微型計算機系統(tǒng)概論

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1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,,,*,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,第一章 微型計算機系統(tǒng)概論,,第二章,8086/8088,微處理器,,第三章,8086,微處理器的指令系統(tǒng),,第四章 匯編語言程序設計,,第五章 存儲器系統(tǒng),,第六章 輸入,/

2、,輸出接口,,第七章 中斷與中斷控制,,第八章,I/O,接口技術,,第九章 數(shù)模模數(shù)轉換,,第十章 串行通訊技術,第一章 微型計算機系統(tǒng)概論,基本概念,,微型計算機系統(tǒng),,微型計算機組成：,CPU,、存儲器、,I/O,接口、總線,,掌握總線的概念和分類（按傳輸信息分）：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線,,微處理器、單片機、單板機基本概念,,馮諾依曼機的硬件體系結構,,計算機內(nèi)信息表示,,微處理器,,嚴格講，微處理器≠,CPU,,CPU ——,計算機中執(zhí)行運算和控制功能的區(qū)域，由,算術邏輯部件,(ALU),和,控制部件,(CU),兩大主要部分組成,,微處理器,——,把,CPU

3、,和,一組,稱為,寄存器,（,Registers,）的特殊存儲器集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中,微處理器 微型計算機 微型計算機系統(tǒng),,微型計算機,,以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作的只讀存儲器（,ROM,）、讀寫存儲器（,RAM,）、輸入／輸出接口電路及系統(tǒng),總線,等所組成的計算機，稱為,微型計算機,。,,將這些組成部分集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱,單片機,。,,微型計算機系統(tǒng),,微型計算機系統(tǒng),,——,以,微型計算機,為中心，配以相應的,外圍設備,以及控制微型計算機工作的,軟件,（軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟

4、件兩大類）。,,微型計算機如果不配有軟件，通常稱為裸機。,,單板機,,——,將微型計算機的各個部分都集成在一塊印制電路板上，并配以簡單的外設（如鍵盤）等，構成的一個簡單的計算機系統(tǒng)。,,,,,,,,,,,,算術邏輯單元,(ALU),控制器,內(nèi)部總線,微處理器,(CPU),存儲器（,RAM,、,ROM,）,I/O,接口,系統(tǒng)總線,外圍設備,系統(tǒng)軟件、應用軟件、數(shù)據(jù)庫等,微 型 計 算 機 系 統(tǒng),微型計算機,馮,·,諾依曼結構：,,由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成,微型計算機的硬件體系結構,,控制器,,,輸入設備 存儲器

5、 輸出設備,,,,運算器,,,,,,數(shù)據(jù)和程序以二進制代碼的形式表示,,數(shù)據(jù)和程序存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進制形式,,控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列（即程序）工作，并由一個,程序計數(shù)器（,PC,）,控制指令的執(zhí)行。,,CPU,,(,中央處理單元,),,Central Processing,,Unit,,ALU,,(,算術邏輯單元,),,Arithmetic Logic Unit,控制器,Memory,(,存儲器,),,RAM,(,讀寫存儲器,),ROM,(,只讀存儲器,),I/O,接口－主機與外設的匹配連接,BUS,(,總線,),,AB,(,地址總線,),DB,(,

6、數(shù)據(jù)總線,),CB,(,控制總線,),總線：傳遞信息的一組公共通信線，是傳送信息的公共通道，微機系統(tǒng)采用總線結構連接系統(tǒng)功能部件,。,,數(shù)據(jù)總線（,DB,：,Data Bus,）,,處理器與存儲器或外設交換信息的通道,,個數(shù)（條數(shù)）是一次能夠傳送數(shù)據(jù)的二進制位數(shù),,地址總線（,AB,：,Address Bus,）,,指定存儲器或外設的具體單元,,個數(shù)（條數(shù)）反映訪問的主存儲器容量或外設范圍,,控制總線（,CB,：,Control Bus,）,,控制處理器數(shù)據(jù)傳送等操作,一個信號兩種狀態(tài)（高或低）兩種編碼（,1,或,0,）,N,：,2,N,地址就是號碼,計算機中的信息表示和處理,,計算機中信息以

7、二進制形式存儲，書寫時常用,16,進制,,無符號數(shù)表示,,掌握二進制無符號數(shù)表示,,掌握,BCD,碼（壓縮,BCD,碼、非壓縮,BCD,碼）,,有符號數(shù)表示,,原碼、補碼、反碼表示方法,,一個字節(jié)有符號數(shù)的范圍、一個字的補碼所表示的范圍,,溢出，能夠進行有符號數(shù)運算溢出判斷,,ASCII,碼，熟記,0~9,、,A~F,、,a~f,的,ASCII,碼,,了解漢字內(nèi)碼的概念,位和字節(jié),,位,(bit),是計算機所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位,;,,,取值只能為,0,或,1,的一個二進制數(shù)值位。位作為單位時記作,b,,字節(jié),(byte),由,8,位二進制位組成，通常用作計算存儲容量的單位。字節(jié)作

8、為單位時記作,B,,K,是,kelo,的縮寫，,1K=1024B=2,10,；,,M,是,mega,的縮寫，,1M=1024K=2,20,；,,G,是,giga,的縮寫，,1G=1024M=2,30,；,,T,是,tera,的縮寫，,1T=1024G=2,40,。,硬件基礎知識,,三態(tài)門、,D,觸發(fā)器、邏輯門的功能及其符號表示,,4LS244,、,74LS245,、,74LS273,、,74LS373,的功能,,計算機總線連接規(guī)則,——,計算機部件輸出數(shù)據(jù)到總線時應加三態(tài)緩沖電路、總線輸出到計算機部件時通常通過鎖存器鎖存,,計算機中信息分時傳送原理,,計算機總線,---,三態(tài)門和,D,觸發(fā)器在

9、總線中的應用,?,三態(tài)門：增加驅(qū)動，用作數(shù)據(jù)輸入時的緩沖。,,D,觸發(fā)器,：信號保持，用作信息輸出時的鎖存。,,多個器件接入總線時，一定要使用三態(tài)電路,,?,當需要使用總線的時候打開三態(tài)門，進行信息傳遞。,,?,當不需要使用總線時，關閉三態(tài)門，使之處于高阻狀態(tài)，而不影響別的器件使用總線。,第二章,8086/8088,微處理器,8086,微處理器內(nèi)部結構,總線接口單元,BIU (Bus Interface Unit),：,主要負責物理地址的形成、預取指令、指令隊列排隊、讀,/,寫操作數(shù)和總線控制。,,,執(zhí)行單元,EU (Execution Unit),：,主要負責指令譯碼和執(zhí)行,8086/808

10、8,微處理器程序執(zhí)行過程,指令隊列中出現(xiàn)兩個字節(jié)為空時自動按,CS,值和,IP,值組成,20,位實際物理地址到存儲器中取指令，一次取兩個字節(jié)指令存放到指令隊列中。,,EU,從,BIU,指令隊列中讀取指令。,,由,EU,控制電路對指令進行譯碼分析，指出操作性質(zhì)及操作對象。,EU,執(zhí)行指令，如果執(zhí)行指令時必需訪問存儲器或者,I/O,端口，則在,EU,中計算出操作數(shù)的,16,位地址偏移量送給,BIU,，由,BIU,的地址加法器形成,20,位物理地址。,BIU,根據(jù),EU,請求，將操作數(shù),20,位物理地址傳遞給存儲器。,,BIU,取來操作數(shù)經(jīng)總線控制邏輯傳送到內(nèi)部,EU,數(shù)據(jù)總線。,,EU,將取來的操

11、作數(shù)從內(nèi)部總線送入,ALU,，進行指令指定的操作。,,EU,運算出的結果，經(jīng)內(nèi)部總線送到指定位置，若需要傳送給存儲器或者,I/O,端口，則由,EU,請求,BIU,產(chǎn)生,20,位實際目標地址，將結果寫入存儲器或者,I/O,接口。,總線接口單元,BIU,的組成,,段寄存器：,CS,、,DS,、,ES,、,SS,,指令指針寄存器,IP,,指令隊列,,地址加法器∑,,其它組成部分：總線控制邏輯、暫存器,,掌握,BIU,功能,,執(zhí)行單元,EU,的組成,,數(shù)據(jù)寄存器：,AX,、,BX,、,CX,、,DX,,地址指針寄存器：,SP,、,BP,、,SI,、,DI,,邏輯運算單元,ALU,,標志寄存器,FLAG

12、S,（,6,個狀態(tài)標志和,3,個控制標志）,,掌握,EU,功能,8086,存儲器和,I/O,端口管理,,8086,對存儲器的分段管理,,段地址、偏移地址、邏輯地址、物理地址基本概念,,20,位物理地址的形成方法,,掌握,8086,對存儲器和,I/O,端口的編址,,地址指針寄存器,SP,、,BP,、,SI,、,DI,以及,IP,、,BX,尋址時所默認的段及段超越概念,一,.,分段管理技術,,,1.,采用“分段管理”的原因,,Intel 8086,為標準的,16,位微處理器，,20,根地址總線管理,1MB,的存儲空間。,,8086 CPU,中所使用的寄存器均是,16,位的，內(nèi)部,ALU,也只能進行

13、,16,位運算，其尋址范圍局限在,216,＝,65536(64K),字節(jié)單元。為了實現(xiàn)對,1M,字節(jié)單元的尋址，,80x86,系統(tǒng)采用了存儲器分段技術。,8086,對主存儲器的分段管理,,,,,數(shù)據(jù)段段基址,(DS),,數(shù)據(jù)段內(nèi)偏移地址,擴展段段基址,(ES),堆棧段段基址,(SS),代碼段段基址,(CS),每段地,,址空間,,最大,64K,,數(shù)據(jù)段,擴展段,堆棧段,代碼段,物理地址,=,段地址,*16+,偏移地址,每個存儲單元都具有一個唯一的,20,位編號，即,物理地址,，從,00000H,～,FFFFFH,。,每段起始位置的,20,位實際物理地址中的高,16,位稱為段地址,(,段基址,),

14、，每段中某個存儲單元距段起始位置的偏移量稱為偏移地址。段地址和偏移地址合稱為邏輯地址。,邏輯地址和物理地址,邏輯地址（,Logical Address,）,,在微處理器內(nèi)部、程序員編程時采用的地址,,某個存儲單元可以有多個邏輯地址,,邏輯地址＝,段基地址,∶,偏移地址,,段基地址,＝邏輯段在主存中的起始地址,,偏移地址,＝距離段基地址的位移量,,物理地址（,Physical Address,）,,地址總線上輸出的地址，用于外部硬件連接,,每個存儲單元只有一個唯一的物理地址,邏輯地址由微處理器在輸出之前轉換為物理地址,,108,208,308,106,206,306,107,207,307,10

15、9,209,309,110,105,104,103,102,101,210,205,204,203,202,201,310,305,304,303,302,301,08,18,28,06,16,26,07,17,27,09,19,29,10,05,04,03,02,01,20,15,14,13,12,11,30,25,24,23,22,21,邏輯地址＝相對地址：,205,（,2,層,05,號房間）,物理地址＝絕對地址：,15,（第,15,號房間）,示意圖,8086,系統(tǒng)和外部設備之間通過,I/O,芯片接口，每個,I/O,芯片對應一個或幾個端口。,,8086,對,I/O,端口操作，需要專門的,I

16、N,、,OUT,指令，并且只能通過累加器（,AX/AL,）來完成。,,存儲器和,I/O,端口分別獨立編址,,存儲器的地址范圍是,00000 – 0FFFFFH,,I/O,端口的地址范圍是,0000 – 0FFFFH,8086,對,I/O,的管理,8086,引腳信號和工作模式,,掌握最小模式、最大模式基本概念,,掌握,8086,最小模式下引腳信號和功能（,READY,引腳和,/TEST,引腳僅作了解）,,掌握,8086/8088,最小模式下的總線連接,,了解,8086/8088,最大模式下的總線連接,,了解,8086,最大模式下重新定義的,8,個引腳信號功能,,了解,8088,與,8086,引腳

17、信號和功能的區(qū)別,8086,操作和時序,,了解,8086/8088,時鐘電路和復位電路,,掌握,8086/8088,的復位操作,,了解微機的啟動過程,,掌握時鐘周期、總線周期、指令周期基本概念,,了解存儲器讀,/,寫時序、,I/O,端口讀,/,寫時序,第三章,8086,微處理器的指令系統(tǒng),掌握,8086/8088 CPU,尋址方式,,獲得數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)地址信息的方式稱為,尋址方式,,數(shù)據(jù)尋址方式,寄存器相對尋址,,基址變址尋址,,相對基址變址尋址,,I/O,端口直接尋址,,I/O,端口間接尋址,隱含尋址,,立即數(shù)尋址,,寄存器尋址,,直接尋址,,寄存器間接尋址,程序?qū)ぶ贩绞?,段內(nèi)直接尋址,,近

18、跳轉,,遠跳轉,,段內(nèi)間接尋址,,段間直接尋址,,段間間接尋址,熟練掌握,8086/8088 CPU,指令系統(tǒng),,傳送類指令,,MOV,、,PUSH,、,POP,、,XCHG,、,IN,、,OUT,、,XLAT,、,LEA,、,LDS,、,LES,、,SAHF,、,LAHF,、,PUSHF,、,POPF,,算術運算類指令,,ADD,、,ADC,、,INC,、,SUB,、,SBB,、,DEC,、,CMP,、,NEG,、,MUL,、,IMUL,、,DIV,、,IDIV,、,CBW,、,CWD,,BCD,碼調(diào)整指令,,掌握,DAA,調(diào)整指令,,了解,DAS,、,AAA,、,AAS,、,AAM,、,A

19、AD,指令,邏輯運算及移位操作指令,,AND,、,OR,、,NOT,、,XOR,、,TEST,、,SHL,、,SHR,、,SAL,、,SAR,、,ROL,、,ROR,、,RCL,、,RCR,,串操作指令,,MOVS,、,STOS,、,LODS,、,CMPS,、,SCAS,,掌握重復前綴使用：,REP,、,REPZ/REPE,、,REPNZ/REPNE,控制轉移類指令,,掌握子程序調(diào)用和返回指令：,CALL,、,RET,、,RET n,,掌握無條件轉移和條件轉移指令,,條件轉移指令：,,判斷單個狀態(tài)標志的條件轉移指令：,JZ,、,JNZ,、,JS,、,JNS,、,JO,、,JNO,、,JP,、

20、,JNP,、,JC,、,JNC,,判斷無符號大小的條件轉移指令：,JA,（,JNBE,）、,JAE,（,JNB,）、,JE,（,JZ,）、,JNE,（,JNZ,）、,JB,（,JNAE,）、,JBE,（,JNA,）,,判斷有符號數(shù)大小的條件轉移指令：,JG,（,JNLE,）、,JGE,（,JNL,）、,JL,（,JNGE,）、,JLE,（,JNG,）,,判斷,CX,寄存器的條件轉移指令：,JCXZ,掌握循環(huán)控制指令,,LOOP,、,LOOPZ,（,LOOPE,）、,LOOPNZ,（,LOOPNE,）,,掌握中斷指令：,INT n,、,IRET,、,INTO,,掌握,CPU,控制類指令,,掌握

21、標志控制類指令,,CLC/STC/CMC,,CLD/STD,,CLI/STI,,了解處理器控制指令：,NOP,、,HLT,、,WAIT,、,ESC,、,LOCK,第四章 匯編語言程序設計,偽指令,,常用偽指令：,DB,、,DW,、,DD,、,DQ,、,ORG,、,OFFSET,、,SEG,、,PTR,、,ASSUME,、,EQU,、,$,、,DUP,等,,掌握段的定義：,SEGMENT / ENDS,,掌握過程的定義：,PROC / ENDP,,了解匯編語言中的標記（標號、注釋等）,,DOS,功能調(diào)用,程序結構,,,程序由語句構成，每條語句占一行。,,指令性語句,(,指令語句,),,,指

22、示性語句,(,偽指令語句,),,,分段結構,,程序按段編寫,,,與,8086,內(nèi)存分段編址對應,,段由偽操作,SEGMENT,開始、,ENDS,結束,,,,程序最后,END,結束語句，后跟啟動地址,,啟動地址指程序開始執(zhí)行第一條語句。,,,程序中設有返回,DOS,的功能。,,使程序執(zhí)行完后返回,DOS,系統(tǒng)的命令接受狀態(tài)。,,,程序中用到內(nèi)存操作數(shù)時，按操作數(shù)的尋址方式，給相應的段寄存器賦值,;,匯編語言程序結構例,,;,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送功能,,aa SEGMENT,,;,數(shù)據(jù)段,1,,str1 DB 'Hello!’,,aa ENDS,,bb SEGMENT,,;,數(shù)據(jù)段,2,,str

23、2 DB 6 dup (?),,bb ENDS,,cc SEGMENT,,;,代碼段,,,ASSUME CS:cc, DS:aa, ES:bb,,start: CLD,,MOV AX , aa,,MOV DS , AX,,LEA SI , str1,,MOV AX , SEG str2,,MOV ES , AX,,MOV DI ,OFFSET str2,,MOV CX , 6,,REP MOVSB,,,MOV AH , 4CH,,INT 21H,,;,返回,DOS,,cc ENDS,,,END start,;,指示程序

24、結束,熟練掌握使用匯編語言設計程序,,順序結構程序設計,,分支結構程序設計,,循環(huán)程序設計,,子程序設計,,子程序的參數(shù)傳遞方法,,通過寄存器傳遞參數(shù),,通過全局變量傳遞參數(shù),,通過堆棧傳遞參數(shù),,通過代碼段來傳遞參數(shù),,字符串處理,,碼制轉換程序,第五章 存儲器系統(tǒng),存儲器基本知識,,存儲器按材料分類：磁性存儲器、光盤、半導體存儲器,,存儲器按位置分類,,內(nèi)部存儲器,,內(nèi)部,CACHE,,外部,CACHE,,外部存儲器,,外部存儲器,,半導體存儲器按功能分類：,,隨機存取存儲器,RAM,,DARM,,SRAM,,只讀存儲器,,掩膜型,ROM,,可編程,ROM,（,PROM,）,,紫外線

25、可擦除、可編程,ROM,（,EPROM,）,,可用電擦除、可編程,ROM,（,E,2,PROM,）,存儲器擴展方法,,存儲器數(shù)據(jù)寬度擴展方法,,多個位擴充的存儲芯片的數(shù)據(jù)線連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù),,其它連接都一樣,,這些芯片應被看作是一個整體,,存儲器字節(jié)數(shù)擴展方法,,通過將存儲芯片的片選端與系統(tǒng)的高位地址線相關聯(lián)來實現(xiàn),8086/8088,計算機與存儲器連接,,了解,8086/8088,存儲器空間,,8086,系統(tǒng)有,20,根地址線，,16,根數(shù)據(jù)線，尋址空間為,1,MB,,偶地址數(shù)據(jù),由數(shù)據(jù)線低8位傳送,,奇地址數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線高8位傳送,,奇,、,偶地址數(shù)據(jù)存取分別由,BHE,和,A0

26、,控制,存儲器連接,,存儲芯片的數(shù)據(jù)線,,存儲芯片的地址線,,存儲芯片的片選端,,存儲芯片的讀寫控制線,8088,全地址譯碼方式的存儲器連接,,8086,全地址譯碼方式的存儲器連接,,部分譯碼方式、線譯碼方式、不譯碼方式的存儲器連接,全譯碼方式,,使用全部微處理器地址總線,,片內(nèi)尋址：低位地址與存儲器芯片地址引腳相連,,片選尋址：高位地址經(jīng)譯碼與存儲器芯片片選引腳相連,,譯碼方式,,只使用部分微處理器地址總線進行譯碼,,沒有使用的地址信號對存儲器芯片的工作不產(chǎn)生影響,部分譯碼,,地址重復,,譯碼簡單,全譯碼,,地址唯一,,空間連續(xù),第六章 輸入,/,輸出接口,輸入,/,輸出基本概念,,接

27、口、端口的基本概念,,接口,：外設與總線之間的中間環(huán)節(jié)，是計算機與外設交換信息的控制電路。,,端口,：接口電路中可以被尋址訪問的存儲單元?？煞譃閿?shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、控制端口。,,一個接口電路可以具有多個,I/O,端口（寄存器），每個端口用來,保存和交換不同的信息,,可分為數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、控制端口，,用于保存數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息,。,接口的功能,,數(shù)據(jù)緩沖,：外設數(shù)據(jù)輸入到總線時需要緩沖。,,數(shù)據(jù)鎖存,：總線數(shù)據(jù)輸出到外設時的鎖存，解決,CPU,與外設速度不匹配問題。,,傳輸控制命令和狀態(tài)信息,：計算機與外設有時需使用硬件握手。例如：計算機利用查詢輸出到打印機。,,信息轉換,：串并轉換、數(shù)模

28、轉換、電平格式轉換,,對,I/O,端口尋址：,對各設備的,I/O,端口譯碼尋址,I/O,端口的編址方式,,,I/O,端口與存儲器統(tǒng)一編址,,,把一個外設端口看作存儲器的一個單元，占用存儲器的地址空間,，利用對存儲器的讀寫操作完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。,,優(yōu)點,,不需要專門的輸入輸出指令,,可使用全部對存儲器操作的指令，指令數(shù)量多,,端口數(shù)量多,,缺點,,占用存儲器空間,,尋址時地址線數(shù)多,,,譯碼復雜,0,,,地址空間,(,共,1MB),,內(nèi)存地址,,(960KB),I/O,地址,,(64KB),,FFFFFH,EFFFFH,,F0000H,I/O,端口獨立編址,,,計算機單獨給外設端口編址，,I

29、/O,端口具有獨立的地址空間,。計算機需用控制信號區(qū)分存儲器空間和,I/O,端口空間（例,8086 CPU,的,M/IO,）。,,優(yōu)點,,I/O,空間較存儲器空間小，地址線少，譯碼電路相對簡單,。,,不占用存儲器空間,,缺點,,要有專門輸入輸出指令，尋址方式少，不靈活,80x86,采用,I/O,端口獨立編址,00000H,,內(nèi)存地址空間,,內(nèi)存空間,,(1MB),FFFFFH,,I/O,空間,,(64KB),,FFFFH,I/O,地址空間,0000H,8086 I/O,空間,,8086,系統(tǒng)使用,16,根地址線（,A15~A0,）尋址,I/O,端口，可尋址,64KB,個,I/O,端口；,,偶地

30、址端口數(shù)據(jù)使用低,8,位數(shù)據(jù)總線傳送，奇地址端口數(shù)據(jù)使用高,8,位數(shù)據(jù)總線傳送；,,奇、偶地址端口的數(shù)據(jù)傳送由,BHE,和,A0,控制；,,I/O,端口的讀,/,寫選通信號為,IOR,和,IOW,。,,計算機系統(tǒng)中，多使用,8,位端口。,8086,系統(tǒng)的,8,位端口使用數(shù)據(jù)線的低,8,位傳送信息，所以端口地址的編址多為偶地址。,,8088/8086 CPU,的,I/O,編址方式,,采用,I/O,獨立編址方式,(,但地址線與存儲器共用,),,地址線上的地址信號用 來區(qū)分：,,時為,I/O,地址,,I/O,操作只使用,20,根地址線中的,16,根：,A,15,～,A,0,,可,

31、尋址的,I/O,端口數(shù)為,64K(65536),個,,I/O,地址范圍為,0,～,FFFFH,,IBM PC/XT,只使用了,1024,個,I/O,地址,(0,～,3FFH),M/IO=0,M/IO,控制總線,CB,地址總線,AB,I/O,接口電路,數(shù)據(jù),控制,狀態(tài),數(shù)據(jù)總線,DB,,,CPU,,,外設,控制寄存器,狀態(tài)寄存器,數(shù)據(jù)寄存器,,,I/O,接口的典型結構,CPU,與外設的數(shù)據(jù)傳送方式,,無條件數(shù)據(jù)傳輸方式,,查詢傳輸方式,,中斷傳輸方式,,了解,DMA,傳輸方式及,DMA,控制器,8237,,常用輸入,/,輸出電路設計,無條件傳送,微處理器與慢速變化的設備交換數(shù)據(jù),,外設總是處于,

32、“,就緒,”,狀態(tài)，隨時可以進行數(shù)據(jù)傳送,,無條件傳送的接口電路：,只考慮數(shù)據(jù)緩沖,,無條件傳送的軟件編程：十分簡單,輸入時執(zhí)行輸入,IN,指令,,,mov,dx,8000h,,,in,al,dx,,,mov,,bufin,al,輸出時執(zhí)行輸出,OUT,指令,,,mov,,al,bufout,,,mov,dx,8000h,,,out,dx,al,無條件傳送接口電路,輸入接口電路連接開關：讀取開關狀態(tài),,輸出接口電路連接發(fā)光二極管,LED,,功能要求：開關閉合時，將相應,LED,點亮,,調(diào)用延時子程序,DELAY,保持一定時間,,,mov,dx,8000h,;DX,指向輸入端口,,,in,al,

33、dx,;,從輸入端口讀開關狀態(tài),,,not al,;,求反,,,out,dx,al,;,送輸出端口顯示,,,call delay,;,調(diào)子程序,DELAY,進行延時,示意圖,查詢傳送,查詢傳送有,查詢,和傳送兩個環(huán)節(jié),,首先查詢外設工作狀態(tài),,檢測、等待外設準備就緒,,進行數(shù)據(jù)傳輸,,設計實現(xiàn)查詢功能的電路,,連接外設的狀態(tài)輸入信號,,保存在,狀態(tài)寄存器,中,,通過狀態(tài)端口讀取,,實際中常引入超時判斷,,查詢需大量時間，效率較低,查詢輸入接口,讀取狀態(tài)端口查詢外設狀態(tài)，若已就緒，讀取數(shù)據(jù)端口得到外設提供的數(shù)據(jù),,,mov,dx,5001h,;DX,指向,狀態(tài)端口,,status: in,al,

34、dx,;,讀狀態(tài)端口,,,test al,01h,;,測試狀態(tài)位,D0,,,jz,status,,;D0,＝,0,，未就緒，繼續(xù)查詢,,,dec,,dx,,;D0,＝,1,，就緒，,DX,改指,數(shù)據(jù)端口,,,in,al,dx,;,從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù),示意圖,查詢輸出接口,讀取狀態(tài)端口查詢外設狀態(tài)，若已就緒，將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)端口輸出給外設,,,mov,dx,5001h,;DX,指向,狀態(tài)口,,status: in,al,dx,;,讀取狀態(tài)口的狀態(tài)數(shù)據(jù),,,test al,80h,;,測試標志位,D7,,,jnz,status,,;D7,＝,1,，未就緒，繼續(xù)查詢,,,dec,,dx,,;D7,＝,

35、0,，就緒，,DX,改指,數(shù)據(jù)口,,,mov,,al,buf,;,將變量,BUF,送,AL,,,out,dx,al,;,將,AL,中的數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)口,示意圖,中斷傳送,微處理器在執(zhí)行程序過程中，被內(nèi)部或外部的事件所打斷，轉去執(zhí)行一段預先安排好的中斷服務程序；服務結束后，又返回原來的斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序,,中斷源,,引起中斷的事件或原因,,內(nèi)部中斷,,外部中斷,,可屏蔽中斷,,非屏蔽中斷,第七章 中斷與中斷控制,PC,機中斷系統(tǒng),,基本概念,,了解中斷的功能,,掌握中斷源、現(xiàn)場、斷點、返回地址的概念,,了解中斷的原理和實現(xiàn),,中斷優(yōu)先級,,了解優(yōu)先級的概念,,掌握,PC,機對中斷優(yōu)先級的

36、處理規(guī)則,斷點：,CPU,響應中斷時，會停止當前執(zhí)行程序，轉去執(zhí)行中斷處理程序，原程序被打斷的地方,,斷點地址：,中斷處理程序結束后，返回原程序恢復執(zhí)行的第一條指令的地址，又稱,“返回地址”,。,,現(xiàn)場,是指進入中斷服務程序之前,CPU,各個寄存器的狀態(tài)。,,中斷系統(tǒng)的功能,,（一）實現(xiàn)中斷及返回,,檢測中斷,,響應中斷時保護斷點和現(xiàn)場,,中斷服務完成時將中斷申請信號撤銷,,中斷服務完成后恢復現(xiàn)場和斷點，返回原程序,,（二）對中斷進行控制,,對中斷申請進行控制,,對中斷響應進行控制,,（三）實現(xiàn)優(yōu)先權排隊,,（四）尋找中斷源,,優(yōu)先權排隊,,當系統(tǒng)中多個中斷源同時發(fā)出中斷請求時，,CPU,按照

37、重要性和急迫性,(,中斷優(yōu)先級,),擇優(yōu)響應：,,不同優(yōu)先級同時請求時，,CPU,先響應高優(yōu)先級中斷；,,CPU,在處理低優(yōu)先級中斷時，若出現(xiàn)高優(yōu)先級中斷請求，則轉去處理高優(yōu)先級中斷,(,中斷嵌套,),；,,CPU,在處理高優(yōu)先級中斷時，若出現(xiàn)低優(yōu)先級中斷請求，暫不響應；,,CPU,在處理中斷時，若出現(xiàn)同級別中斷請求，則等當前中斷處理完后，才處理新的請求。,8086/8088,的中斷結構,,中斷的分類：硬件中斷和軟件中斷,,中斷類型碼,,可屏蔽中斷、不可屏蔽中斷,2,個硬件中斷,,常用軟件中斷,,除數(shù)為,0,中斷（,INT 0,）,,單步中斷（,INT 1,）,,斷點中斷（,INT 3,

38、）,,INTO,指令（中斷類型碼為,4,）,,INT n,指令,中斷源,,任何能引發(fā)中斷的事件都稱為,中斷源,，可分為：,,硬件中斷源：,I/O,設備，系統(tǒng)時鐘，故障源等,,軟件中斷源：,程序中斷指令,(INT 3),，指令運行出錯,(INTO),等,,8086/8088,的外部中斷信號：,INTR,、,NMI,,INTR,——,可屏蔽中斷請求，高電平有效，受,IF,標志的控制。,IF=1,時，執(zhí)行完當前指令后,CPU,對它作出響應。,,NMI,——,非屏蔽中斷請求，上升沿有效，任何時候,CPU,都要響應此中斷請求信號。,查詢中斷的順序，,決定了各種中斷源的優(yōu)先權,,軟件中斷,,除法錯中斷,

39、,指令中斷,,溢出中斷,,非屏蔽中斷,,可屏蔽中斷,,單步中斷,高,低,PC,機的中斷向量,中斷向量：中斷服務程序的入口地址（首地址）每個中斷類型碼對應一個中斷向量,,每個中斷向量需占用,4,個字節(jié)。中斷向量的低字是偏移地址,(IP),，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后；高字是段地址,(CS),，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后,,8086/8088,微處理器從物理地址,000H,開始，依次安排各個中斷向量，向量號也從,0,開始,,8086/8088,CPU,在內(nèi)存,00000H,～,003FFH,的,1KB,地址空間內(nèi)，為,256,個中斷建立一個,中斷向量表,，,中斷向量表就是中斷服務程序入口地址表。,類型,

40、255,指針,,,,,,,除數(shù)為,0,,單步,非屏蔽,斷點,溢出,003FCH,00000H,00004H,00008H,0000CH,00010H,,CS,IP,段地址,偏移量,,每個,中斷類型碼,對應一個中斷向量，即,4,個字節(jié)的程序入口地址，中斷類型碼乘以,4,便可得到中斷向量表中存放中斷服務程序入口地址的存儲單元的偏移量。,,,,0,～,4,： 專用中斷類型,,5,～,1FH,：保留中斷類型,(,可修改中斷服務程序,),,20H,～,0FFH,：用戶可用中斷類型,,其中：,8,～,0FH,是,8,個硬件中斷,中斷類型碼為,N,的中斷向量的物理地址＝,N×4,中斷響應過程

41、,,中斷檢測,,,CPU,在每條指令執(zhí)行的最后一個時鐘周期檢測中斷請求，如果出現(xiàn)以下之一，則進入中斷響應周期。,,有軟件中斷,,有,NMI,中斷信號,,有,INTR,中斷信號，而且,CPU,允許中斷響應，即,IF=1,,獲取中斷類型碼,,若是,INTR,，則產(chǎn)生,INTA,信號，中斷源通過數(shù)據(jù)總線的低,8,位將中斷類型碼傳送給,CPU,；,,其余默認類型碼；,得到中斷向量,,系統(tǒng)根據(jù)中斷類型碼形成中斷服務程序的入口地址，轉入中斷服務程序執(zhí)行，每個中斷都有自己的處理程序。,,中斷服務處理,,進入中斷服務程序后，通常由以下步驟組成,,保護現(xiàn)場，開中斷,,中斷處理,,關中斷，恢復現(xiàn)場，又開中斷,,用

42、中斷返回指令,(IRET),返回,,6.,中斷返回：,從堆棧中恢復斷點處,CS:IP,和,FLAG,保護斷點,,系統(tǒng)自動將標志寄存器壓入堆棧，清除,TF,和,IF,，并將斷點處的,CS,和,IP,壓入堆棧，先壓,CS,后壓,IP,。,中斷控制器,8259,,了解,8259,功能、內(nèi)部結構及引腳信號,,8259,與計算機的連接,,單片,8259,與計算機的接口電路,,2,片,8259,級聯(lián)與計算機的接口電路,,8259,的初始化命令字,ICW1~ICW4,,8259,操作命令字,,操作命令字,OCW1,（掌握對,8259,中斷申請的屏蔽和允許）,,操作命令字,OCW2,，主要是其中,EOI,位的

43、功能和操作,,了解操作命令字,OCW3,中斷初始化舉例,,IBM PC/XT,機對單片,8259,的初始化,,IBM AT/286,以上機器對,2,片級聯(lián)的,8259,的初始化,,中斷的編程方法,,中斷向量的保存與安裝,,中斷服務程序的編寫,,中斷服務程序與主程序協(xié)調(diào)工作,定時器,/,計數(shù)器,8253,,8253,功能、內(nèi)部結構,,8253,與計算機的連接,,8253,的控制字,,8253,的工作方式,,方式,0——,計數(shù)結束產(chǎn)生中斷方式,,方式,1——,可重新觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,,方式,2——,分頻器方式,,方式,3——,方波發(fā)生器方式,,方式,4——,軟件觸發(fā)選通方式,,方式,5——,硬件

44、觸發(fā)選通方式,,8253,的編程與應用,,ROM BIOS,對,8253,定時器,0,、定時器,1,、定時,2,的初始化,,8253,應用,第八章,I/O,接口技術,第九章 模數(shù)數(shù)模轉換,DAC,接口電路設計及應用,,8,位,DAC,接口電路、,T,型電阻解碼網(wǎng)絡實現(xiàn),DAC,原理,,利用,8,位,DAC,產(chǎn)生正向鋸齒波、負向鋸齒波、三角波,,ADC,接口電路設計及應用,,常用,AD,轉換方法,,了解用軟件和,DAC,實現(xiàn)逐次逼近式,ADC,的設計,,第十章 串行通信,異步串行通信、同步串行通信的特點,,掌握波特率、線路傳輸方式、信號傳輸方式的基本概念,,RS-232C,標準及其,9,針信號定義,,掌握,RS-232C,的電平標準,,兩臺,PC,機通過,RS232,接口進行串行通信的硬件連接,,