微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

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1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)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(jì)算機(jī)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(shè)計(jì),,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(shù),,第九章 數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換,,第十章 串行通訊技術(shù),第一章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,基本概念,,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),,微型計(jì)算機(jī)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(jī)、單板機(jī)基本概念,,馮諾依曼機(jī)的硬件體系結(jié)構(gòu),,計(jì)算機(jī)內(nèi)信息表示,,微處理器,,嚴(yán)格講，微處理器≠,CPU,,CPU ——,計(jì)算機(jī)中執(zhí)行運(yùn)算和控制功能的區(qū)域，由,算術(shù)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(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),,微型計(jì)算機(jī),,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(jì)算機(jī)，稱為,微型計(jì)算機(jī),。,,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(jì)算機(jī)，簡稱,單片機(jī),。,,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),,——,以,微型計(jì)算機(jī),為中心，配以相應(yīng)的,外圍設(shè)備,以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的,軟件,（軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟

4、件兩大類）。,,微型計(jì)算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)。,,單板機(jī),,——,將微型計(jì)算機(jī)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(shè)（如鍵盤）等，構(gòu)成的一個簡單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,,,,,,,,,,,,算術(shù)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(shè)備,系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫等,微 型 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng),微型計(jì)算機(jī),馮,·,諾依曼結(jié)構(gòu)：,,由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成,微型計(jì)算機(jī)的硬件體系結(jié)構(gòu),,控制器,,,輸入設(shè)備 存儲器

5、 輸出設(shè)備,,,,運(yùn)算器,,,,,,數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)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(jìn)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(jì)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(shù)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(jī)與外設(shè)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(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)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(shè)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(jìn)制位數(shù),,地址總線（,AB,：,Address Bus,）,,指定存儲器或外設(shè)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(shè)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(jì)算機(jī)中的信息表示和處理,,計(jì)算機(jī)中信息以

7、二進(jìn)制形式存儲，書寫時常用,16,進(jìn)制,,無符號數(shù)表示,,掌握二進(jìn)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(bǔ)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(bǔ)碼所表示的范圍,,溢出，能夠進(jìn)行有符號數(shù)運(yùn)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(jì)算機(jī)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(jìn)制數(shù)值位。位作為單位時記作,b,,字節(jié),(byte),由,8,位二進(jìn)制位組成，通常用作計(jì)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(chǔ)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(jì)算機(jī)總線連接規(guī)則,——,計(jì)算機(jī)部件輸出數(shù)據(jù)到總線時應(yīng)加三態(tài)緩沖電路、總線輸出到計(jì)算機(jī)部件時通常通過鎖存器鎖存,,計(jì)算機(jī)中信息分時傳送原理,,計(jì)算機(jī)總線,---,三態(tài)門和,D,觸發(fā)器在

9、總線中的應(yīng)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(dāng)需要使用總線的時候打開三態(tài)門，進(jìn)行信息傳遞。,,?,當(dāng)不需要使用總線時，關(guān)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(jié)構(gòu),總線接口單元,BIU (Bus Interface Unit),：,主要負(fù)責(zé)物理地址的形成、預(yù)取指令、指令隊(duì)列排隊(duì)、讀,/,寫操作數(shù)和總線控制。,,,執(zhí)行單元,EU (Execution Unit),：,主要負(fù)責(zé)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(duì)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(shí)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(duì)列中。,,EU,從,BIU,指令隊(duì)列中讀取指令。,,由,EU,控制電路對指令進(jìn)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(jì)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(jìn)行指令指定的操作。,,EU,運(yùn)算出的結(jié)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(shí)際目標(biāo)地址，將結(jié)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(duì)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(yùn)算單元,ALU,,標(biāo)志寄存器,FLAG

12、S,（,6,個狀態(tài)標(biāo)志和,3,個控制標(biāo)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(rèn)的段及段超越概念,一,.,分段管理技術(shù),,,1.,采用“分段管理”的原因,,Intel 8086,為標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行

13、,16,位運(yùn)算，其尋址范圍局限在,216,＝,65536(64K),字節(jié)單元。為了實(shí)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(shù)。,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(kuò)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(kuò)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(shí)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(zhuǎn)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(shè)備之間通過,I/O,芯片接口，每個,I/O,芯片對應(yīng)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(dú)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(fù)位電路,,掌握,8086/8088,的復(fù)位操作,,了解微機(jī)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(zhuǎn),,遠(yuǎn)跳轉(zhuǎn),,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(shù)運(yùn)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(yùn)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(fù)前綴使用：,REP,、,REPZ/REPE,、,REPNZ/REPNE,控制轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移指令,,條件轉(zhuǎn)移指令：,,判斷單個狀態(tài)標(biāo)志的條件轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移指令：,JG,（,JNLE,）、,JGE,（,JNL,）、,JL,（,JNGE,）、,JLE,（,JNG,）,,判斷,CX,寄存器的條件轉(zhuǎn)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(biāo)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(shè)計(jì),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(biāo)記（標(biāo)號、注釋等）,,DOS,功能調(diào)用,程序結(jié)構(gòu),,,程序由語句構(gòu)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(jié)構(gòu),,程序按段編寫,,,與,8086,內(nèi)存分段編址對應(yīng),,段由偽操作,SEGMENT,開始、,ENDS,結(jié)束,,,,程序最后,END,結(jié)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(shè)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(yīng)的段寄存器賦值,;,匯編語言程序結(jié)構(gòu)例,,;,實(shí)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(jié)束,熟練掌握使用匯編語言設(shè)計(jì)程序,,順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì),,分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì),,循環(huán)程序設(shè)計(jì),,子程序設(shè)計(jì),,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(zhuǎn)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(dǎo)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(dǎo)體存儲器按功能分類：,,隨機(jī)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(kuò)展方法,,存儲器數(shù)據(jù)寬度擴(kuò)展方法,,多個位擴(kuò)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(yīng)被看作是一個整體,,存儲器字節(jié)數(shù)擴(kuò)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(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn),8086/8088,計(jì)算機(jī)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(jìn)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(fù),,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(shè)與總線之間的中間環(huán)節(jié)，是計(jì)算機(jī)與外設(shè)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(shè)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(shè)時的鎖存，解決,CPU,與外設(shè)速度不匹配問題。,,傳輸控制命令和狀態(tài)信息,：計(jì)算機(jī)與外設(shè)有時需使用硬件握手。例如：計(jì)算機(jī)利用查詢輸出到打印機(jī)。,,信息轉(zhuǎn)換,：串并轉(zhuǎn)換、數(shù)模

28、轉(zhuǎn)換、電平格式轉(zhuǎn)換,,對,I/O,端口尋址：,對各設(shè)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(shè)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(diǎn),,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(diǎn),,占用存儲器空間,,尋址時地址線數(shù)多,,,譯碼復(fù)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(dú)立編址,,,計(jì)算機(jī)單獨(dú)給外設(shè)端口編址，,I

29、/O,端口具有獨(dú)立的地址空間,。計(jì)算機(jī)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(diǎn),,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(diǎn),,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(dú)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(jì)算機(jī)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(dú)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(shè),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(jié)構(gòu),CPU,與外設(shè)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(shè)計(jì),無條件傳送,微處理器與慢速變化的設(shè)備交換數(shù)據(jù),,外設(shè)總是處于,

32、“,就緒,”,狀態(tài)，隨時可以進(jìn)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(guān)：讀取開關(guān)狀態(tài),,輸出接口電路連接發(fā)光二極管,LED,,功能要求：開關(guān)閉合時，將相應(yīng),LED,點(diǎn)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(guān)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(jìn)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(shè)工作狀態(tài),,檢測、等待外設(shè)準(zhǔn)備就緒,,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)查詢功能的電路,,連接外設(shè)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(shí)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(shè)狀態(tài)，若已就緒，讀取數(shù)據(jù)端口得到外設(shè)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(shè)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(shè),,,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(biāo)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(zhuǎn)去執(zhí)行一段預(yù)先安排好的中斷服務(wù)程序；服務(wù)結(jié)束后，又返回原來的斷點(diǎn)，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(jī)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(diǎn)、返回地址的概念,,了解中斷的原理和實(shí)現(xiàn),,中斷優(yōu)先級,,了解優(yōu)先級的概念,,掌握,PC,機(jī)對中斷優(yōu)先級的

36、處理規(guī)則,斷點(diǎn)：,CPU,響應(yīng)中斷時，會停止當(dāng)前執(zhí)行程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理程序，原程序被打斷的地方,,斷點(diǎn)地址：,中斷處理程序結(jié)束后，返回原程序恢復(fù)執(zhí)行的第一條指令的地址，又稱,“返回地址”,。,,現(xiàn)場,是指進(jìn)入中斷服務(wù)程序之前,CPU,各個寄存器的狀態(tài)。,,中斷系統(tǒng)的功能,,（一）實(shí)現(xiàn)中斷及返回,,檢測中斷,,響應(yīng)中斷時保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場,,中斷服務(wù)完成時將中斷申請信號撤銷,,中斷服務(wù)完成后恢復(fù)現(xiàn)場和斷點(diǎn)，返回原程序,,（二）對中斷進(jìn)行控制,,對中斷申請進(jìn)行控制,,對中斷響應(yīng)進(jìn)行控制,,（三）實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì),,（四）尋找中斷源,,優(yōu)先權(quán)排隊(duì),,當(dāng)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(yīng)：,,不同優(yōu)先級同時請求時，,CPU,先響應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)；,,CPU,在處理中斷時，若出現(xiàn)同級別中斷請求，則等當(dāng)前中斷處理完后，才處理新的請求。,8086/8088,的中斷結(jié)構(gòu),,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(diǎn)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(shè)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(yùn)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(biāo)志的控制。,IF=1,時，執(zhí)行完當(dāng)前指令后,CPU,對它作出響應(yīng)。,,NMI,——,非屏蔽中斷請求，上升沿有效，任何時候,CPU,都要響應(yīng)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(quán),,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(jī)的中斷向量,中斷向量：中斷服務(wù)程序的入口地址（首地址）每個中斷類型碼對應(yīng)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(wù)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(diǎn),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(yīng)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(wù)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(wù)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(yīng)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(jìn)入中斷響應(yīng)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(yīng)，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(rèn)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(wù)程序的入口地址，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序執(zhí)行，每個中斷都有自己的處理程序。,,中斷服務(wù)處理,,進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，通常由以下步驟組成,,保護(hù)現(xiàn)場，開中斷,,中斷處理,,關(guān)中斷，恢復(fù)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(fù)斷點(diǎn)處,CS:IP,和,FLAG,保護(hù)斷點(diǎn),,系統(tǒng)自動將標(biāo)志寄存器壓入堆棧，清除,TF,和,IF,，并將斷點(diǎn)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(jié)構(gòu)及引腳信號,,8259,與計(jì)算機(jī)的連接,,單片,8259,與計(jì)算機(jī)的接口電路,,2,片,8259,級聯(lián)與計(jì)算機(jī)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(jī)對單片,8259,的初始化,,IBM AT/286,以上機(jī)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(wù)程序的編寫,,中斷服務(wù)程序與主程序協(xié)調(diào)工作,定時器,/,計(jì)數(shù)器,8253,,8253,功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu),,8253,與計(jì)算機(jī)的連接,,8253,的控制字,,8253,的工作方式,,方式,0——,計(jì)數(shù)結(jié)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(yīng)用,,ROM BIOS,對,8253,定時器,0,、定時器,1,、定時,2,的初始化,,8253,應(yīng)用,第八章,I/O,接口技術(shù),第九章 模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換,DAC,接口電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用,,8,位,DAC,接口電路、,T,型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn),DAC,原理,,利用,8,位,DAC,產(chǎn)生正向鋸齒波、負(fù)向鋸齒波、三角波,,ADC,接口電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用,,常用,AD,轉(zhuǎn)換方法,,了解用軟件和,DAC,實(shí)現(xiàn)逐次逼近式,ADC,的設(shè)計(jì),,第十章 串行通信,異步串行通信、同步串行通信的特點(diǎn),,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(biāo)準(zhǔn)及其,9,針信號定義,,掌握,RS-232C,的電平標(biāo)準(zhǔn),,兩臺,PC,機(jī)通過,RS232,接口進(jìn)行串行通信的硬件連接,,