微机原理课程综述
摘要：本书以培养学生应用能力为主要目标，把微型计算机的基本概念、基本原理和应用相统一，并对微型计算机技术的最新发展做了适度的介绍和分析。全书共分13章，主要包括计算机基础知识、80x86微处理器的内部结构、指令系统、汇编语言程序设计、微处理器的外部结构和总线操作时序、存储器技术、总线技术、中断技术、微型计算机的I/O接口技术、系统扩展接口设计、串行通信接口及应用、数模转换器和模数转换器的接口设计、微型计算机应用系统的设计等内容。
关键词：微型计算机8086系统总线接口汇编语言中断
正文：
一、简要介绍
1.主要内容
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）、人机接口（键盘与显示器接口）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。
2.学习方法
（1）掌握微机的基本结构与组成原理
（2）掌握微机的指令系统与编程方法
（3）掌握微机的时序，不懂时序，就无法真正掌握微机原理，难以充分利用微机。
（4）掌握微机硬件电路中的通用符号的意义。
（5）掌握微机外围接口芯片的原理与典型应用。（锁存器、缓冲器、驱动器、定时/计数器、并行接口、串行接口、DMA、A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等）
（6）掌握微机扩展的原理，注意学会主要信号的扩展方法，能够举一反三。如：片选、数据总线、地址总线、片内寻址、读/写控制线、地址锁存、时钟、复位、中断请求与响应等）
二、课程主要内容
全书共分13章，在内容安排上注重系统性先进性和实用性，各章前后呼应，并加入了大量的程序和硬件设计实例。下面总体概括以下：
第一章：叙述微型计算机的发展构成和数的表示方法。
第二章：阐述了8086微型机算计系统的组成原理和体系结构。
第三章：对8086的指令系统的介绍。
第四章：讨论8086汇编语言程序设计方法，并给出实例分析。
第五章：介绍存储器的分类及应用
第六章：讲述I/O接口和系统总线
第七章：讨论中断系统并介绍中断控制器8259A
第八到第十二章：介绍了I/O接口芯片的基本原理和它们的大量应用实例，包括定时器/计数器8253/8254通用并行接口8255A等，并介绍了IBMPC/XT机系统板的主要电路和工作原理
第十三章：概要的介绍了32位机的基本工作原理，包括32位微处理器的结构和工作模式，寄存器组成，保护模式下的内存管理，32位机新增指令编程实例及接口技术。
下面我们介绍一下这个专业的几个重点内容（主要是以8086和8088为模板）
1.按计算机应用，计算机发展可分为以下几个阶段：
（1）超、大、中、小型计算机阶段（1946年-1980年）
采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理。
（2）微型计算机阶段（1981年-1990年）
微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。
（3）计算机网络阶段（1991年至今）
计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。
2.8086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：
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。下面以MOV指令为例
MOVdst，src；(dst)←(src)
3.汇编语言
汇编语言是一种利用指令助记符、符号地址、标号来编写的计算机语言。是机器语言的符号表示，是面向机器的语言，是较低级的语言。
利用汇编语言编写的程序称为源程序，需要通过汇编程序翻译成二进制代码的目标程序，再经过与库文件的连接，最后得到可执行文件程序，才能在机器上直接运行。
本章主要内容是汇编语言语句类别、MASM的运算符及其表达式、伪指令语句格式和作用、基本程序结构、调用程序和被调用程序之间的数据传送途径以及汇编源程序上机调试过程。
本章重点是阅读程序和编写程序。本章知识要点如：汇编语言语句类别：实指令语句、伪指令语句、宏指令语句，程序基本机构：顺序结构、分支结构、循环结构、过程（子程序）------参数传递途径：寄存器约定、存储器约定、堆栈传递，程序开发步骤：编辑------汇编-----链接------调试程序。伪指令语句：符号定义指令EQU、=，数据定义伪指令DBDWDD……,段定义伪指令SEGMENTENDS,过程定义伪指令PROC……ENDP段指派伪指令ASSUME程序定位伪指令ORG汇编结束伪指令END。
伪指令语句中的名字可以是变量名、段名、过程名
标号:标号有三种属性：段、偏移量和类型。
①标号的段属性是定义标号在程序段的段地址。当程序中引用一个标号时，该标号的段值应在CS寄存器中。
②标号的偏移量属性表示标号所在段的起始地址到定义该标号的地址之间的字节数。偏移量是一个16位无符号数。
③标号的类型属性有两种：NEAR和FAR。前一种标号可以在段内被引用，地址指针为2字节；后一种标号可以在其他段被引用，地址指针为4字节。如果定义一个标号时后跟冒号，则汇编程序确认其类型为NEAR。
变量也有三种属性：段、偏移量和类型。
①变量的段属性是变量所代表的数据区所在段的段地址。由于数据区一般在存储器的数据段中，因此变量的段地址常常在DS和ES寄存器中。
②变量的偏移量属性是该变量所在段的起始地址与变量的地址之间的字节数。
③变量的类型属性有BYTE(字节)、WORD(字)、DWORD(双字)、QWORD(四字)、TBYTE(十字)等，表示数据区中存取操作对象的大小。
4.存储器
半导体存储器是指用半导体器件作为存储器介质的存储器。目前，计算机的内存储器（主存储器）都由半导体存储器芯片担任。本章讨论半导体存储器芯片的类型、存储原理、使用场合、引脚功能、如何与CPU（或系统总线）连接以及及软件验证l连接是否正确等问题。
本章知识要点：存储器作用------存放程序和数据-------只存放二进制数；半导体存储器芯片分类：RAM:SRAM,DRAMROM:掩膜ROMPROM:PROMEPPOMEEPROM；
存储器芯片-----存储器容量------引脚功能；主存储器设计：计算芯片数，地址分配、片选逻辑--------与系统连接------软件验证；片选逻辑：全译码，部分译码：基本地址、重叠地址。
在学习时要知道存储器芯片的存储容量的计算方法（单元数X位数/单元）,掌握常用芯片的的存储特点和使用场合，存储芯片的常用引脚及其功能要知道，在扩展时要会计算所需存储器的数量，有关存储器芯片与系统总线或CPU得连接问题，会计算各存储器的芯片地址范围。
5.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。
6.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。
7.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
三、个人总结
微机的最基础语言--汇编语言的一个最基础最古老的计算机语言。总是越基础越重要，在重大的编程项目中应用最广泛，因为就我个人的理解，汇编是对寄存的地址，以及数据单元进行最直接的修改，而在某些时候，这种方法是的最有效，也是最可靠的，然而它有两面性，有优点，自然缺点也不少，最重要的一点就是汇编语言很复杂，对某个数据进行修改时，本来很简单一个操作会用比较烦琐的语句来解决，而这些语句本身在执行和操作的过程中，占用大量的时间和成本。在一些讲求效率的场合，并不可取，所以可以适当取舍它。
汇编语言对学习其他计算机高级语言起到一个比较，对照参考的促进作用。学习总是从最简单基础的开始，汇编就是，那么学习高级语言也当然可以从汇编开始。而学了高级计算机语言C以后，我经常将C与汇编进行对比。也发现其中的差异，以及各自的特点，优缺点。从而让我对计算机语言又有了更深一层次的了解。由此，可以扩展的学习C++，JAVE等高级语言，实际上是掌握了学习一门计算机语言的能力和素养。所以学习汇编对学习其他语言很有促进作用。
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。
在为期三个月的课程学习中，虽然没有将课程学得非常透彻，但对其中重要的内容还是有很大的了解，微机原理将会对以后专业课的学习发挥重大的作用，在以后的学习生活和工作中将会得到更广泛的应用。希望通过的不断学习，能够更好的应用到今后的社会实践中去，最后，真诚的感谢王老师这段时间以来的细心教导，谢谢！
