制端口
MOVAL，B1H ；定义通道2为方式0
OUTDX，AL
MOVDX，通道2端口
MOVAX，1000H
OUTDX，AL ；给通道2送计数初值
MOVAL，AH
OUTDX，AL
MOV DX，8259A偶地址端口
MOV AL，13H
OUT DX，AL
MOV DX，8259A奇地址端口
MOV AL，50H 对8259A初始化，定义通道0和通道2的
OUT DX，AL ；中断类型码分别为50H和52H
MOV AL，03
OUT DX，AL
MOV AL，0FAH
OUT DX，AL；
STI
HH：
HLT
JMPHH
完整的程序还应包含两个中断服务程序。
其一用来处理通道0发出的计数到中断，这要根据控制现场的实际需要编制相应的处理程序。
其二用来处理通道2和1s定时中断，根据系统设计的要求，应设计一个完整的时钟控制程序。
设计2：
用8253产生一个可编程采样速率的A/D子系统，要求通过8253的3个计数器，计数器0工作在方式2、计数器1工作在方式1，计数器2工作在方式3。
设它们的3个初始计数值分别设为X，Y和Z（X，Y，Z小于256），时钟频率设为F，用OUT0产生脉冲作为ADC的启动转换信号。
GATE1和GATE2引线输入一个由低电平到高电平的跳变启动信号，作为数模转换器在YZ/F秒时间内以每秒F/X个样本速率进行量化输入操作。
设8253端口地址为0040H，0042H，0044H，0046H，写出8253的初始化程序。
任务要求：
熟悉掌握8253的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
完成答辩20分
5．可编程DMA控制器8237A
5．28237ADMA控制器的编程及其应用
8237A共包含4个通道，每个通道占用2个端口地址，再加上工作方式寄存器和状态寄存器合用一个端口，因此整个8237A芯片共包含9个端口地址，可用最低4位地址码（A3～A0）来对它们寻址。
高位地址码（A15~A4）经译码后，可用来形成8237A的片选信号，使CS有效，与I/OW，I/OR和地址码A3配合可完成对有关寄存器的读写操作。
某8086微机系统中，利用8237ADMA控制器的0通道为某台外设与存储器之间构成直接数据传送通道的系统配置结构流程图如图9.31所示。
如果要求从外设输入1000H字节的数据到存储器当前数据段中，从0300H单元开始的一片连续地址存放，其初始化程序段如下所示。
ST57：
MOVDX，方式寄存器端口
MOVAL，41H
OUTDX，AL
MOVDX，通道0地址寄存器端口
MOVAX，0300H
OUTDX，AL
MOVAL，AH
OUTDX，AL
MOVDX，通道0终点计数器端口
MOVAX，1000H
OUTDX，AL
MOVAL，AH
OUTDX，AL
待外设发出DMA请求，DRQ0＝1，系统将在8237A控制下完成数据传送功能。
在此期间，CPU处于保持状态，可进行不使用总线的内部操作。
如果利用8237A的终点计数信号TC向CPU发中断请求，那么CPU响应中断后，可对这批数据进行处理或使用。
8237ADMA控制器具有很高的数据传送速率，如果CLK采用5MHz主时钟，每4个时钟周期可传送一个字节，那么8237A的数据传送速率可达到1.25M字节/秒。
设计3：
某8086系统中使用8237A完成从存储器到外设端口的数据传送任务，若已知通道0的地址寄存器、终点计数器、方式寄存器端口地址分别为EEE0H，EEE1H和EEE8H，要求通过通道0将存储器中偏移地址为1000H~10FFH的内容传送到显示器输出，请编写初始化程序。
任务要求：
熟悉掌握8237A的特点、工作过程及各工作方式的特点、应用场合和编程控制，并能设计应用。
完成答辩20分
七、实训的方式与方法
参加实训学生采用分组形式进行，每组学生人员5人，每天上午小组一起研究、讨论、设计，最后选出两名同学代表小组完成下午答辩，记录为本组成绩。
八、实训报告的内容与要求
实训报告内容要求完整，格式规范
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