《微机原理与接口技术》学习指导书.docx

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《微机原理与接口技术》学习指导书

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华中科技大学电子信息与通信学院

第1章微型计算机的基础知识

1．目的要求

本章介绍计算机中的数和编码系统以及微型计算机的基本结构和工作原理。

通过本章的学习，要求掌握这些基本内容；了解微型计算机的基本结构；掌握内存的分段和逻辑地址、物理地址及堆栈的基本概念，为后续章节的学习奠定基础。

2．内容提要

计算机是用来进行各种数据运算与信息处理的工具，尽管这些被处理的信息千差万别，但它们都是以二进制数据的形式来操作的。

二进制数及其编码是计算机运算的基础。

计算机唯一能识别的数是：

二进制数，计算机的指令、数据、字符、地址等均用二进制数表示。

所以掌握二进制数是非常重要的。

为了书写方便、读数直观、引入了十六制数，这仅是一种手段。

由于人们习惯用十进制数，所以又有各种数制之间的转换和BCD编码和ASCII码等。

在微型计算机中，可以实现二进制数的加、减、乘、除等基本运算。

为了简化电路、降低成本、增加运算速度，引入了补码表示法。

利用补码表示法，可以将二进制数的减法运算变为加法运算。

微型计算机不仅能进行算术运算，而且能进行逻辑运算。

基本的逻辑运算有“与”、“或”、“非”、“异或”四种。

所有的逻辑运算都是按位操作的。

本章为学习微型计算机建立了一些基本的重要的概念：

位、字节、字、指令、程序、微处理机、微型计算机和微型计算机系统等，还介绍了80x86微处理器、存储器的基本结构和堆栈。

计算机的核心部件是CPU，本章扼要描述了IA（InterArchitecture）体系中16位与32位微处理器的基本框架结构。

应用时直接使用的是它们中的寄存器组。

通用寄存器是CPU内部的存储器，使用率最高，应掌握它们的使用方法。

段寄存器是用来存放存储器的段地址的，存储器的物理地址是由段寄存器提供的段地址和偏移地址组成的。

标志寄存器中的状态标志位反映了执行单元己执行算术和逻辑运算的结果，供后面指令的执行来判别。

堆栈是用来存放信息的，对栈中的信息存取，采用“先进后出”或“后进先出”的原则。

除本章介绍的PUSH和POP指令外，还可以用以后介绍的任何访问存储器的指令访问堆栈，堆栈常用于子程序调用、子程序嵌套和中断控制等。

3．重点

①补码及求补方法

②机器数及其真值

③位、字、字节、指令和程序等概念

④8086／8088微处理器的结构和8086／8088的寄存器

⑤存储器分段和物理地址的生成

⑥堆栈和栈操作指令

4．难点

①补码的概念

②存储器的逻辑地址和物理地址

③状态标志寄存器

④堆栈及堆栈指示器SP

第2章汇编语言与汇编程序

1．目的要求

本章学习符号指令、伪指令、系统功能调用以及宏汇编语言程序的格式。

通过本章的学习，要求掌握常用的符号指令及寻址方式，掌握伪指令和系统功能调用的使用、掌握汇编语言程序的完整格式。

2．内容提要

微处理器只能识别二进制机器码，计算机完成的任何操作都是通过执行指令来实现。

用二进制编码形式表示的指令，称为机器指令或指令的机器码，机器指令是计算机能够执行的最基本的也是最终的形式。

由于机器指令很难记忆，故汇编语言用符号指令与其一一对应。

符号指令由指令的操作助记符和操作数构成。

它们表明该指令所执行的操作和参与操作数据。

与指令密切相关的是指令中操作数的寻址方式。

灵活地运用各种寻址方式，可以缩短程序长度，提高程序的执行速度。

符号指令即指令助记符的操作数中使用符号给编程带来方便，为了准确地说明这些符号的意义，汇编语言又使用了伪指令与算符。

掌握伪指令与算符可以提高编程的速度。

汇编语言源程序是由符号指令、伪指令和算符组成的。

IBMPC微机系统为了使得程序设计人员不涉及硬件即可以对系统的硬件进行使用和管理，还提供了系统功能调用和BIOS，掌握和使用常用的系统功能凋用是方便大家在系统机上做实验和学习后续内容的关键。

3．重点

①数据传送指令、算术运算指令和位操作指令。

②符号指令的寻址方式及当前段以外的寻址。

③伪指令和算符。

④常用的系统功能调用。

⑤汇编语言源程序的完整格式。

4．难点

①直接寻址、间址、基址、变址和基址变址等五种存储器寻址方式及其约定段的使用。

②变量和标号的使用及其类型的变更。

第3章程序设计的基本技术

1．目的要求

本章学习上章尚未介绍的指令和汇编语言程序设计的基本技术。

通过本章的学习，要求掌握80x86的基本的常用指令和汇编语言程序设计的基本技术。

2．内容提要

在汇编语言程序中，最常见的形式有顺序程序、分支程序、循环程序、子程序与宏调用。

这几种程序的设计方法是汇编语言程序设计的基础，同时还要了解汇编与高级语言程序的接口，掌握汇编语言程序的开发环境与开发的基本步骤。

3．重点

①乘除法指令和BCD数凋整指令

②跳转指令和重复控制指令

⑧循环程序和子程序的设计

4．难点

①BCD数的算术运算及程序设计

②双重循环程序设计

③子程序设计中的参数传递

第4章总线

1．目的要求

本章学习总线的相关概念与分类、以8086/8088为例，了解8088最大组态和最小组态下的CPU系统和时序。

通过本章的学习要求掌握上述基本内容。

为后面的CPU与存储器和I／O接口奠定基础。

2．内容提要

总线是一种数据通道，总线把微型计算机各部件连接起来，并使它们组成一个可扩充的计算机系统。

本章较详细地介绍了8086/8088的CPU总线、Pentium的CPU总线、ISA局部总线和PCI局部总线。

8088CPU是40条引线的双列直插式芯片。

为了能够在有限的CPU的40条引线范围内进行工作，8088的地址总线和数据总线采用了分时复用（共享）的总线结构。

8088用最简单的方法——通过CPU的——条引线

功能的改变，来组成系统的最小组态和最大组态。

通过对最小／最大组态的学习和分析，将有助于我们进一步掌握8088的体系结构和工作原理。

学习8088最小／最大组态组成的系统及其操作时序，将有助于我们掌握80x86微处理器的内部操作和总线操作原理，更好地解决CPU与存储器或I/O设备之间的时序配合问题和实现实时控制。

3．重点

①了解80x86CPU的总线、ISA总线、PCI总线

②8088最小／最大组态下的CPU系统

③80x86的时序

4．难点

80x86的时序

第5章半导体存储器

1．目的要求

本章学习半导体存储器的基本概念，了解常用存储器芯片，掌握存储器的地址译码、地址分配及其与CPU的连接的方法。

2．内容提要

计算机的存储器，分为内存储器、外存储器、高速缓冲存储器（Cache）。

本章主要学习内存储器，内存储器主要有磁芯存储器和半导体存储器。

目前，微型计算机的内存储器都采用半导体存储器，它分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM两大类。

RAM是易失性存储器，常用于暂存数据和应用程序等。

ROM是非易失性存储器，主要用于存放系统程序、固定程序等。

存储器通过地址总线、数据总线和控制总线，实现与CPU的连接。

不同类型的存储器芯片，与微处理器的连接方式是不同的；同一类型的存储器芯片，与不同字长的微处理器的连接方式也不相同。

3．重点

①存储器的组成结构及引线功能

②地址译码与地址分配

③存储器与微处理器的连接方式

4．难点

地址译码与地址分配

第6章输入和输出

1．目的要求

本章学习输入输出（I／O）接口的基本概念以及数字通道接口和模拟通道接口。

通过本章的学习要求掌握I／O接口的基本功能、控制原理及译码方式。

了解IBMPC的I／O系统，掌握数字通道接口和模拟通道接口。

2．内容提要

计算机与外界的通信，是通过输入输出设备进行的，通过一种I／O设备与微型机连接，就需要一个连接电路，称为I/O接口，I/O接口是中央处理器与I／O设备之间协调动作的控制电路和驱动程序。

I/O接口的基本功能就是对数据传送实现控制，具体包括以下五种功能：

地址译码、数据缓冲、信息转换、提供命令译码和状态信息以及定时和控制。

对数据传送实现控制的方式有以下三种：

查询方式、中断方式和DMA方式。

最简单的传送控制方式是程序查询方式。

该方式由CPU执行全部的控制过程，因此降低了CPU的利用率。

在许多实时控制过程中，不能用程序查询方式，这时可用中断传送方式。

DMA方式用于高速的I／O传送，但这种方式需要附加其他电路。

中央处理器通过I／O端口译码电路寻址外部设备，译码方式有直接地址译码和间接端口译码两种。

中央处理器与I／O设备的接口有数字通道接口和模拟通道接口两种。

模拟通道接口包含两部分：

一部分是数字量和模拟量的转换电路，另一部分就是数字通道接口。

3．重点

①接口与接口控制原理

②I／O接口的译码方式

③数字通道接口及其应用

④模拟通道接口

4．难点

①I／O接口的译码方式

②数字通道接口的硬软件设计

③模拟通道接口的硬软件设计

第7章中断技术

1．目的要求

通过本章的学习，要求掌握中断的概念与中断系统的功能，中断请求及其响应的一般处理过程以及PC机的中断系统。

2．内容提要

中断主要是为了解决快速的中央处理机与慢速的输入／输出设备之间的矛盾而引入的。

随着计算机技术的发展，中断系统不仅能解决上述问题，而且还可以用于故障自动处理，实现分时操作、实时控制等，从而提高了计算机的可靠性和工作效率。

本章在介绍中断的概念和中断的一般处理过程的基础上，着重介绍了PC机的中断系统。

80x86PC微机有一个功能很强、方便灵活和多用途的中断系统，它可以处理256种类型的中断。

CPU通过每一种中断类型编码，从中断向量表中，获得该中断服务程序的入口地址，进入中断处理。

80x86的中断可以分为外部中断和内部中断。

外部中断是由CPU的两条引线NMI和INTR来实现的。

它们为外部设备提供请求中断使用。

内部中断是通过软件陷阱和软件中断指令来实现的。

可以利用软中断指令INTN来调用外部设备的中断服务程序。

断点中断和单步中断对用户程序的检查和调试起很大的作用。

当中断标志位IF=0时，可以禁止可屏蔽中断INTR，但它不能禁止MNI中断和内部中断。

内部中断（除单步外）有最高的优先权。

当同时有两个以上的中断源请求中断时，CPU首先响应中断优先权最高的中断源的请求。

3．重点

①中断的概念及中断的实现

②中断处理过程

③80x86PC机的中断系统

④中断类型码与中断向量表

⑤中断控制器8259

⑥外部中断控制程序的编制

4．难点

①中断类型码及中断入口地址的获取

②80x86系统微机中断服务程序的编制

第8章常用的可编程接口芯片

1．目的要求

本章学习常用的几种可编程接口芯片的使用方法。

通过本章的学习，要求掌握可编程常用接口芯片的使用方法。

2．内容提要

本章介绍微型计算机常用的可编程接口芯片：

并行接口8255、计数器／定时器8253、串行通信与异步通信控制器8250、键盘显示接口芯片8279。

在使用这些芯片前，都要用程序写入命令控制字来设定它们的工作方式，它们都带有与CPU的接口电路，使用它们是非常方便和灵活的。

3．重点

①接口芯片的引线功能及其与CPU的连接

②接口芯片的工作方式及其控制命令字

③接口芯片的编程与使用

4．难点

①8255的选通方式

②8253的工作方式与输出信号

*第9章提高部分

1．USB（UniversalSerialBus）接口

USB的特点：

1.速度快（USB2.0的传输速率高达480Mbps。

）；2.支持热拔插；3.提供内置电源（能向低压设备提供5V/100mA的电源）；4.支持多连接；5.低功耗（设备不使用时可处于休眠状态，以节省电力）；6.单一标准连接器（标准的4芯电缆连接线）；7.支持四种传输方式

USB的系统组成：

1）USB系统包含三类硬件设备，USB主控制器、USB设备、USB集线器；2）USB系统软件，USB设备驱动程序、USB主控制器驱动程序、USB传输协议。

2．操作模式

Pentium系列等32位微处理器有实模式和保护模式两种操作模式。

8086/8088等16位微处理器只有实模式，实模式是一个单任务的操作环境。

当今的PC基本上都是操作于保护模式下，保护模式使用了存储器的全部地址空间，并引入了虚拟存储器的新概念，它通常包括对存储器的区域保护功能与特权级保护功能。

保护模式还引入了任务管理的新概念，在多任务系统中，通过存储器管理机制为各任务定义不同的虚拟空间，使任务在区域上进行隔离，互不干扰，即使某一任务出错也不至于影响其它任务的执行。

3．其他增强技术

当代微处理器中应用了大量的高新技术，例如：

超标量流水线、动态执行技术、分支预测、条件传送指令、特殊方式寄存器、MMX与SSE技术、多核处理器等。

教材：

（1）清华大学出版社出版，朱定华编著的“微机原理与接口技术”。

（2）电子工业出版社，朱定华编著的“微型计算机原理及应用学习辅导”

2004年工程硕士“微机原理与接口技术”复习资料

一、用SRAM6116组成16K×8存储器，需要多少片6116？

需要多少条地址线作片内地址选择端？

需要多少条地址线作芯片选择端？

若规定地址为8000H～BFFFH，试画出地址线的连线图（要求用74LS138译码）。

解：

16K×8/2K×8=8,即共需要8片存储器芯片

16K=16384=214，所以组成64K的存储器共需要14根地址线作片内地址选择端

2K=2048=211即11根作字选线，选择存储器芯片片内的单元

14-11=3即3根作片选线，选择8片存储器芯片

芯片的11根地址线为A10～A0，余下的高位地址线是A13～A1112，所以译码电路对A13～A11进行译码，译码电路及地址线的连线图如下图所示：

二、源程序如下，阅读后画出该程序在9号功能调用之前数据段的内存映象图并指出此程序的功能。

stacksegmentstackstack

dw32dup（0）

stackends

datasegment

BUFDB58H

OBUF1DB0AH，0DH，（BUF）=

OBUF2DB4DUP（0）

dataends

codesegment

beginprocfar

assumess：

stack，cs：

code，ds：

data

pushds

subax，ax

pushax

movax，data

movds，ax

MOVAL，BUF

MOVAH,AL

MOVCL，4

SHRAH，CL

ADDAH，30H

ANDAL，0FH

ADDAL，30H

MOVOBUF2，AH

MOVOBUF2+1，AL

MOVOBUF2+2，H

MOVOBUF2+3，$

MOVDX,OFFSETOBUF1

MOVAH,9

INT21H

ret

beginendp

codeends

endbegin

解：

该程序在9号功能调用之前数据段的内存映象图如下：

该程序的功能是将BUF中的两位压缩BCD数以十六进制形式显示。

具体显示为：

（BUF）＝58H

三、编写从键盘输入一串字符（字符数＞１），然后在下一行以相反的次序显示出来（采用9号和10号系统功能调用）的源程序。

解：

建立2个指针指向输入的字符串，一个指向串首，另一个指向串尾。

将2指针指向的字符交换，字符交换的操作要进行到字符串首指针的值大于等于字符串尾指针的值为止，即可将字符串的次序颠倒。

程序如下：

stacksegmentstackstack

dw32dup（0）

stackends

datasegment

BUFDB255,0,255DUP（0）

dataends

codesegment

startprocfar

assumess:

stack,cs:

code,ds:

data

pushds

subax,ax

pushax

movax,data

movds,ax

MOVDX,OFFSETBUF；键入一串字符

MOVAH,10

INT21H

MOVSI，OFFSETBUT+2；SI指向串首

MOVBX，SI；BX指向串尾+1

ADDBL，BUF+1；串首偏移地址加上键入字符个数

ADCBH，0

MOVBYTEPTY[BX]，$；串尾后送串结束符

DECBX；BX指向串尾

AGAIN：

MOVAL，[BX]；字符交换

XCHGAL，[SI]

MOV[BX]，AL

DECBX；调整指针

NICSI

CMPSI，BX；两指针比较

JCAGAIN

MOVBUF+1，0AH；换行的ASCII码送串首1单元

MOVDX，OFFSETBUF+1；从换行开始输出

MOVAH，9

INT21H

ret

startendp

codeends

endstart

四、用DAC0832的单缓冲方式产生锯齿波，试设计锯齿波产生电路及其接口电路并写出控制程序。

解：

DAC0832的输出端接运算放大器输出锯齿波电压的电路连接如图1所示。

产生锯齿波的程序如下：

图1锯齿波产生电路

stacksegmentstackstack

dw32dup（0）

stackends

codesegment

startprocfar

assumess：

stack，cs：

code

pushds

subax，ax

pushax

movax，data

movds，ax

MOVDX，380H

AGAIN：

INCAL

OUTDX，AL

PUSHAX

MOVAH，11；11号功能调用

INT21H

CMPAL，0；有键入AL=FFH，无键入AL=0

POPAX

JEAGAIN；无键入继续

ret

startendp

codeends

endstart

五、用8255的A端口接8只理想开关输入二进制数，B端口和C端口各接8只发光二极管显示二进制数。

设计这一接口电路并写出读入开关设置的原码数，送B端口（补码）和C端口（绝对值）的发光二极管显示的程序段。

解：

接口电路如下：

程序段如下：

MOVDX,383H

MOVAL,90H；A口方式0入，B口和C口方式0出

OUTDX,AL

MOVDX,380H

INAL,DX；从A口读入原码

ANDAL,AL；判原码的符号

JNSDN；为正去DN

ANDAL,7FH；为负，取其绝对值

MOVDX,382H

OUTDX,AL；绝对值从C口输出

NEGAL；将负数的绝对值求补

DECDX

OUTDX,AL；负数的补码从B口输出

┇

DN：

INCDX；正数直接从B口和C口输出

OUTDX,AL

INCDX

OUTDX,AL

┇

五、用8253的计数器0构成方波产生器。

设输入CLK0的频率为2MHz，要求OUT0的输出频率为2KHz。

已知8253的端口地址为268H～26BH，设计这一接口电路（包括地址译码电路）并写出8253的初始化程序段。

解：

接口电路如下：

8253的控制字为：

00110110＝36H

求计数初值：

2M/2K=1000=3E8H

8253的初始化程序段如下：

MOVDX,26BH

MOVAL,36H

OUTDX,AL

MOVDX,268H

MOVAL,0E8H

OUTDX,AL

MOVAL,3

OUTDX,AL

OUTDX,AL

2005年在职攻读硕士学位考试试题

学位类别名称：

工程硕士考试科目：

微机原理与接口技术

专业或领域：

电子与通信工程招生院系：

电子与信息工程系

一、填空（10分）

1、将8位二进制数96H视为补码数时表示的十进制数是（）。

视为无符号数时表示的十进制数是（）

视为压缩BCD数时表示的十进制数是（）。

2、若一个数据块在内存中的起始地址为80A0H：

DFF6H，则这个数据块的起始地址的物理地址为（）

3、宏汇编语言程序被汇编时，（）语句产生代码指令，（）语句不产生代码指令，（）语句可能产生也可能不产生代码指令。

4、设堆栈指针（SP）=2200H，此时若将AF、AX、BX、CX依次推入堆栈后，（SP）=（）

5、8086/8088微处理器的INTR引脚由标志位（）控制。

6、在80x86微处理器中，指令分配给寄存器SP的默认段寄存器是（）。

7、INT  40H  指令中断向量存放在（）H：

（）H中。

8、假如从内存向量为0000:

0080H开始存放的16个单元中存放有以下值:

21,04,35,05,29,1A,EB,4F,03,79,2B,2A,03,79,2B,2C,

则21H中断子程序的入口地址为（）H:

（）H

9、假定（AX）=96H,（BX）=65H,依次执行ADDAX,BX和DAA指令后,（AX）=（）

10、有符号定义语句如下:

BUFDB1,2,3,'123'

EBUFDB0

LEQUEBUF-BUF

则L的值是（）

二、单项选择题（共10分）从每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案填入题干的括号内。

1．从8086CPU的内部结构上看，其是由（）两部分组成。

A、控制器和20位物理地址加法器

B、运算器和总线接口

C、执行单元和总线接口单元

D、控制器和运算器

2．IA体系微处理器中采用（）I/O寻址方式。

A、专用或独立的

B、存储器编址

C、向上生成

D、向下生成

3．下列数据中（）最小.

A、11011001（二进制数）

B、75（十进制数）

C、37（八进制数）

E、2A7（十六进制数）

4、若用6264SRAM芯片（8K×8位）组成128KB的存储器模块，需要（）片6264芯片。

A、16

B、24

C、32

D、64

5、当8255A的端口A、端口B均工作在方式0的输入方式时，端口C可以作为（）用

A、两个4位I/O端口或1个8位I/O端口

B、状态端口

C、部分引脚作端口A、端口B的联络信号

D、全部作联络信号

6、在异步串行通信方式中，通常采用（）来校验错误。

A、循环冗余校验码

B、奇、偶校验码

C、海明校验码

D、多种校验方式的组合

7、下列引起CPU程序中断的四种情况,哪一种需要由外部接口硬件提供中断类型码?

（）.

A、INTO

B、INTR

C、NMI

D、INTN

8、指令ADDCX,[SI+BX+10H]中源操作数的寻址方式是（）.

A、相对的变址寻址

B、基址寻址

C、变址寻址

D、基址加变址寻址

9、下列程序执行后（AX）=（）.

XDB5,7,-5

MOVAX,WORDPTRX

A、5H

B、57H

C、75H

D、0705H

10、实现AX清零的指令为（）。

A、CMPAX，AX

B、ORAX，AX

C、XORAX，AX

D、ANDAX，AX

三、（15分