浅谈微型计算机原理和接口技术

- 1 - 浅谈微型计算机原理与接口技术

摘要: 微型计算机原理与接口技术是计算机科学与技术专业重要的专业基础课程。该课程主要介绍微型机的组成和一些基本芯片的使用。对于此门课程，我们应该掌握的主要知识是微型机的基本组成和主要芯片的使用。同时，在学习过程中，我们应该注意到汇编语言的重要性，因为对于大部分芯片的使用，都要对其进行初始化，还要编程实现其功能，掌握汇编语言对于课程的学习有重要的作用。

关键词: 芯片使用，课程内容，课程重要性，实际应用

(一) 微型计算机原理与接口技术课程综述

本课程紧密结合自动化专业的特点，围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构、工作模式，介绍了8086CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧，存储器的组成和I/O接口扩展方法，微机的中断结构、工作过程，从而使学生能较清楚的了解微机的结构与工作流程，建立起系统的概念。

本课程系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、计数器/定时器8253、中断控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A（DAC0832）、DMA（8237）的结构原理与应用。在此基础上，对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要介绍

(二) 课程主要内容和基本原理

1.8086系统

（1）BIU与EU的动作协调原则：

总线接口部件（BIU）和执行部件（EU）按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务：

①每当8086的指令队列中有两个空字节，或8088的指令队列中有一个空字节时，BIU就会自动把指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序。

②每当EU准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令队列前部取出指令的代码，然后用几个时钟周期去执行指令。在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I／O端口，那么EU就会请求BIU，进入总线周期，完成访问内存或者I／O端口的操作；如果此时BIU正好处于空闲状态，会立即响应EU的总线请求。如BIU正将某个指令字节取到指令队列中，则BIU将首先完成这个取指令的总线周期，然后再去响应EU发出的访问总线的请求。

③当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU便进入空闲状态。

④在执行转移指令、调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。

从上述BIU与EU的动作管理原则中，不难看出，它们两者的工作是不同步的，正是这种既相互独立又相互配合的关系，使得8086/8088可以在执行指令的同时，进行取指令代码的操作，也就是说BIU与EU是一种并行工作方式，改变了以往计算机取指令→译码→执行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，这正是8086/8088获得成功的原因之一

（2）它的工作模式：有最小和最大

（3）它的寻址方式：

①数据操作数

这类操作数是与数据有关的操作数，即指令中操作的对象是数据。数据操作数又可分为： 浅谈微型计算机原理和接口技术

- 2 - a立即数操作数。指令中要操作的数据包含在指令中。

b寄存器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的寄存器中。

c存储器操作数。指令中要操作的数据存放在指定的存储单元中。

dI/O操作数。指令中要操作的数据来自或送到I/O端口。

②地址操作数

这类操作数是与程序转移地址有关的操作数，即指令中操作的对象不是数据，而是要转移的目标地址。它也可以分为立即数操作数、寄存器操作数和存储器操作数，即要转移的目标地址包含在指令中，或存放在寄存器中，或存放在存储单元之中。

对于数据操作数，有的指令有两个操作数：一个称为源操作数，在操作过程中其值不改变；另一个称为目的操作数，操作后一般被操作结果代替。有的指令只有一个操作数，或没有(或隐含)操作数。

对于地址操作数，指令只有一个目的操作数，它是一个供程序转移的目标地址。

2.I/O接口总线与中断

中断传送方式的优点是：CPU不必查询等待，工作效率高，CPU与外设可以并行工作；由于外设具有申请中断的主动权，故系统实时性比查询方式要好得多。但采用中断传送方式的接口电路相对复杂，而且每进行一次数据传送就要中断一次CPU，CPU每次响应中断后，都要转去执行中断处理程序，且都要进行断点和现场的保护和恢复，浪费了很多CPU的时间。故这种传送方式一般适合于少量的数据传送。

3.可编程计数器/定时器8253/8254及其应用

本章主要内容是：定时器/计数器的应用场合；如何实现定时/计数；可编程计数器/定时器8253芯片的内部结构、引脚功能、计数原理、6种工作方式下的工作条件和输出波形特征。重点是8253芯片的实际应用。

本章知识要点：定时/计数应用场合；定时/计数的实现：软件：延时子程序、硬件：数字逻辑电路（如单稳态时定时器电路等）、采用可编程定时器/计数器；可编程定时器/计数器8253：引脚功能、通道的编程结构-----通道的6种工作方式、芯片使用：硬件连线、软件编程。

8253的引脚功能：与系统总线相连：数据引脚D0—D7、地址引脚A1、A0、控制引脚RD/CS/WR；通道引脚CLKGATEOUT其他引脚GNDVCC

可编程计数器/定时器8253的工作方式：方式0：计数结束中断方式，方式1：可编程单稳态输出方式，方式2：比率发生器（分频器），方式3：方波发生器，方式4：软件触发选通，方式5：硬件触发选通。

4.可编程外围接口芯片8255A及其应用

本章主要内容是并行输入/输出接口概念，可编程并行输入/输出接口芯片8255A的内部结构、引脚功能、3种工作方式下的输入输出工作过程及其实际应用。

本章主要知识点：

并行接口概念

8255A：引脚功能、、内部结构-----A口B口C口、实际工作方式----数据传送过程、实际使用------硬件连线------软件编程。

3种工作方式：方式0：基本输入/输出，方式1：选通输入/输出，方式2：双向传送

8255A的引脚：与系统总线相连：数据引脚D0—D7,地址引脚A1—A0,控制引脚RDCSWRRESET;端口线：端口PA7—PA0；端口C：PC7—PC4PC3—PC0；端口B：PB7---PB0；其他引脚：GNDVCC

浅谈微型计算机原理和接口技术

- 3 - (三) 实际应用

微机原理与接口技术是一门很实用的课程，在学习的过程中，前一部分主要学习一些理论的知识，而后面一部分的知识，实用性则较强一些，主要是一些芯片的使用。我们切不说微机原理在实际工业中的应用，就拿我做的课程设计来说，我就感觉到了它的实用性。我课程设计的题目是:红外遥控器的设计与实现。主要的功能就是: 应用STAR ES598PCI单板开发机系列接口芯片设计红外遥控器，通过红外发送管，发出载波信号，根据接收到的载波信号，获得红外编码，将红外装置发送的编码代表的动作（左移LEFT，右移RIGHT）显示在七段数码管上。并实现LEFT 的左循环移动，RIGHT右循环移动。为了完成指定的功能，我需要的芯片有8251、8255、8253，其中，用8255接受按钮的信息，并且传送给CPU，CPU将接收到的信息通过8251将并行的信息转化为串行的信息传送给红外装置。这样就完成了信息的发送过程，接受过程于此类似。在这里，只用了三个芯片就完成了红外遥控器的功能，而对于更复杂的遥控器，可以用同样的思路去解决，只不过问题的规模更大了，也许使用的芯片会更多

这里只是说明了此课程的一个很小的应用，在实际的生产生活中，微机原理可以应用在工业设计，家电制造，机械制造，控制电路等方面。总之，这是一门应用性非常强的学科。

(四) 心得体会

对于微机原理与接口技术的学习，主要应注意一下几点:

1、用事实调动自己的兴趣

计算机科学与技术的发展日新月异，新技术、新方法、新产品层出不穷。经常会对所学的课程产生疑问，社会上也流传今天的计算机教育是“用昨天的知识教今天的学生去做明天的事”。所以如果缺乏学习动力，学习的积极性不高。爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师”。我们应该把学当作一种快乐。

2、通过动手实验培养创造力

实验是本课程的重要环节之一，通过实验能够更加深入地理解计算机的组织、结构和工作原理，从而提高对计算机系统进行分析和设计的能力。实验更是学生创新思维的源泉，是培养高素质创新型计算机专业人才的重要保障。实验内容分为以下两个层次：一是基础验证型。主要用于验证课程当中所讲的内容，加深对课堂知识的理解，并培养基本专业技能和实际操作能力。二是综合设计型。这类实验一方面可以加强学生对相关课程的理解，更主要的是培养了学生综合分析能力和独立解决问题的能力。这两类实验从内容上是由浅人深、由易到难，对学生的要求是由低到高的。对于实验，应注意以下几点。1、实验之前，应认真准备写出实验步骤和具体设计内容，否则实验效率会特别低。2、应在实验之前掌握控制信号的作用，写出实验预习报告并带入实验室。3、实验过程中，应认真操作，既不要因为粗心而造成实验器材损坏，又要仔细思考实验有关内容。4、试验之后，应认真思考总结，写出实验报告。

3、汇编语言很重要

汇编语言在本学期微机学习中有核心地位。在有限的学时内想迅速的消化和掌握它，肯定得花一番功夫，其中包括理论和实践两个部分。尽管它的核心地位，而书本编排的章目也不太多。但是毫不削弱它的地位。因为就我理解，前面和后面的章节学的都是相关的逻辑芯片，如可编程的计数/定时的8253，可编程的外围接口芯片8255A，串行通信和可变成接口芯片5251A等等等等，学的都是芯片逻辑器件，而在名字之前都标有“可编程”，所以其核心作用不可估量！它才是核心知识模块之一。

4、对于芯片的学习 浅谈微型计算机原理和接口技术

- 4 - 本课程的后面的章节主要是学习一些常用的芯片，并且，对于这些芯片，我们也作业实验。其实我觉得实验是学习和掌握芯片知识的最好的办法，因为书本上的知识是死的，你只是知道是这么回事，但是到了实际引用的时候，你就会知道为什么是这么回事，而且你也会对芯片的功能和使用方法掌握的更好，这就是实验的重要性。

(五) 结语

微型计算机原理与接口技术是一门很重要的课程，它以计算机组成原理为基础，对计算机的知识进行了进一步的探究。而对于课本介绍的一些芯片，则是我们了解硬件工作的基础，而且，这也是我们将来从事硬件工作的基础。我们应该好好学习这门课程。

参考文献

1.《微型计算机原理与接口技术》 刘彦文 中国林业出版社,北京大学出版社 2008年

2.《微型计算机技术及应用》 清华大学出版社 2003 戴梅萼、史嘉权

3.《微机原理与接口技术基础与应用》 海洋出版社 2005 邓振杰

4.《微机原理与接口技术实验及课程设计》西南交通大学出版社 2005 杨斌