《微机系统与接口》课程总结

微机系统与接口东南大学 1

《微机系统与接口》课程总结基本内容

1 ．微机基础

（数制、系统、 μP/MPU （ FPU ）、 IA-16/32 ）

2 ．指令和用途— 系统硬件相关

3 ．汇编语言程序设计（伪指令 - 数据 - 程序流）

4 ．半导体存储器（概念、 MPU 接口电路

5 ．接口技术—数字 / 模拟接口及应用编程

6 ． IA-32 原理概念


１．基本概念（ 1 ）数制—应用：

整数 / 小数—小数点；不同进制的概念 BIN/DEC/OCT/HEX ；表示（ DEC/BIN/BCD ）左移 / 右移一位 =*2 /2 10011B 23(D) 67Q 1234H 奇数： Bit0=1 偶数： Bit0=0

有符号数 -- 计算处理（结果）；来源： . 相对偏移量（ Displacement ）（地址） ;JG/JL 比较（ =JNLE/JNGE—JNG/JLE ； JNL/JGE ） ( 跳转 , 调用 )

CS ： 8100 JMP 0103 E9 00 80 ； IP+Disp

00~FF(-128~+127)----80H(-128)~FF(-1)~0(0)~7FH(127)汇编语言伪指令 - 数据定义 –人工输入形式 - 物理存储 ( 二进制数 )

DB –20H （ 100H-20H=E0H ） , –1(0FFH),-20(ECH),81H(-127)

DW -20H, 100,2000H,100000000000111B0FFE0H,00C8H,..


１．基本概念 --数制补码的概念？字长的概念（溢出 JO ）；符号位（ JS ）. 宏汇编语言 MOV AX, -3 (AX)=?

-4 八位 100H-4=0FCH,16 位 10000H-4=0FFFCH

MYDATA DW 200,-200,0FFF0H,1, -200H, 200H

MAX=? Min=? 判断指令： JG （ E ）（ Greater ） /JL （ E ） (Less) 数值比较无符号数—正整数（ 0~FFH （ 255 ）； 0~65535 （ FFFFH ）判断指令： JA(bove ） /JL(ow)— 更多为 JNC/JC ：时间常数，绝对地址（指针大小）溢出：运算结果超出范围 CF/OF (AX)=A000H, ADD AX,7000H ADD AX,-7000H

根据物理存储内容判别：两组结果


１．基本概念 --数制编码信息

ASCII 码 : 00-7FH 字符 ( 美国标准信息交换代码 )

30H-39H ‘0’—’9’

41H—’A’ ,42H—’B’…..

61H—’a’ ,62H—’b’…..

汉字 : 内码 , ISO….


（ 2） 8086/8088 硬件结构

（ 16 位实地址模式）通用寄存器及用途（ IP ， SP ，段寄存器的功能 -- 用于存放段起始地址 + 计算物理地址；有效地址 EA的概念（偏移量地址）；段基址 S 和偏移地址 = 逻辑地址；物理地址 =S*16+EA

FLAGS 各位定义 IF ， TF ，（ CF ， DF ， ZF ， OF/SF ， AF ）CLI/STI ； CLD/STD ；单步运行（中断）重要信号： DEN ， ALE ， /WR ， /RD ， /IOR/W ， AEN

信号有效性的一般表示 / #

基本构成：执行单元 EU+ 总线接口单元 BIU （并行 - 流水线，预取 - 指令队列）用途执行指令 / 与存贮器或 I/O 端口之间进行数据传送，并能形成物理地址。 8086 物理地址 (A19--A0) ；


(3)8086/8088 工作过程.RESET 后 : 各寄存器的状态（ 0000H ）启动地址 FFF

F0H; （ CS ： IP=FFFF ： 0H ） ROM/EPROM/FLASH ROM

. 软硬件的关系：指令总线操作 : (BUS--- 目标单元）

总线周期 : T 周期 -- 地址 , 数据读写 ( 与指令相关 )

指令执行—时间 = 指令周期；基本时钟 T= 系统时钟 ( 时钟周期 , T 周期 ) 操作运算 ( 机器周期 ) 其中总线操作由 BIU 完成 ( 总线周期 )----存储器读 / 写、 I/O 读 / 写（中断响应、等待 Tw 、空闲周期


(3)8086/8088 工作过程总线 : 地址 , 数据 ,控制 - 传送相关内容IO/M DT/R区分存储器 /IO ： 8086 A19—A0 220=1M- 存储器 (00000~FFFFFH) ；

最小 /最大模式单 / 多处理器 ( 标准总线 )

I/O 编址 64K*2 I/O （ 00000~FFFFH （ PC ：000~3FF A9-A0 ) OUT 40H,AL; IN AL,40H

100H以上需用 DX 间址 : MOV DX,2F8H

IN AL,DX OUT DX,AL


(3)8086/8088 工作过程---- 总线及其控制（三态）e.g. MOV AX,[SI] DS 为默认段寄存器产生 /RD 信号 --- 总线读操作 MOV [BX+20],BX 总线写 ADD [SI+BX+100],AX 总线读，总线写 OUT DX,AL ;DX 间址，产生 /IOWR 总线 I/O 写操作*. （ AL ） =55H 时 MOV AL,[55AAH] / MOV [55AAH],AL 存储器读写周期波形图


(4) 协处理器与 IA-328087FPU 的作用（不考） -- 硬件浮点数计算—定点数

高速缓存 cache 的作用 (命中算法 )

*80386(IA-32) 与 8086 的主要差别（ EAX, 虚地址保护模式，虚拟存储器）

虚地址保护模式段寄存器段选择子：描述表地址，获得段基地址、段限和访问属性

80386: 实地址模式分段结构段寄存器段基地址：计算物理地址


２．指令系统寻址方式（寻找操作数地址（位置）的方式）；分清各种方式的含义立即数 /直接 ,寄存器 ,寄存器间址 MOV 指令， BYTE/WORD(NEAR)/DWORD(FAR)PTR--- 指定存储器访问方式字节 / 字 /双字

数据 :DEC BYTE/WORD PTR [SI]; MOV WORD/BYTE PTR [2000],20; CMP BYTE PTR[SI],100 MOV AX,BX, MOV DL,CL可以 PUSH ES,POP DS 但不可 MOV ES,DS 或 MOV ES ， 1000代码 ( 指令地址 ): JMP FAR PTR[BX] JMP NEAR PTR[BX] =

DWORD/WORD PTR JMP SHORT xxxx; JMP BX JMP 2000H JMP 2000:8000H --短 / 段内 / 段间 8 位 16 位偏移 20 位空间

段超越 ES ： /CS ： /FS ： /DS ：指令前缀


堆栈及其工作方式 SS： SP PUSH/POP堆栈内容和 SP变化 ----先进后出（ FILO ）栈底（定义 256B 时 100H=初 SP ）—栈顶（ LASTinLow ）以字为单位操作

影响堆栈的指令PUSH AX ;(SP)(SP-2);(SP+1)(AH);(SP)ALPOP AX;(AL)(SP); (AH)(SP+1); (SP)(SP+2)CALL (FAR)/RET(F);

（ CS ） IP 入栈 RET 2n--- 断点 ADD SP,4 RET 4INT n; (PUSHF,IF=TF=0;IP,CS 入栈 ) IRET （带 FLAGS ）

CALL/RET改变程序流 (CS)


基本指令集—操作码目标，源操作数

MOV, LEA, PUSH, POP, PUSHF, POPF

ADD, SUB, INC, DEC, CMP, MUL

AND, OR, TEST, XOR

( SHL, ROL)

JMP, JZ, JNZ, JC, JNC, LOOP

CALL, RET, INT n, IRET

CLD, STD, STI, CLI

REP MOVSB(W)

IN , OUT

DB, DW, DD; ORG, OFFSET/ SEG, $,（ WORD/BYTE/FAR/NEAR ） PTR-- 伪指令：


３ .汇编语言程序设计 -- 数据 - 定义

DATASAMPL SEGEMNT AT A800H ( 段的地址 )

ORG 1000H ; 起始偏移量地址变量： DB 'ABC' ; 存放在 1000H 41H ， 42H ， 43H

DW '34' ，‘ 56’ ； 1003H=DW 3334H ， 3635H

; 存放 :34H ， 33H ， 36H ， 35H

BUFFER1 DB -20 　 ;A800:1007H

DW -120H – 存储变量 :FEE0H

BUFFER2 DB 33,22, ;A800:100AH

BUFFER3 DB 55H ;A800:100CH

LENGTH1 EQU(=)BUFFER2-BUFFER1 =?


３ .汇编语言程序设计 ORG 2000H ；存放在 A800 ： 2000H开始NPT1 DW BUFFER1…;07,10H A800:2000H.NPT2 DW BUFFER2 ;0AH,10H, A800: 2002HNPT3 DW BUFFER3 ; A800:2004HFPT1 DD BUFFER1 ;2006HFPT2 DD BUFFER2 ;200AHNPTPT1 DW NPT1,NPT2,NPT3…. ； ;00,20H,02,20H,04,20H..FPTPT2 DW FPT1,FPT2,FPT3,….; ;(2006H,A800H, 2008H,A800H实际存储 :06H,20H,00H,A8H,08H,20H,00,A8H,… 指针：指针变量 (近 2/远 4)


３ .汇编语言程序设计 MOV SI,OFFSET NPTPT1

MOV SI,[SI+2] ;NPT2(SI)=2002H

（链表：结构 MOV SI,[SI].NEXT ）$:当前地址 ( 可移动 )

NEXT: JMP $ (EB FE) ； LENGTH1 EQU $-NEXT


３ .汇编语言程序设计模块化 :注释；结构分枝（比较 --散转） /循环（条件）流程框图条件转移 Jcc short-label--- 程序流的控制 ;

JZ/JE ， JNZ/JNE ， JS ， JNS ， JO ， JP/JPE ， JNP/JPO---

LOOP 计数循环（ CX次）；条件循环（计数） JCXZ ， LOOPE/Z ，

DEC /INC COUNTER; JCC 或 CMP ---JCC

JMP (NEAR)/(FAR)　　 JMP xxxx/ JMP FAR PTR

过程 / 子程序利用 ---- 目的？？CALL BX; CALL 2000H; CALL 200:40A8H


３ .汇编语言程序设计 INC/DEC BX/SI/DI— 指针修改（字节 ±１，字 ±２，双字 ±４）ADD SI/BX/DI,10MOV SI(BX/DI),OFFSET; 初始指针MOV CX,300;(COUNTER, COUNTER EQU 300)MOV AL/AX, [SI+2] ； MOV [BX+100],AL/AX( 数据 )MOV AL,DH , MOV AX,SI( 寄存器交换 )ADD AL,BH (ADD DX,SI) ADD [SI],AL SUB SI,6AND AL,100, OR XOR TEST

CMP AL,10, CMP DX,[SI]

JZ/JE (JNZ) JC/JNC( 无符号 ) JG-JNLE/JNG-JLE


３ .汇编语言程序设计 -- 编程（例）

　从数据段以 DAT 为首地址的字符串中寻找’ A’ 字符（’ A’=41H, 该字符串以‘ $’结尾，‘ $’=24H ），并将它们的偏移地址依次存放于 ADDR为首的存储区内，并以 0 结束。要求写出程序主要片断 ( 不必用伪指令定义变量，可直接用指令性语句编写 ) 。DATA

ADDR

12H,33H,55H,41H,41H,55H,42H.41H,…….’$’

0003,0004H,0007H,0000

SI

DI

忠实理解题意 - 要求 -建模分析


３ .汇编语言程序设计 -- 参考程序　 MOV SI,0

MOV DI,OFFSET ADDRMYLOOP: MOV AL,[SI]DAT

CMP AL,’A’ ; 或 CMP AL,41HJNZ NEXT ;非’ A’ 字符MOV [DI],SI;是’ A’ 字符 ,保存偏移地址INC DI;修改当前偏移地址存储表指针INC DI ;占两个字节INC SI;修改数据偏移指针 , 指向下一字符JMP MYLOOP

NEXT: CMP AL,’$’JZ FINISH ;遇到串结束符’ $’INC SIJMP MYLOOP ;继续处理

FINISH: XOR AX,AX MOV [DI],AX ;00 结束


３ .汇编语言程序设计 -- 参考程序变化 : 如果要求在规定的字串长度范围内 (如不超过 1000个 ),找到结束符’ $’, 将单元 FLAG清零 ,否则写入 0FFH; 加条件循环语句

MOV SI,OFFSET DATMOV DI,OFFSET ADDRMOV CX,1000 ;循环初值

MYLOOP: MOV AL,[SI] CMP AL,’A’ ; 或 CMP AL,41H

JNZ NEXT ;非’ A’ 字符MOV [DI],SI;是’ A’ 字符 ,保存偏移量地址INC DI;修改当前偏移量地址存储表指针

INC DI ;占两个字节JMP NEXT1 ;继续循环

NEXT: CMP AL,’$’JZ FINISH ;遇到串结束符’ $


３ .汇编语言程序设计 -- 参考程序变化 : 如果要求在规定的字串长度范围内 (如不超过 1000个 ),找到结束符’ $’, 将单元 FLAG清零 ,否则写入 0FFH; 加条件循环语句

NEXT1:INC SI ;修改数据指针 , 偏移指向下一数据 LOOP MYLOOP ;1000个数未到 , 继续处理 MOV AL,0FFH ;未遇到’ A’, 错误标志 JMP PEXIT ; 出口

FINISH:XOR AL,AL ;MOV AL,0 MOV [DI],AL ;0 结束 , 接着将 00 写入 FLAG 单元PNEXT: MOV FLAG,AL ; 程序出口 , 写 FLAG 标志


4 ．半导体存储器分类：内外寸RAM---SRAM ； DRAM ;数据 ,堆栈 ,速度 (SRAM-Cache)ROM---EPROM ， EEPROM ， NVRAM特点 ; 程序 ,固化数据 , 电子盘关键 : 与处理器的接口—正确读写单元 , 概念 ,三态 ,使能 , 选中单元：译码与译码器 --- 逻辑关系，真值表MOV [55AAH],ALA19-A16=? (DS)=8000H 物理地址： 855AAHA19-A0: 1000 0101010110101010 时 /CS=0(/CS=!A19&A18&A17&A16&A15&!A14&A13&!A12&A11&!A10&A9&!A8&!A7 容量计算： n根地址线　　＝２ n个单元　　 A0—An-1 I/O 相同 :(DX)=3F8H IN AL,DX INC DX, OUT DX,AL


4 ．半导体存储器全译码和部分译码（线选）常规时序（了解）片选 -片内两级译码

2-43-84-16译码

74LS138真值表


4 ．半导体存储器存储器扩展 ( 作业 4-4)

单元数—地址线数关系

2K*4 2K*4 2K*4 2K*4

A10 A0 A10 A0 A10 A0 A10 A0

/CS

A11 4K*8

D0 D3 D4 D7 D0 D3 D4 D7


5 ．接口技术—数字 /模拟接口输入指令 IN AL,DX ;IN AL,80H 时序 /IORD- AB译码选中输出指令 OUT DX,AL; OUT 81H,AL 时序 /IOWR 译码选中所有接口电路的译码、指令操作（读图）。简单互连，　

74LS138译码器

多种选择设计：

可选常规，易实现


5 ．接口技术—数字 /模拟接口

MPU

(i8255)

简单 I/O ：开关电平变换连接

简单 I/O 指令控制 : 输入三态使能


5 ．接口技术—数字 /模拟接口简单 I/O ： LED/ 八段数码管的连接

(i8255)

简单 I/O控制 : 输出使能 /锁存


5 ．接口技术—数字 /模拟接口 I/O三种方式 : 程序 I/O （查询） --三种端口数据 / 状态 /控制及作用 , 中断 , DMA 及各自特点DMA 数据传送控制方式可以实现外部设备和存储器之间的数据高速传送，不需要处理器。总线时序： +中断响应；总线请求（ DMA)

可编程接口芯片 : 独立 /CS, /OE, /WR 信号


5 ．接口技术—数字 /模拟接口并行 I/O i8255 ：作用 ,三种方式

方式０基本 (直接 )I/O; 方式 1 选通 I/O(A/B组 ); 方式 2 双向 I/O方式 (PA 口 ) ；中断 :方式 1,2方式 0 的使用 :简单 I/O,锁存；应用方式 1 中 IBF/OBF 信号的作用 ( 输入 / 输出缓冲区满 )

特殊：可编程并行接口芯片的 PC 口具有位控功能，允许 CPU 用输出指令单独对 C 口的某一位写入“ 1”或“ 0”，正确的方法是通过写 8255 的控制寄存器方式写入；脉冲的产生 : 位 0-1-0


5 ．接口技术—数字 /模拟接口 T/C 8253 ：定时器 / 计数器可编程定时器 / 计数器为 BIN/BCD 计数器 (减法 )计数值最大时应置时间常数 ( 计数初值 ) 为 0( 和 LOOP CX 相同 ) 。五种工作方式（数字 n个脉冲 --n可编程设置）定时器与计数器的差别 --CLK ）CLK/GATE/OUT 的含义（作用）方式 2使用 ( 定时器 ---速率发生器 --- 软硬件启动 ) ：

时间常数计算，通道定时时间的最大值计算；基于单通道的长时间定时器的软件实现加法 /减法），硬件级连的概念 --- 定时中断 -- 软件定时器 -- 相关软件。软件触发—初值硬件触发– Gate


5 ．接口技术—数字 /模拟接口中断： ( 概念 )8259: 中断系统可处理多个中断源：应用功能中断 : 内部中断 /外部中断 : 不可屏蔽中断 NMI/可屏蔽中断 INTR

8259 功能 ; 中断向（矢）量（ 0000:000-03FFH, 中断服务程序的 IP,CS ）作用；中断屏蔽（初始化）；中断响应；中断请求；中断优先级；中断嵌套；外部中断的随机性例如： INT 08H 对应中断向量存在 00020H (0:20H)四个单元响应后自动保存 CS:IP, FLAGS, TF=0,IF=0 EOI 信号

中断服务程序：现场保护，中断程序与其他程序的通信（共享内存）

软件定时器的中断实现


5 ．接口技术—数字 /模拟接口 DMAC 直接存储器访问 8237

DMAC 的作用（原理） I/O- 存储器交换 ----AB ， DB ， IO/MEMR/W 总线控制

实现直接存储器访问（ DMA ）时，总线使用通过控制信号 AEN ；外设或 MEM 通过 AEN区分MPU/DMAC 之一控制BUS


5 ．接口技术—数字 /模拟接口串行接口 8250/8251

在串行数据异步传送中的传输格式：起始位（ 1固定），数据位（ 5-8 ） , 奇偶校验 *1 ），停止位（1-2 位）。格式、波特率、传输字符速率的关系； RS232 电平标准

溢出：寄存器被覆盖 ----发送 (太快，没有来得及送出 ) ；接收 (太慢 ,没有及时读取 )

传输过程 :(低位在前 , 起始位开始 , 波形 ---_--_-__----双缓冲器：数据收发，收发移位寄存器4800H, 8,N,1,==〉每个字符至少 10 位 /4800S=0.0020ms

(DX)=3F8H, OUT DX,AL 可能的最大延时


5 ．接口技术—数字 /模拟接口模拟量接口 A/D---D/A ：

接口电路同简单 I/O DAC锁存写 / ADC 启动—读结果多路转换开关 MUX 和采样保持器 S/H 的主要作用；V/F变换／ＡＤＣ――双积分／逐次逼近 ADC0809是８位８ＣＨ逐次逼近型模数转换器。 AD574A 为12 位单通道

Vref 对转换精度的影响；启动转换控制 ---- 同步转换 ADC/DAC ）及其实现启动 / 转换 ---- 读取转换结果数字滤波 ----平均精度 : 相对满量程而言分辨率 : 对信号灵敏度模拟地 - 数字地 : 相同基准 , 单点相连第六章习题 4 :综合设计型


5 ．接口技术—数字 /模拟接口模拟量接口 A/D---D/A ：第六章习题 4 :综合设计型

ADC0809 设计一个数据采集系统，采用中断方式， EOC 接至 8259A 的 IRQ2 ，每隔 200μs采样一个数据。试完成：⑴ 硬件设计，画出连线图（不包括 8259A ）；⑵ 软件设计，包括 8255A 、 8253 的初始化及中断服务程序。难度 >>考试 ( 不要求初始化 )


5 ．接口技术—数字 /模拟接口硬件连线 :

接口电路简单互连：（ 1 ）数据线： D15—D0 通常同名互连（ 2 ）地址线：经译码电路产生片选信号，其中若干连至芯片 /CS,/CE 74LS138

（ 3 ）控制信号线： /RD, /IORD 接 /OE( 输出允许 )/WR, /IOWR 接 /WE( 写入允许 ,/LE,START,ALE等 )

无独立片选芯片


5 ．接口技术—数字 /模拟接口硬件连线 :开关转换 (上拉电阻 ) 和 LED驱动 (限流电阻 )

8255/273/244 I/O


5 ．接口技术—数字 /模拟接口接口应用程序片断编程：

根据指定端口地址，读取相关信息（模拟量或数字量，如为 A/D 应先启动转换，延时或判断 EOC 读取），按设计要求处理后保存到变量单元或输出。 MOV DX,INPORT, IN AL,DX, MOV V1,AL, （处理）…..MOV DX,OUTPORT, OUT DX,AL注意（想象程序片断运行的方式，初初始化芯片和单元外，一般为定时执行或中断执行，如需要记忆以前信息，一般存放在内存单元中，用于比较等，而不是寄存器中）


《微机系统与接口》6 ． IA-32 原理概念 (非考试内容 )

1.32 位寄存器 / 地址 / 数据 EAX,EBX,A0-A31,D0-D312.80386三种工作模式实地址模式虚地址保护模式虚拟 8086(V86) 模式3. 实地址模式下段寄存器的作用段基地址虚地址保护模式下段寄存器的作用 :选择子 (Selector), 指向段描述符 (参数 : 段基地址 , 段限 ,访问属性)


《微机系统与接口》7 ．作业与试题分析

考题类型：三部分：（ 1 ）选择与填空（ 15 小题 30分）（ 2 ）阅读与编程（ 2~4题 35分）（ 3 ）接口技术（ 1-2 两题 35分），以概念和方法为主，连接线路和工作编程。

重要作业内容：程序设计 1-3例，存储器译码与扩展， 8255 应用题， AD/DA综合应用处理注意理解性学习，而不是记忆性学习！


《微机系统与接口》8．考前安排 (081622)

答疑 : 6 月 21 日晚 18:30-21:00 答疑地点 : 教 2-301

6 月 24 日 (9:30-21:00) 地点 : 教 2-3016 月 25 日上午地点 : 教 2-301

第 7 章作业最迟 25 日答疑时交

6 月 25 日下午考试 : 闭卷，不需用计算器 -- 所有控制字都不要背 ;概念要清楚


《微机系统与接口》

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