09通信工程微机原理及应用授课内容及教学安排.docx
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09通信工程微机原理及应用授课内容及教学安排
《微机原理及应用》课程教学内容及安排
总学时数:
56其中课堂授课:
48学时实验:
8学时
使用教材:
《微机原理与接口技术》牟琦聂建萍主编
参考书:
《微机原理及应用》(第三版)郑学坚清华大学
《微型计算机技术及应用》(第三版)戴梅萼清华大学
《微机原理及应用》是一门专业基础课,主要是从计算机硬件的角度介绍和论述计算机的组成结构、工作原理和应用基础。
一、本课程的学习重点和要求:
1、学习并掌握计算机中的常用数制及转换,微型计算机的基本组成结构和工作原理。
2、学习并掌握16位微处理器的主要内部结构、功能部件、外部特性、主要引脚信号、最大寻址范围、运算字长、工作方式和主要操作功能。
3、学习并了解计算机中常用存储器的分类、特点、工作原理、外部特性和用途。
4、学习并熟练掌握8086CPU的指令系统、汇编语言的基本语法结构和汇编语言程序设计方法。
5、学习并掌握计算机中输入/输出(I/O)接口的主要作用、功能、工作原理和常用的基本控制方式以及串、并行通信的特点。
6、学习并熟练掌握可编程并行I/O通信接口芯片8255的主要作用、功能、工作原理、内部主要结构和外部特性、初始化编程和应用技术。
掌握简单人机外设(按键和LED数码显示器)的工作原理、与CPU的连接和管理方法。
7、学习并熟练掌握可编程计数/定时控制器I/O接口芯片8253的主要作用、功能、工作原理、内部主要结构和外部特性、初始化编程和应用。
8、学习并了解计算机中其它常用I/O接口电路芯片的主要作用、功能、工作原理、编程和应用。
其中包括:
中断控制器8259的主要作用、功能、工作原理、编程和应用方法。
A/D和D/A转换接口电路的主要作用、功能、工作原理和应用方法等。
二、课堂授课内容、学习重点和要求:
第1章:
绪论
1.1概述
1.2计算机中常用数制及转换方法、补码及符号数的表示方法。
1.3微型计算机中的逻辑电路基础
1.4微型计算机的基本结构及工作原理。
本章学习重点和要求:
1、学习并掌握计算机中常用数制及转换方法、补码及符号数
的表示方法。
2、学习并了解计算机中常用基本逻辑电路的功能、作用、特点和应用。
3、学习并了解微型计算机的基本组成结构和工作原理。
第2章:
8086CPU结构
2.1INTEL公司的16位CPU8086的主要内部结构、功能部件(执行部件EU、总线接口部件BIU)和存储器组织结构。
2.28086CPU的外部特性、引脚信号和工作模式(最大最小工作模式)。
2.38086微处理器的时序和主要操作功能(复位和启动操作)。
本章学习重点和要求:
1、学习并掌握8086CPU内部主要功能部件EU和BIU的主要
作用和组成结构,CPU内部主要工作寄存器及作用,8086
CPU的外部特性和引脚信号分类及作用,最大寻址范围和运算字长。
2、学习并了解8086系统的存储器组织结构和管理模式(逻辑
地址和物理地址的概念)。
3、学习并掌握8086CPU的工作模式和主要操作(复位、启动
操作)功能。
第3章:
寻址方式与指令系统
3.186系列汇编语言及指令的格式与寻址方式(指令的语句格式和CPU的寻址方式)。
3.2常用传送类指令的语法格式详解及应用举例。
3.3常用数据操作类指令的语法格式详解及应用举例。
3.4常用控制类指令的语法格式详解及应用举例。
本章学习重点和要求:
学习并掌握8086CPU汇编语言指令的语法格式、寻址方式、指令功能和应用。
第4章:
微型计算机汇编语言及汇编程序
4.1宏汇编语言的基本语法(常用伪指令的语句格式、常数、变量、标号、运算符和表达式)。
4.2伪指令、宏指令及系统功能调用。
4.3汇编语言程序设计。
4.4汇编语言程序设计举例
4.4.1顺序程序结构及设计举例。
4.4.2分支程序结构及设计举例。
4.4.3循环程序结构及设计举例。
4.4.4子程序结构及设计举例。
4.4.5查表程序及其应用举例。
本章学习重点和要求:
学习并掌握宏汇编语言的基本语法结构及掌握常用基本伪指令的使用方法。
学习并掌握常用各类程序结构、设计方法、步骤和应用。
第5章:
半导体存储器
5.1计算机中常用半导体存储器的作用、分类、特点、
5.2外部特性及其与系统的连接方法。
本章学习重点和要求:
学习并掌握常用半导体存储器的作用、分类和特点,了解存储器与系统的连接方法。
第6章:
输入输出技术(微型计算机的I/O接口技术及其应用)
6.1输入输出的基本方法
6.1.1输入输出接口的概念和基本结构(基本输入输出方式、作
用、功能和特点及常用控制方式。
串、并行通信接口技术
的作用、特点和应用,重点是并行接口技术)。
6.1.2外设接口的编址方式
6.1.3基本的输入输出方法和基本的输入输出控制方法
基本输入输出方法:
串行/并行输入输出
基本输入输出控制方法:
程序控制方式、中断控制方式和DMA控制方式。
6.2程序控制方式:
(无条件输入输出方法和条件输入输出方法)
6.3中断控制方式
6.3.1中断的基本概念
6.3.28086中断系统
6.3.3中断控制器8259概述(8259A的主要作用、功能、工
作方式和工作原理)。
6.3.48259主要内部结构、外部特性、引脚信号及其与系统
的连接。
6.3.58259A的控制字及初始化编程简介。
6.4直接存储器存取方式简介(即DMA方式)
本章学习重点和要求:
1、学习并掌握微型计算机输入输出接口的功能、作用和常用
控制方式。
2、学习并掌握外设接口的编址方式。
3、学习并掌握8086CPU的中断分类、中断功能、中断向量
和中断响应过程等。
4、学习并了解8259A在系统中的作用、功能、工作方式和工
作原理以及主要内部结构。
5、学习并了解8259A的控制字及初始化编程。
第7章:
常用接口芯片及其及其应用技术
7.1可编程并行通信接口芯片5255。
7.1.1并行通信概念
7.1.28255概述、主要作用、功能、工作方式和工作原理。
7.1.38255主要内部结构、外部特性、引脚信号及其与系统的连
接。
7.1.48255A的控制字及初始化编程。
7.1.5补充1:
8255A在交通灯控制系统中的应用举例。
7.1.6补充2:
基本人机外设的结构、工作原理、接口技术和应
用系统设计:
主要介绍按键和LED数码显示器的工作原理、与计算机的连接、管理方式和检测及控制程序的设计方法等。
7.2可编程计数/定时控制器接口芯片8253/8254。
7.2.18255概述、主要作用、功能和工作原理)。
7.2.28253主要内部结构、外部特性、引脚信号及其与系统
的连接。
7.2.38253的控制字、初始化编程及工作方式描述。
7.2.4补充:
8253接口技术及应用系统设计举例。
7.3模拟量I/O接口技术及其应用
7.3.1DAC数/模转换及其与CPU的接口技术及应用。
7.3.2补充:
8位DAC接口技术应用系统设计举例。
7.3.3ADC模/数转换及其与CPU的接口技术及应用。
7.3.4补充:
8位ADC接口技术应用系统设计举例。
7.4计算机的串行通信技术及应用
补充:
串行通信技术在数据通信工程中的应用举例。
本章学习重点和要求:
1、学习并掌握8255、8253在计算机系统中的主要作用和用
途、功能特点、主要内部结构、工作原理、外部特性及其
与系统的连接。
2、学习并掌握8255、8253的工作方式和初始化编程。
3、学习并掌握8255、8253的简单应用。
4、学习并了解A/D、D/A模拟量接口技术、主要技术指标及
其应用技术。
5、学习并掌握串、并行通信的作用和特点。
学习并了解串行
通信技术及其在数据通信中的应用。
总复习
VLSI:
超大规模集成电路:
verylargescaleintegratedcircuit
或verylargescaleintegration
一、计算机中常用的半导体存储器类型和缩写:
1、只读存储器ROM:
(ReadOnlyMemory)
2、一次性可编程只读存储器PROM(ProgrammableROM)
3、随机存取存储器:
RAM(RandomAccessMemory)
4、静态RAM:
SRAM(StaticRAM)
5、动态RAM:
DRAM(DyanmicRAM)
6、光可擦除电可编程只读存储器EPROM(ErasableProgrammableROM)
7、电擦除电可编程只读存储器EEPROM(ElectricallyErasable
ProgrammableROM)
8、闪烁存储器FlashMemory
二、常用存储器容量单位及表示方法:
1字节=8位二进制数,
1字=2字节=16位二进制数,双字=4字节=32位二进制数
1KB=1024B(字节)1MB=1024KB
1GB=1024MB1TB=1024GB
1节=16字节1页=256字节1段=64KB(字节)
三、存储器中常用的术语、概念和含义:
1、存储器的物理地址:
使用CPU全部地址线对存储器进行的编址,称为
存储器的物理地址或绝对地址。
(使用CPU全部寻址范围内的地址码对存储单元进行的编址称为存储器的物理地址或绝对地址。
)
2、存储器的逻辑地址:
由CPU内部段寄存器(即段基址)和偏移地址寄存
器(例如:
SI、DI、BP、和SP等寄存器)的当前值所构成的地址称为逻
辑地址。
3、一个存储单元的物理(绝对)地址是唯一的,但可以有多个逻辑地址!
(或:
一个存储单元可以有多个逻辑地址,但仅有一个物理地址!
)
存储单元的物理地址可由段寄存器(即段基址)和段内偏移地址经运算或变换得到。
其算法为:
物理地址=段基址X16(左移4位)+偏移地址
例1:
段基址存放在段寄存器CS中,即CS=2000H,偏移地址在IP中,即IP=2200H,
则:
物理地址=段基址X16+偏移地址=20000H+2200H=22200H
例2:
已知:
CS=2200HIP=0200H,试计算其物理或绝对地址。
物理地址=段基址X16+偏移地址=22000H+0200H=22200H
由上可知绝对地址为22200H的存储单元它的逻辑地址可以有多个。
第3章8086CPU的寻址方式与指令系统
一、寻址方式:
如何获得操作数的方法称之为寻址方式,8086CPU的寻址方式有以下4类:
1、立即寻址:
当操作数直接出现在指令中时称为立即(数)寻址
2、寄存器寻址:
当操作数在CPU内部寄存器中时称为寄存器寻址
3、直接寻址:
当操作数的地址出现在指令中时称为直接寻址
4、寄存器间接寻址:
当操作数的地址出现在寄存器中时称为寄存器寻址。
在该寻址方式中操作数一定在存储单元中,但存储单元的有效地址要求使用寄存器指定,这些寄存器可以使用BX、BP、SI和DI之一,即:
存储单元的有效地址要放在这其中的某个寄存器中。
有效地址EA:
寻址所需要的偏移地址称之为有效地址
注意:
在以上寻址方式中若目标操作数是非CS的段寄存器时,只能采用寄存器寻址方式产生或获得操作数!
例如:
将数据段寄存器DS的内容设置为2000H
若直接使用指令:
MOVDS,2000H是错误的,可改为以下方式:
MOVAX,2000H
MOVDS,AX
注意:
两个无符号数相比较时,仅用CF标志即可判断两数大小,若CF=0则被减数大于等于减数。
两个带符号数相比较时,若OF和SF状态值相同则说明被减数大于等于减数,否则说明被减数小于减数。
因两个相同符号数比较时不会发生溢出!
例1:
将AX内容加1:
即AX+1---AX
可以使用指令:
ADDAX,1;该指令的寻址方式为立即数寻址,具体操作和指令执行时间见P444第6栏中的第6行:
acc,imm
即:
ADDacc,imm;其中acc为累加器AX,imm表示立即数,该指令的时钟周期数为4,字节数为2—3。
而如果改用:
INCAX指令也可实现AX+1;但其指令的时钟周期数为2,字节数仅为1,见P447第25栏中第1行:
reg16(因AX为16位,如果使用INCAL时为8位操作,即为reg8)。
尽管以上2条指令的操作功能相同,但指令执行后对状态标志寄存器的影响是不一样的!
ADD指令能影响除控制标志之外的所有的状态标志:
CF、PF、AF、ZF、SF、OF,但INC指令不影响CF标志!
即:
若AL=0FFH时,执行INCAL后CF的状态不变!
例2:
将AX内容清0
可以使用指令:
MOVAX,0;该指令的寻址方式为立即数寻址,具体操作和指令执行时间见P450第40栏中第6行:
reg,imm,即:
MOVreg,imm,由表中可知该指令的时钟周期数为4,字节数为2—3。
但如果改用:
XORAX,AX指令,同样也可实现对AX清0的目的,但其指令的时钟周期数为3,字节数为2,见P455第75栏中的第1行:
reg,reg,即:
XORreg,reg.
程序设计举例:
例1:
编一段程序完成符号函数。
……………………………………………
XDB?
;定义自变量DATA1
YDB0;定义函数值存放单元DATA2
………………………………………………
MOVAL,X;取自变量送AL以便对其进行判断
CMPAL,0;影响所有标志位:
ZF、SF、CF等标志位
JNZPNZ;X不为0转移
MOVAL,0;X=0
MOVY,AL;将0送函数值存放单元中
HLT
PNZ:
JSPS;测试符号标志位若X<0转移。
见P133转移指令表
MOVAL,1;X>0
MOVY,AL;将1送函数值存放单元中
HLT
PS:
MOVAL,0FFH;X<0,送-1的补码
MOVY,AL;将0送函数值存放单元中
HLT
第4章汇编语言程序设计
4.1汇编语言程序的基本格式
4.1.1关于汇编语言的基本概念和术语
1、机器语言:
CPU可以直接执行的代码称为机器码或目标程序。
2、汇编语言:
面向机器的利用助记符、符号地址、变量和标号等编写程序的语言称为汇编语言。
(或简称为:
面向机器(或CPU)的编程语言)
3、源程序:
用汇编语言编写的程序称为源程序。
4、汇编:
由于用汇编语言编写的程序机器(即CPU)不能够直接执行,必须翻译成机器代码(即二进制代码)组成的目标程序,这个翻译过程称为汇编。
(由于机器不能够直接执行用汇编语言编写的程序,只能执行由机器代码(即二进制代码)组成的目标程序,这个将汇编语言翻译成机器代码的过程称为汇编。
)
5、汇编程序:
完成上述翻译过程的软件称为汇编程序。
例如而空操作指令NOP的机器码为90H(见指令手册),暂停指令HLT的机器码为0F4H(见指令手册),汇编程序在汇编时即将NOP和HLT指令分别翻译成机器码90H和0F4H后分别存入程序段存储器中后CPU才能执行。
6、反汇编:
将机器代码转换成汇编语言的过程称为反汇编。
4.1.2汇编语言的特点
1、程序代码短小
2、执行速度快
3、可以直接控制系统硬件
4、可以方便的编译
5、辅助计算机工作者掌握计算机体系结构
4.1.3一般汇编语言的框架结构(见P117上面)
ORGN;定位源程序的存放位置,N为偏移地址
NAME1SEGMENT[定位类型];段定义开始
语句1;由n条语句构成的语句体
语句2
…………………
语句n
NAME1ENDS;段定义结束
NAME2SEGMENT;段定义开始
语句1;由m条语句构成的语句体
语句2
…………………
语句m
NAME2ENDS;段定义结束
END;源程序结束
其中语句体中的语句按照功能或作用可分为以下3类:
1、指令语句:
即:
可执行指令语句,为8086CPU的指令系统,汇编时生成目标代码或机器码。
2、伪指令语句:
属于非执行语句,又称之为管理语句或说明性语句,这类语句仅在源程序汇编过程中起作用(进行符号定义、变量的内存分配等),不会生成目标代码。
3、宏指令语句:
属于非执行语句。
宏是源程序中的一段具有独立功能的程序代码。
而宏指令是用来对这段指令代码序列进行定义的,一旦这段指令代码序列被定义为宏指令后,宏指令就像指令一样可以在源程序中引用。
由于宏指令可以代替一段程序代码,因此可以简化源程序的书写。
如果这段代码重复或多次出现时,为了简化书写可以在这段代码出现的的位置处用一条宏指令(或称之为符号指令)加以替代,即在该段程序出现处仅放一条定义后的宏指令即可。
具体框架结构举例如下:
ORGN;定位源程序在内存中的存放位置,N为偏移地址
DATASEGMENTPARANONE(默认)或PUBLIC‘DATA’;数据段定义开始
VAR1DB12;定义变量1
VAR2DB34;定义变量2
N1DW1234H;定义变量3
N2DW5678H;定义变量4
SUMDB4DUP(0);预留4个单元存放计算和,初值清0
RESULTDW?
;定义计算结果存放单元初值不定
STRING1DB‘Wherethereisawillthereisaway$’;定义字符串1存放单元,$为结束符
…………………
DATAENDS;数据段定义结束
STACKSEGMENTPARANONE‘DATA’;堆栈段定义开始
DW20DUP(?
);
…………………
STACKENDS;堆栈段定义结束
CODESEGMENT;代码段定义开始
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA,SS:
STACK[,ES:
DAT]
PUSHDS;保护操作系统当前的数据指针DS:
00(现场)以便执行
XORAX,AX;完用户程序后恢复
PUSHAX
MOVAX,SEGVAR1;获取并建立用户数据区的段基址
MOVDS,AX;建立用户段
MOVBX,OFFSETLED_TBL;获取用户数据区的偏移地址
…………………
CODEENDS;代码段定义结束
END;源程序结束
4.2宏汇编语言的基本语法
一、常数、变量和标号
汇编语言程序语句=执行性语句+非执行性语句(即说明性语句)
执行语句:
由CPU或处理器指令组成。
与CPU类型有关,执行后CPU
都会产生相应的操作。
非执行语句或说明性语句:
由伪指令或宏指令组成。
与CPU类型无关,
不产生CPU的任何操作,只与汇编程序有关,不同版本的汇编程序
支持不同的伪指令
伪指令语句格式与执行指令的语句格式基本相同,但其伪指令语句和执行指令语句的作用大不不同,在汇编时伪指令语句不产生机器码。
仅用来告诉汇编程序如何将指令语句或伪指令语句中的操作数转换成目标代码。
1、CPU或处理器指令中的操作数可以是立即数、寄存器和存储单元。
且立即数只能是整数。
2、执行性语句中的标号后要加冒号‘:
’,而非执行性语句的标号后不能加冒号!
3、伪指令中的操作数可以是常数、字符串、常量名、变量名、标号、表达式和专用符号(例如:
BYTE、WORD、FAR、PARA)等,可以有多个,各参数之间用逗号分隔。
●常数:
二、八、十、十六进制数,实数、带引号的字符串(例如“AB”=41H、42H)等。
●标号:
指令目标代码的符号地址。
常用作转移指令或子程序调用指令中的目的操作数。
●变量:
存放在内存单元中的数据或称内存数据(即对内存数据起一个名,常被称作存储单元的符号地址)。
这些数据在程序运行期间可被随时访问或修改。
其属性有3个:
段属性SEG:
指出该变量所在的逻辑段。
偏移属性OFFSET:
指出该变量所在逻辑段中相对该段起始点的偏
移量。
类型属性TYPE:
表示该变量所占用内存单元的字节数。
一般由数
据定义伪指令进行定义,常用数据定义伪指令有:
DB:
定义字节。
见P160伪指令中的:
2.内存数据定义伪指令
DW:
定义字。
DD:
定义双字。
变量在使用前必须要先进行定义:
即对其进行命名、定义类型和预置初值
变量定义伪指令的语句格式为:
见P156([变量名]DB<表达式>)
变量名变量类型表达式1,表达式2,…
其表达式形式如下:
1、数值表达式:
数或简单算术表达式。
例如
DATA1DB50H,50
DATA2DB01,12,23,23+5×6
DATA3DW1234H,2345H,3456H,56X78/28
2、?
表达式:
不带引号的?
表示该内存单元可为任意值
DATA1DB?
?
;自DATA1地址开始预留2个单元
DATA2DB1,2,3,?
?
;前3个字节单元置初值,后2个
;字节单元随意
DATA3DW?
,?
,3456H,56X78/28;前2个字单元随意,
;后2个字单元预置初值
3、字符串表达式:
字符串必须用单引号括起来且不超过256个字符,
存放时按字符串的书写顺序自左向右按地址递增顺序存放。
数据类型为DB时,每个字符分配一个字节单元。
数据类型为DW时,每2个字符为一组分配2个字节单元,前一
字符在高地址字节,后一字符在低地址字节,每个数据项不能多于2个字符。
数据类型为DD时,每2个字符为一组分配4个字节单元,将字
符存入低2个字节顺序同DW,高2个字节存入00H.
例1:
STRING1DB‘ABCDEF’;即将41H-46H存入自STRING1开始的连续
6个字节单元中
例2:
STRING2DW‘AB’,‘CD’,‘EF’;即将41H-46H存入自STRING1
[STRING2]=42H;开始的连续3个字单元中
[STRING2+1]=41H;
[STRING2+2]=44H
[STRING2+3]=43H
[STRING2+4]=46H
[STRING2+5]=45H;见P157图7-3
STRING3DB‘Nothingimpossibletoawillingheart,Wherethereisawillthereisaway$’;定义字符串2存放单元
4、带DUP的表达式:
用于对多个内存单元进行重复设置。
也称重复数据
操作符或重复数据
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