《微型计算机原理与接口技术》复习笔记（三）

使用教材为
《微型计算机原理与接口技术》（慕课版）
孙丽娟、李爱群、陈燕俐、周宁宁、邓玉龙编著

微机原理复习笔记一
微机原理复习笔记二
微机原理复习笔记四

1. 存储器的扩展

总片数 = 总容量 /（容量/片）
芯片容量=2的地址线位数次方 乘以 数据线位数

2. 总线的基本概念与分类

定义

总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通道

分类

按所传输信号的性质分为3类

地址总线：传输、交换地址信息

数据总线：传输、交换数据信息

控制总线：决定各种模块的不同接口和功能特点

3.总线控制信号

总线周期定义信号(输出)
CPU通过总线与存储器、I/O交换一个数据所需要的时间称为总线周期
M/$\overline{IO}$：=1,表明该总线周期,CPU与存储器交换信息
     =0,表明该总线周期,CPU与I/O接口交换信息
W/$\overline{R}$：  =1,表明该总线周期,CPU进行写操作
     =0,表明该总线周期,CPU进行读操作
D/$\overline{C}$：  =1,表明该总线周期,传输的是数据
      =0,表明该总线周期,传输的是指令代码
这三个信号的组合，决定当前总线周期所完成的操作

M/$\overline{IO}$	D/$\overline{C}$	W/$\overline{R}$	操作
0	0	0	中断
0	0	1	中止/专用周期
0	1	0	I/O读
0	1	1	I/O写
1	0	0	微代码读
1	0	1	保留
1	1	0	存储器读
1	1	1	存储器写

4.输入输出系统

接口电路功能

• 数据缓冲功能
• 联络功能
• 寻址功能
• 数据转换功能
• 中断管理功能

端口定义及分类

• 能与CPU交换信息的寄存器称为I/O端口寄存器，简称端口
• 分为数据端口、状态端口、控制端口
• 8086 CPU最多能管理64K个端口，PC机中最多能管理1024个端口

端口编址方式

统一编址的特点：
（1）CPU对外设的操作可使用存储器操作指令，不需要专门的输入/输出指令
（2）端口地址占用内存空间，使内存容量减少
（3）执行存储器指令往往要比那些为独立的I/O而专门设计的指令慢
独立编址的特点：
（1）对于I/O端口，CPU须有专门的I/O指令去访问
（2）端口地址不占用内存空间

• PC系列机中，I/O端口采用独立编址方式

输入输出指令

I/O端口与CPU（AL,AX）的信息交换
输入：IN       输出：OUT

直接寻址

端口地址为一字节（8b）
eg:

IN AL,PORT//PORT端口内容输入AL
IN AX,PORT//PORT端口和PORT+1端口内容输入AX
IN EAX,PORT//PORT~PORT+3端口内容输入AX
OUT PORT,AL//AL内容输出到PORT端口

DX间址寻址

端口地址为2字节，必须存放在DX寄存器中

• DX寄存器中存放的是端口地址信息，因此CPU执行OUT DX,AL指令时，DX寄存器的值输出到地址总线上

eg:

IN AL,DX//DX指向的端口中读1字节到AL
OUT DX,AL//将AL内容输出到DX指向的端口

微机系统与I/O之间的传送方式

1. 无条件传送：外设准备好的情况下，CPU可直接用指令完成与接口的数据传送
2. 查询方式：数据传送前，需确认外设已准备好
3. 中断控制方式
4. 直接存储器存取方式（DMA方式）

• DMA方式不需要CPU参与
• 采用查询方式进行I/O数据传送的优点是相对简单
• 简单外设可以用无条件传送（如发光二极管）

5.可编程定时/计数器8254

基本结构

8254内部集成了3个16位的计数器, 每个计数器有6种工作方式，计数初值可设定为二进制或BCD码，最高工作频率10MHz，有读出命令

• 每个计数器对外有3个引脚
  GATE：门控信号输出端
  CLK：计数脉冲输入端
  OUT：输出信号端

• 使用地址线A₁、A₀选择8254芯片中的寄存器，其他高位地址线译码产生$\overline{CS}$片选信号
  在$\overline{CS}$ = 0的前提下
  A₁A₀ = 00，选中0#计数器
  A₁A₀ = 01，选中1#计数器
  A₁A₀ = 10，选中2#计数器
  A₁A₀ = 11，选中控制字寄存器

工作方式

计数初值 N = f_CLK/f_OUT

方式2：分频器

• 输出波形为周期脉冲
• 写入控制字后，OUT输出为高电平，写入计数初值后，若GATE为高电平，计数器开始减1计数，当计数值减到1时，OUT输出低电平，经过一个CLK周期，又变为高电平，计数初值自动重装，计数器开始重新计数
• 若减1过程中，GATE变低，则暂停计数，遇到GATE上升沿，恢复初值，开始减1 计数
• 计数过程中，写入新的计数初值，不会影响计数过程，只有当计数器减到1后，计数器才装入新的计数初值

方式3：方波发生器
计数初值为

• 偶数：每来一个CLK脉冲，计数值减2，当减为0时改变极性，初值自动重装，继续计数
  输出为1:1的方波
  正负脉冲宽度均为N/2个CLK周期
• 奇数：实际装入的初值和自动重装的初值，均为编程时写入的初值减1
  输出正脉冲期间，每一个T_CLK使计数值减2，当减为-2时，输出端变为低电平，初值自动重装，继续计数
  宽度 = T_CLK(N+1)/2
  输出负脉冲期间，每一个T_CLK使计数值减2，当减为0时，输出端变为高电平，初值自动重装，继续计数
  宽度 = T_CLK(N-1)/2

三个计数器的作用

• 0#计数器：每隔55ms通过中断系统提出一次日时钟中断请求
• 1#计数器（用户禁止使用）：每隔15us向DRAM刷新控制器提出一次“动态存储刷新请求”
• 2#计数器：为音响系统提供900Hz方波

初始化编程

• 数制选择：计数初值为二进制，初值范围为0000H ~ FFFFH，其中0000H表示65526；计数初值为二进制，初值范围为0000H ~9999H，其中0000H表示10000

eg:设8254端口地址为40H~43H，要求2号计数器工作在方式1，按BCD码计数，计数初值为十进制数4000，试写出初始化程序

解：2号计数器的端口地址为42H，控制器端口地址为43H
  2号计数器，则D₇D₆ = 10
  按BCD码计数，所以计数初值为4000H，则D₅D₄ = 10，D₀ = 1
  工作在方式1，则D₃D₂D₁ = 001

MOV AL,10100011H
OUT 43H,AL//写控制字
MOV AL,4000H
OUT 42H,AL//写初值