1、1 / 14微機原理與接口技術復習要點本課程講授的主要章節有：第 1 1 章、第 2 2 章、第 5 5 章、第 6 6 章、第 7 7 章、第 8 8 章，第 1010 章、第 1111 章和第 1212 章，第 3 3和第 4 4 章在于應用之中(編程基礎)。重點章節：第 2 2 章、第 5 5 章、第 6 6 章、第 7 7 章和第 1010 章。第一部分內容回顧第 2 2 章處理器2.12.1 微處理器概述一、 微處理器的性能指標(1)功耗=動態電容X電壓X電流X頻率(2)性能=核心頻率X每個周期執行指令的條數理解性能與功耗公式的含義，能回答相關問題二、 處理器的幾種工作方式1. In

2、teI 微處理器具有的工作方式：實地址方式、保護地址方式、虛擬8 6方式、系統管理方式及IA-32E 方式。2. 不同處理器具有的工作方式(1) 8086/8088 僅實地址方式(2) 80286 :實地址方式、保護地址方式(3) 80386/486 :實地址方式、保護地址方式、虛擬8 6方式(4) PentiumPentium 4：實地址方式、保護地址方式、虛擬8 6方式、系統管理方式(5)Cure 系列：實地址方式、保護地址方式、虛擬8 6方式、系統管理方式、IA-32E 方式(支持 64 位操作)3. 不同模式之間的切換方法：會有匯編語言程序在實地址方式和保護地址方式間來切換三、流水線及

3、超標量結構1.超標量(Superscalar)是指在 CPU 中有一條以上的超級流水線， 并且每時鐘周期內可以執行一條及以 上的指令，這種設計技術稱為超標量技術，對應處理器的結構，稱為超標量結構。2.不同處理器的超標量結構處理器80486 Pentium Pentium Pro PentiumIIPentiumII IPentium4Core 2 Duo Core 2 QuardCore i3/5/72 / 14流水線級數5512121220(478) 31(775)141414流水線個數123333（2 個倍速）4X24X46X2/4/單周期執指條數123335 (1+2X2)81612/2

4、43.常用核心架構 把 Intel 微處理器的核心體系結構分為：（1）80X86 架構（8086/8088、80286、80386 和 80486）（2）P5 架構（Pentium、MMX Pentium ）（3）P6 架構（Pentium Pro、Pentiumn和 Pentium 川）（4）NetBurst 架構（Pentium 4）（5）Core 架構（Pentium Dual-Core、Core 2 Duo、Core 2 Quad 和 Core 2 Extreme 以及 Corei3/5/7 二 四代等）。2.22.2 微處理器內部結構一、 8086 :兩個部件=BIU+EUBIU :

5、負責內外信息交換。還負責物理地址合成。EU :執行全部指令二、 80286:四個部件=BU+EU+AU+IUBU :負責內外信息交換。EU :執行全部指令AU :計算物理地址IU :指令譯碼三、 80386:六個部件=SU （分段）+PU （分頁）+BU （總線）+IPU （預取）+IDU （譯碼）+EU （執行）四、 80486:八個部件=整數部件+浮點部件+分段部件+分頁部件+總線部件+指令預取部件+指令部件+Cache 部件五、 Pentium :兩條超標量指令流水線U （復雜）+V （簡單）1、 主要特點：RISC 型超標量結構、高性能浮點運算器、雙重分離高速緩存、64 位數據總線（外

6、部）、分支預測、系統管理方式等。2、 內部關鍵部件及其功能（1） BTB （ Branch Target Buffer）:分支目標緩沖器 ， 可對分支指令進行預測， 目的是提高流水線執 行效率。在 Pentium 微處理器中，使用了 BTB 預測分支指令，這樣可在分支指令進入指令流水線之前預 先安排指令的順序，而不致使指令流水線的執行產生停滯或混亂。（2）兩重分離 Cache: 8KB 指令 Cache+8KB 數據 Cache（3 ）兩條超標量指令流水線（整數部件）：U-流水線+V-指令流水線U-流水線可執行復雜指令和簡單指令V-指令流水線僅能執行簡單指令）1 個時鐘周期可執行兩條簡單指令六

7、、 Pentium II/Pentium III:Pentium II 和 Pentium III 內部有三條超標量指令流水線，在一個時鐘周期可執行三條簡單指令七、 Pentium 4 :P4 的核心特點：內有高速執行引擎（ALU 倍速工作），如主頻 2GHz,則內部 ALU 可工作在 4GHZ內部三條指令流水線，其中兩條倍速工作，因此一個時鐘周期可執行簡單指令5 條八、 Cure 架構處理器：多核結構，每個核 4 個（i3、5、7 系列 6 個）超標量指令流水線。主要特點：（1） 4/6 個超標量指令流水線，每個核心內建4/6 組指令編譯器3 / 14(2)支持 EM64T (支持 64 位

8、指令集)以及虛擬化技術(3)多核心架構，共享 2MB/4MB/6MB/8MB/12MB二級緩存(4)低功耗，高性能1、通用寄存器(8 位、16 位、32 位、64 位寄存器表示)AH,AL,AX,EAX.RAXBH,BL,BX,EBX.RBXCH,CL,CX,ECX.RCXDH,DL,DX,EDX.RDX2、控制寄存器 CR0,CR3,CR43、段寄存器：CS/DS/SS/ES/FS/GS4、系統地址寄存器 GDTR、IDTR5、標志位的含義及其判斷方法復習相關判斷指令 JC、JNC、JS、JNS、JZ、JNZ、JO、JNO, JP、JNP無符號數比較：大于：JA小于：JB 等于：JE 或 J

9、Z 大于等于：JAE 小于等于：JBE、重要寄存器中的相關位CR0 中的 PE、PG，CR4 中的 PSEFLAGS、EFLAGS 中的 CF、SF、OF、PF、ZF、IF累加器基址寄存器 計數寄存器 數據寄存器 堆棧指針 基址指針 源變址寄存器 目標變址寄存器指令指針標志寄存器 機器控制寄存器頁故障地址寄存器頁目錄表基址寄存器 擴展控制寄存器代碼段寄存器 堆棧段寄存器數據段寄存器 擴展數據段寄存器 擴展數據段寄存器 擴展數據段寄存器GDT 和 IDT 寄存器LDT 寄存器任務狀態段寄存器數據寄存器地址寄存器控制寄存器段寄存器系統地址寄存器通用寄存器、要掌握的寄存器4 / 142.42.4 引

10、腳信號與總線時序一、8086 引腳信號DT / R,M / IO,RD,WR,INTR、#INTA、RESET、ALEDT / RM /IORDWR對應的操作對應外部信號0001讀 I/OIORC0101讀存儲器MRDC1010寫 I/OIOWC1110寫存儲器MWIC二、80386Pentium 引腳信號ADS地址數據選擇，第一個狀態選擇地址，第二個狀態選擇數據。BE3 BEL字節控制信號，分別控制 32 位的 4 個存儲器體或 4 個 I/O 體，并隱含地址信號 A1 和 A0。 在字節控制信號的配合下數據總線可以按以下形式傳送：BE0為低電平，傳送D7 D0；BE1 為低電平，傳送D15

11、 D8 ；B 為低電平，傳送D23 D16；B為低電平，傳送D31 D24；總線操作與引腳信號的關系M/IOW/RD/C操作類型對應的外部信號指令示例000中斷響應INTA001讀 I/OIORCIN AL,DX011寫 I/OIOWCOUT DX , AL101讀存儲器數據MRDCMOV AX , SI111寫存儲器數據MWTCMOV DI,AX三、80386 總線時序80386 總線讀周期時序四、Pentium 總線時序T1T2T2T2T2T1CLK2jfwwvvvvvnjrmrADSW/R_:_ :_ :_ *r(b)流水線方式下讀總線時序CLKA31-A3ADSW/RD63-D0tBR

12、DYT1T2T1T2CLK- 廠r_y(a)非流水線方式下讀總線時序圖 2.32 PentiumA31-A3ADSW/RD63-D0taBRDYT1 T2 T2 T2 T2T1x:If乂1:l:iI-i11二.z(b) 4 個 64 位數據讀猝發周期總線時序 處理器讀總線周期D31-D0READYADSW/RT1T2T1T2CLA2一HJVVirCriJULTA31 -A3D31-D0READY(a)非流水線方式下讀總線時序5 / 14五、P6Cure 總線時序6 / 14P6 到 Core 2 Due 基本的時序周期2.52.5 對存儲器管理概述一、物理地址空間及虛擬地址空間地址線條數物理地

13、址空間=2，女口 386 : 232=4GB索引位數虛擬地址空間=2*2*段大小=214*最大段2.62.6 實地址方式物理地址實方式下的物理地址=段地址*16+偏移地址2.72.7 保護方式下(分段、段頁)物理地址求法要求掌握 32 位 4KB 頁轉換(其它類型的頁轉換不要求) 所以重點是如何找段描述符和頁相關項，能定義段描述符段描述符格式訪問權字節31.24 23 22 212019 1615 14 131211 10 98 7. 0注意 Type 三個位的含義！位 3E ( Excutable )： E=0 為數據段描述符，E=1 為代碼段描述符。位 2 ED (Expansion Di

14、rection ):數據段描述符用，ED=0 向上生長段，要求偏移量小于等于段限,ED=1 向下生長段，段偏移量應大于段限。位 2 C (Conforming ):代碼段用，C=0 忽略描述符特權級，C=1 描述符特權級有效。位 1 W (Write ):數據段用，W=1 數據可以寫入， W=0 不能寫入。位 1 R ( Read):代碼段用，R=1 代碼段可以讀，R=0 不能讀。段基址(B31-B24 )GD/B0AVL段界(L19-L16)PDPLSTypeA段基址(B23-B16)段基址(B15-B0 )段界(L15-L0)40A35-A3 * 地址 | .ADSREQ4:0D63-D0

15、taDRDY_ i_ _ L_ = _Ij-：-:_ -L x_L_:_ :_ :DBSY尋址階段，數據階段狀態：A15-A8產生體選擇信號BE7-BE07 / 14、由邏輯地址到線性地址的轉換48 位（80 位）邏輯地址段選擇子：段內偏移地址第 5 5 章存儲器一、存儲器性能指標1. 存儲器容量及引腳關系：存儲容量 V 與 m、n 之間的關系為：V=2mXn掌握存儲芯片容量與引腳的關系：特別注意DRAM 弓I腳與容量與其它芯片的不同2. 存儲器帶寬：帶寬=存儲器總線頻率X數據寬度 /8 （單位：字節/S）二、 半導體存儲器基本原理1. SRAM :雙穩態觸發器兩個穩定狀態記錄信息2. DRA

16、M : MOS （場效）管極間電容充放電存放信息。3. 掩膜 ROM :字線與位線間是否跨接 MOS 管來決定信息 0 和 1。4. PROM :開關管與位數間的熔絲是否熔斷決定信息0 和 1。5. EPROM:根據 FAMOS 管浮置柵是否有足夠的電荷積累存儲信息。6. FRAM :靠鐵電晶體構成的鐵電電容存儲信息的。三、 掌握存儲器擴展方法1.地址譯碼方法：會根據電路求地址或根據地址要求畫譯碼電路（門電路及譯碼器自行選擇）2.擴展容量地址求法：已知一個地址（首地址或末地址）和容量，求另一個地址。153 21 031(63)頁轉換示意圖32位線性地址12 113 2 1031 . 22 21

17、DIR（10位頁目錄索Table（10位頁表索引）Offset （12位頁內偏移量）10位10位頁表12位.物理地址4KB頁目錄表X4頁表項主存儲器CR3押目錄項地址頁目錄表基地址頁目錄項頁表基地址頁基地址1KX1K=1M頁因此共可尋址1MX4KB=4GB二、由線性地址到物理地址的轉換：通過兩次頁的變換得到8 / 143.擴展方法及應用（編寫訪問程序或閱讀程序說明功能等）9 / 14位擴展、字擴展和字位全擴展三種基本方法4 存儲器組織（8 位、16 位、32 位和 64 位是如何組織的）四、掌握 CMOSCMOS RAMRAM 的讀寫操作兩個端口地址：70H 為地址端口， 71H 為數據端口，

18、對 CMOS 操作分兩步驟:MOV AL，CMOS 內部地址號OUT 70H，ALINT AL，71H ;讀 CMOS 指定單元內容MOV AL，CMOS 內部地址號OUT 70H，ALMOV AL，DATA 數據OUT 71H，AL ;寫數據到 CMOS 指定單元內容第 6 6 章基本輸入輸出接口技術一、基本知識1 處理器與 I/O 間的接口信息：數據信息、狀態信息和控制信息。2 I/O 端口編址方法及 I/O 組織形式：（1 ）存儲器映射編址（統一編址） +I/O 映射編址端口地址：0000HFFFFH，使用 A0A15 共 16 條地址線：（2）對于 8 位和 16 位存儲器和 I/O

19、組織使用 A0A15 地址線對于 32 位存儲器和 I/O 組織使用 A2A15 （A0 和 A1 隱含在/BE0/BE3 中）對于 64 位存儲器和 I/O 組織使用 A3A15 （A0A2 隱含在/BE0/BE7 中）共 64K 個 8 位端口、32K 個 16 位端口、16K 個 32 位端口訪問存儲器使用/MRDC 和/MRWC 控制信號，訪問 I/O 使用/IORC 和/IOWC 控制信號3 輸入輸出控制方式：直接程序控制方式+中斷控制方式+DMA 控制方式+IO 處理機方式4簡單 I/O 接口讀寫技術（輸入緩沖、輸出鎖存）緩沖器常用三態門，鎖存器常用D 觸發器輸入一定要緩沖，輸出可

20、以鎖存。5 熟練掌握串行通信的波特率計算與字符格式確定6 UART 以及 RS-232C 邏輯電平及波形識別（結合字符格式）結合題 6.10 和 6.121 掌握波特率的求法及波特率與除數值的關系，了解 16550/8250 的功能2 熟練掌握 8255 及其應用（包括與其它要求掌握的芯片的綜合應用）、掌握接口芯片及其應用，兩個控制字要記住!10 / 14（2）端口 C 置復位命令字1D6D5D4D3D2D1D0方式選擇控制字標志A組方式 00=方式 0 01=方式11X =方式2C 下半口 I/OT 1=輸入（0=輸出A 口 I/O1=輸入0=輸出C 上半口 I/O1=輸入 10=輸出B 組

21、方式0=方式 01=方式 1（1 ） 方式選擇控制字B 口 I/O1=輸入0=輸出11 / 14PC 引腳配合的信號標識和含義:如輸入時：STB、IBF 以及 INTR,輸出時有OBF、ACK及 INTR（2）熟練掌握 8254/8253 原理及其應用（重點方式23和 4）,包括對 8254 的操作順序的要求（1） 8253/8254 命令字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0（2 ）不同模式下最值最大值：所有方式，最大計數值為0 （二進制表示 10000H , BCD 碼計數表示 10000）最小值：除方式 2 和 3 夕卜，最小計數值為 1,方式 2, 3 的最小計數值為 2含最

22、大計數值和不同方式最小計數值等， 比如讓你在規定時間之后產生一個選通信號 （負脈沖） 你采 用什么方式？（方式 4）三、知曉常用接口在微機系統中的地址1. CMOS RAM 的地址：70H 71H2. 8253/8254 的地址：40H 43H3. 主 8259 地址：20H21H，從 8259 的地址：A0HA1H第 7 7 章中斷系統一、中斷的五個過程及可屏蔽中斷響應過程1、中斷響應過程：中斷請求、中斷判優、中斷響應、中斷處理及中斷返回五個過程2、可屏蔽中斷中斷響應過程：（1）進入中斷響應周期（2）發兩個中斷響應脈沖（占兩個總線周期）（3） 標志寄存器壓入堆棧，并使 IF = 0, TF

23、= 0 （占一個總線周期）（4）斷點地址壓入堆棧（占兩個總線周期）（5）CPU 得中斷類型號后通過中斷類型號獲取中斷服務程序入口地址，轉入口地址。A） 對于實地址方式：找中斷服務程序入口地址是從中斷量表中讀取中斷向量的，因此要花費2 個總線周期的時間；B）對于保護方式：找中斷服務程序入口地址是從中斷描述符表中尋求中斷描述符的，如果第一次訪問，則需要從內存中找出 8 個字節的描述符，對于 32 位處理器，需要 2 個總線周期的時間，而通過中斷描述 符中描述的段選擇子，還要從內存表尋求 8 個字節的段描述符，這又要花費 2 個總線周期的時間，因此：保護方式從中斷類型號獲取中斷服務程序入口地址就需要

24、4 個總線周期的時間。這樣在保護方式下，可屏蔽中斷響應過程共要花費2+1+2+4 = 9 個總線周期的時間。三、中斷類型號與中斷服務程序入口地址的關系1中斷向量：中斷服務程序入口地址的簡稱(用于實方式)，占四個字節，注意格式。SC1通道選擇【0 0=計數器器 00 仁計數器器 11 0=計數器器 21 仁 8253 非法8254 讀回命 操作類型M1M0BCDI I0=二進制計數1=BCD 碼計數0 0=計數器鎖存0 仁讀/寫低字節1 0=讀/寫高字節1 仁讀/寫 16 位（字先低字節 后咼字節0=復位仁置位注意方式 1 輸入和輸出三個SC2 RL1 RL0 M2方式選擇0 0 0=萬式 0

25、0 01=方式 1x 1 0=方式2 x1仁方式 31 0 0=方式 41 0 1=方式 512 / 142中斷向量表：實方式下存放256 個中斷向量的內存區域，共1KB , 00000H-003FFH3中斷描述符：保護方式下描述中斷服務程序入口地址相關信息咼地址帕移地址IR1IR73、操作命令字全部要求( 0CW1、0CW2 和 0CW3 )控制中斷及優先級循環操作命令字OCW2D7D6D5D4D3D2D1D0RSLEOI00L2L1L0屏蔽查詢狀態命令字 OCW3D7D6D5D4D3D2D1D00ESMMSMM01PRRRIS4、8259 寄存器狀態的讀取IRR、ISR 和 IMR 的讀取

26、方法讀主片 IMR 的值：IN AL , 21H;讀 IMR讀主片 IRR 的值MOV AL , 0AHOUT20H , ALIN AL , 20H讀主片 ISR 的值MOV AL , 0BHOUT 20H , AL13 / 14IN AL , 20H讀從片 IMR 的值：IN AL , 0A1H;讀 IMR讀從片 IRR 的值MOV AL , 0AHOUT0A0H , ALIN AL , 0A0H讀主從片 ISR 的值MOV AL , 0BHOUT0A0H , ALIN AL , 0A0H能夠利用匯編語言判斷多個中斷請求還沒有被響應或多個中斷被響應但中斷還沒有結束的情況第 1010 章模擬輸

27、入輸出接口技術、DACDAC1 .D/A 轉換器的數模關系：Vo=-KVref*D=-Vref*D/2n2 熟練掌握 DAC0832 應用能按要求編程產生相關波形，并能根據實際連接，注意模擬量與數字量的關系如三角波、鋸齒波、倒鋸齒波、梯形波等信號的發生方法，會編程應用，與課程設計有關。、ADCADC1. A/D 轉換器模數關系：Do= KVin/Vref=(2n-1)*Vin/Vref2 熟練掌握 ADC0809 和 AD574 的應用會編程，采集模擬信號的方法(1 )鎖存地址并啟動 AD 變換(ADC0809:ALE 和 START 正脈沖；AD574:R/C=0)(2) 判斷是否轉換結束(

28、ADC0809:EOC = 1 為轉換結束,AD574:STS=0 轉換結束)(3) 讀取轉換結果(ADC0809:OE = 1;AD574:R/C=1)結合已學第 6 章中的接口芯片，并能應用實際中能進行綜合應用(8255+8254+DAC0832+AD574 或 ADC0809+8259 等)第 1111 章總線-、總線信號類型電源+數據線+地址線+控制線二、總線層次處理器總線(最快)；存儲器總線；系統總線；外部總線(最慢)三、總線帶寬(數據傳輸率)的求法(1) 并行總線帶寬或數據傳輸率 =(總線寬度/8 位)x總線工作頻率(2) 串行總線帶寬或數據傳輸率 =(1/10)x總線工作頻率x通

29、道數第 1212 章 微機硬件系統1了解主板硬件系統基本組成14 / 142掌握芯片組的功能及 MCH （北橋）和 ICH （南橋）的概念及作用。 重點掌握： MCH 以及 ICH 的含義及功能，能區分哪些部件歸哪個芯片管理 3 了解主板結構種類 （AT/ATX/BTX）4了解計算機系統的構成 從微機技術發展看，趨向串行技術（總線由并行變串行、硬盤接口也由并行變串行等等）第二部分 重點例題及習題：、重點例題：第 2 章【例 2.3】、【例 2.4】第 5 章【例 5.3】、【例 5.4】第 6 章【例 6.3】、【例 6.4】、【例 6.5】、【例 6.6】及 6.7.5 應用實例第 7 章【例 7.1】、【例 7.2】第 10 章 P3.79ADC0809 應用以及 P.380 AD574 應用、典型習題第 2 章 2.1, 2.2 , 2.9，2.10， 2.11,2.22,2.28, 2.30,2.44,2.46,2.48, 2.49第 5 章 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.10, 5.11,5.14,5.17,5.23第 6 章 6.2,6.6,6.10, 6.12, 6.15,6,16, 6.17,6,19,6.20第 7 章 7.1(2),(5),7.5, 7.6,7