微机原理及接口技术45159.docx
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微机原理及接口技术45159
现代远程教育
《微机原理及接口技术》
课
程
学
习
指
导
书
作者：
钱晓捷
2008年11月
“微机原理及接口技术”课程学习指导书
“微机原理及接口技术”是计算机科学与技术专业的专业基础课、必修课，是一门软硬件相互结合的重要课程。
本课程以IA-32处理器和32位汇编语言为主体介绍32位个人微机系统的基本工作原理，要求学生学习处理器的指令集结构、常用指令和汇编语言编程，通过微机总线技术，理解处理器与半导体存贮器的连接、常用I/O接口的连接方法，以及外设进行数据传送的方法；本着硬件与软件相结合的原则，讲授常用微机接口应用技术；并对各种提高处理器性能的最新技术有所了解。
第1章微型计算机系统概述
（一）本章学习目标
本章通过微处理器发展尤其是Intel80x86系列处理器发展引出各种基本概念，从冯·诺依曼计算机结构引出微型计算机硬件组成，以16位和32位PC机为例全面理解微型机层次结构，通过熟悉Windows控制台环境了解微型机软件系统。
（二）本章学习重点和考试要求
了解处理器（CPU）、通用处理器和专用处理器（微控制器和数字信号处理器）的含义，熟悉字长、时钟频率、集成度和摩尔定律的含义。
了解x86结构系列处理器的发展，尤其是熟悉8086、Pentium处理器的特点，理解处理器引脚、IA-32结构、Cache、复杂指令集计算机、精简指令集计算机、指令流水线、超标量技术、多媒体指令、Intel64结构、动态执行技术、多核技术的概念。
掌握冯·诺伊曼计算机的基本思想，掌握组成部件（5大部件、3个子系统）、二进制编码（以及字节、字、双字和4字的二进制位数）、存储程序控制（以及字节可寻址存储单元、存储器地址、读写操作的含义）、取指－译码－执行周期的含义。
了解微型计算机组成结构，熟悉IBMPC/AT机和32位PC机主机结构，掌握总线、地址总线、数据总线和控制总线的含义。
理解计算机层次结构及其特点，掌握汇编语言的特点、软硬件等价性原理、软件兼容（系列机、兼容机）的思想。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
8
本章内容属于概述性质，需要大家了解基本概念。
这些概念在后续章节将逐渐展开，那时才让大家熟悉直至掌握。
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
1.1简答题（1、2、8、9、10）
1.2判断题（1、3、5、7、10）
1.3填空题（2、3、4、5、6）
1.51.71.81.101.14
第2章处理器结构
（一）本章学习目标
本章以8位CPU、16位8086、32位80386和Pentium为例展开处理器功能结构，重点学习IA-32处理器通用指令执行环境中的通用整数寄存器、存储器组织和数据寻址方式，并熟悉汇编语言的语句格式、程序框架和开发方法。
（二）本章学习重点和考试要求
了解处理器的基本结构，理解可编程、通用、专用寄存器的概念。
了解8086、80386和Pentium处理器的结构，理解指令队列、指令预取的概念。
掌握IA-32常用寄存器的名称和作用。
理解标志的作用，掌握状态标志CF、OF、ZF、SF、PF的意义和判断。
熟悉指令指针EIP和段寄存器的作用。
理解IA-32的存储器模型和工作方式，掌握基本段、逻辑地址和物理地址的概念，掌握逻辑地址转换为物理地址的方法。
掌握汇编语言的两种语句格式和正确书写（标号与名字、分隔符），熟悉汇编语言的源程序格式，理解段的简化定义、程序开始执行、执行结束、结束汇编、子程序库的意义。
熟悉汇编语言程序的开发过程，掌握其开发方法，理解汇编、连接、列表文件的作用。
掌握立即数、寄存器、存储器的数据寻址概念，区别直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、变址寻址、带比例寻址，并掌握它们的书写形式。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
8
对汇编语言部分的掌握，需要有上机编程的实践环节。
学生应按照上机任务部分（参见本指导书后面）的要求完成基本的上机编程要求，同时争取多进行编程实践；因为只有通过实际编程才能发现程序设计中的许多问题。
请你不要直接拷贝源程序代码，在你将一条一条语句的录入编辑过程中，就是书写正确语句、加深语句理解的绝好机会。
寻址方式学习思路操作数可以存在什么地方？
操作数存在于指令代码中、处理器内部寄存器中、主存中
存储器寻址时，段地址在默认的或段超越前缀指令指定的段寄存器中
有多种获得偏移地址的方法，分成多种寻址方式
有效地址直接给出，存在寄存器中，两部分的和（寄存器和位移量），两部分的和（基址寄存器和变址寄存器）、三部分的和（基址寄存器、变址寄存器和位移量）
区别各种寻址方式时，注意各自的特点
汇编语句中的其他形式，需要理解相应操作符才能做出正确判断
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
2.1简答题（2、5、6、7、9）
2.2判断题（3、5、6、7、9）
2.3填空题（1、3、4、5、7）
2.62.82.92.122.132.16
第3章数据处理
（一）本章学习目标
本章以数据在计算机中的表示介绍数制、数值编码和字符编码、以数据在汇编语言中的表达熟悉常量定义、变量应用以及常用伪指令，以数据在处理器中的处理展开IA-32处理器数据传送和算术逻辑运算等基本指令，并通过示例程序掌握指令功能和编程应用。
（二）本章学习重点和考试要求
掌握二进制、十六进制及其与十进制相互转换。
理解定点整数及无符号数、有符号数（补码）的概念和表达，掌握求补运算。
熟悉BCD（压缩BCD和非压缩BCD）、ASCII码及其编码规律。
掌握汇编语言各种常量表达方法，理解字符、字符串的实质。
掌握变量定义（BYTE、WORD、DWORD和QWORD）的方法（包括?
和DUP操作符），理解字节、字、双字和4字类型，以及变量存储形式（包括多字节数据的小端、大端存储方式），熟悉变量的地址和类型属性，掌握常用地址（[]、$、OFFSET）和类型操作符（PTR、LENGTHOF、SIZEOF）的使用。
掌握基本指令的功能及其应用：
MOV，XCHG，PUSH，POP，加法指令，减法指令，逻辑运算指令，移位指令。
熟悉常见指令的功能：
XLAT，LEA，MUL，IMUL，DIV，IDIV，MOVZX，MOVSX。
理解常见语法错误、空操作指令NOP、堆栈操作、加减和逻辑运算指令对状态标志的影响、零位扩展和符号扩展的意义。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
14
本章是汇编语言部分的重点，因为常量表达、变量表达、处理器指令构成了汇编语言的基本语句。
虽然指令很多，但注意重点掌握基本指令。
这些指令是处理器指令系统的核心指令，也是后续章节主要使用的指令。
指令的学习过程中，大家应该如下4个方面：
①指令的功能——该指令能够实现何种操作。
通常指令助记符就是指令功能的英文单词或其缩写形式。
②指令支持的寻址方式——该指令中的操作数可以采用何种寻址方式。
③指令对标志的影响——该指令执行后是否对各个标志位有影响，以及如何影响。
④其他方面——该指令其他需要特别注意的地方，如指令执行时的约定设置、必须预置的参数、隐含使用的寄存器等。
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
3.1简答题（1、2、3、8、9）
3.2判断题（2、4、6、8、9）
3.3填空题（2、3、5、6、8）
3.73.103.123.143.153.203.233.30
第4章汇编语言程序设计
（一）本章学习目标
本章以程序结构为主线，先掌握基本的控制转移指令，然后引出分支程序结构、循环程序结构和子程序结构，同时结合数码转换、字符串处理、键盘输入和显示输出等大量示例程序，掌握汇编语言程序设计方法。
（二）本章学习重点和考试要求
理解目标地址的转移范围（短转移SHORT、段内近转移NEAR和段间远转移FAR）和寻址方式（相对寻址、直接寻址、间接寻址），掌握无条件转移指令JMP。
掌握条件转移指令Jcc的功能和正确应用，理解条件和状态标志的关系，明确无符号和有符号数据大小的比较问题。
理解汇编语言的单分支、双分支结构，掌握其编程。
掌握循环指令LOOP、JECXZ的功能和应用，理解计数控制循环和条件控制循环结构，掌握其编程。
掌握子程序指令CALL、RET的功能和应用，理解利用堆栈实现返回的方法，掌握过程调用伪指令PROC/ENDP及子程序编程。
熟悉子程序设计过程中，寄存器保护、堆栈平衡、参数传递等常见问题，掌握寄存器传递参数的编程，熟悉共享变量和堆栈传递参数的方法。
了解子程序模块（PUBLIC、PRIVATE）、子程序库、库文件包含（INCLUDELIB）、宏汇编（MACRO/ENDM）、源文件包含（INCLUDE）的作用。
熟悉常见编程问题：
数组运算，大小写转换，奇偶校验；字符或数据个数统计，求最小值、最大值；二进制、十六进制数据相互转换，二进制、十六进制数据的键盘输入和显示输出（利用字符串输入和显示功能编程实现）。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
12
提醒大家注意通过阅读、记忆常见编程问题的汇编语言程序片断，复习前一章的核心内容，并掌握汇编语言的程序设计。
利用汇编语言进行程序设计的方法，与采用高级语言类似，如下是程序设计的一般步骤：
①分析题意，确定算法；②根据算法，画出程序流程图；③参照流程图，编写源程序；④编辑源程序文件，汇编连接生成可执行程序；⑤运行程序。
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
4.1简答题（1、2、3、4、7）
4.2判断题（2、3、4、6、8）
4.3填空题（2、3、5、7、9）
4.64.84.114.124.134.224.254.29
第5章微机总线
（一）本章学习目标
本章展开微型机总线结构，介绍总线类型、数据传输、信号时序等总线基本技术，以16位8086和32位Pentium为例学习处理器引脚信号和操作时序，以16位ISA、32位PCI和USB总线为例，学习系统总线和外设总线。
（二）本章学习重点和考试要求
理解单向和双向总线、并行和串行总线、芯片总线、内总线（系统总线）、外总线的概念。
理解总线特点，以及总线操作、总线仲裁、同步方式、传输类型、总线性能概念。
掌握总线带宽的计算方法。
从信号功能、信号流向、有效方式、三态能力等方面，掌握8086的地址数据引脚和读写控制引脚，了解中断请求和响应、总线请求和响应、复位信号的作用，理解信号的分时复用、4种基本总线操作。
掌握指令周期、总线周期、时钟周期、T状态的概念。
熟悉8086的写总线周期和读总线周期时序，掌握各个T状态的操作特点，理解就绪引脚和等待状态的作用。
熟悉Pentium处理器的数据、地址和读写控制信号以及基本总线周期和猝发读总线周期。
了解PC机总线发展，ISA总线、PCI总线和USB总线的特点。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
8
本章概念较多，应在理解的基础上逐渐熟悉和掌握。
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
5.1简答题（1、3、4、5、7）
5.2判断题（2、3、4、6、7）
5.3填空题（2、3、4、5、10）
5.45.55.65.85.105.11
第6章存储系统
（一）本章学习目标
本章以存储层次结构中的主存储器为主体，学习各种半导体存储器的类型、特点、地址译码，介绍Cache的工作原理、存储管理的分段和分页机制。
（二）本章学习重点和考试要求
理解存储系统的层次结构，掌握存储容量、存取速度和局部性原理。
熟悉读写存储器芯片的主要类型和各自特点，掌握SRAM的存储结构和引脚，理解DRAM的引脚特点和刷新方法。
熟悉只读存储器芯片的主要类型和各自特点。
理解地址译码、门电路译码和138译码器，掌握地址译码和地址范围之间的关系，熟悉全译码和部分译码的特点。
了解8086和Pentium存储结构，掌握地址对齐的概念和作用。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
8
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
6.1简答题（1、2、6、7、8）
6.2判断题（1、2、5、6、8）
6.3填空题（3、4、5、6、7）
6.56.66.86.9
第7章输入输出接口
（一）本章学习目标
本章在熟悉I/O接口的特点、编址和指令基础上，结合I/O接口电路展开微型机与外设进行无条件传送、查询传送、中断传送和DMA传送的原理，并详细介绍了处理器的中断机制和编程方法。
（二）本章学习重点和考试要求
从内部结构的3类寄存器、外部特性的两侧信号、基本功能的数据缓冲和信号变换、可编程性方面，理解I/O接口典型结构特点。
掌握I/O端口的两种编址方式及特点。
掌握IA-32处理器的输入输出指令功能及应用，理解I/O保护（I/O敏感指令）的意义。
理解DOS平台的汇编语言编程特点。
熟悉无条件传送方式，掌握开关输入、LED输出的电路和编程，理解I/O地址的读写特点。
掌握查询传送方式的特点和编程。
熟悉中断传送的工作过程，理解中断类型、中断请求和响应、关中断和开中断、断点保护、现场保护和恢复、中断服务、中断源识别（中断向量、查询识别）、中断优先权排队、中断嵌套等概念。
熟悉IA-32处理器主要中断类型（除法错异常、溢出异常、非屏蔽中断、可屏蔽中断及其响应控制），理解IA-32处理器的中断响应过程、中断向量表（中断描述符表）的作用和结构。
理解DMA传送方式的特点和过程。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
12
本章和下一章是本课程的有一个重点章节，引出输入输出接口的诸多原理。
由于概念较多，再次提醒大家应在理解的基础上逐渐熟悉和掌握。
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
7.1简答题（1、2、3、8、10）
7.2判断题（4、5、6、7、8）
7.3填空题（2、3、6、7、9）
7.77.87.97.127.147.18
第8章常用接口技术
（一）本章学习目标
本章综合已学知识、以应用为目的，熟悉定时控制、并行接口的基本原理，掌握扬声器控制、打印机连接、键盘输入、数码管显示的常用接口技术。
（二）本章学习重点和考试要求
掌握8253内部结构特点和引脚功能，掌握8253的6种工作方式、编程和应用。
熟悉8255的结构特点和引脚功能，掌握8255的方式0和方式1，理解其异步传输时序，掌握8255的编程及应用（写入方式控制字、读写数据端口、读写端口C，与打印机接口）。
熟悉简易键盘的矩阵结构，了解其扫描和抖动问题。
熟悉LED数码管的显示原理。
（三）本章学习指导
本章学习课时：
10
本章是接口技术的应用，综合使用了前一章和汇编语言程序设计的知识。
（四）本章练习题
说明：
如下练习题均来自本课程配套教材，这里仅给出题号，请对照教材练习。
8.1简答题（2、3、4）
8.2判断题（2、3、5）
8.3填空题（1、2、5）
8.68.108.118.12
“微机原理及接口技术”上机任务
“微机原理及接口技术”是一门实践性很强的课程。
实践内容主要包含两方面：
汇编语言程序设计的软件上机和I/O接口应用的硬件实验。
本上机任务以普通32位PC机为唯一硬件条件，以汇编语言贯穿始终，即使是有关I/O接口也安排有通过PC机编程实验的实践内容。
教材从构建开发环境开始就可以安排上机实践的任务，随着课堂教学的展开，逐渐进行开发环境的熟悉、MASM开发方法的练习、开发过程的熟练掌握、库文件开发以及小型项目的组织，并随着微机接口软件编程或硬件实验进行应用，直到最后结束。
上机任务所述的习题和例题均来自本课程配套教材，习题例题的详细内容请参看教材。
上机任务1数据寻址
①熟悉进入和退出32位控制台和16位DOS环境的方法。
②创建MASM目录、复制开发软件，生成进入开发环境的快捷方式。
③熟悉汇编语言的开发过程，实现教材例题2-1程序。
④掌握数据寻址方式，上机实现教材中的例题2-2程序。
上机任务2数据表达
熟悉汇编语言中的数据表达、变量定义和属性，验证教材例题3-1、例题3-3、例题3-5程序，实现习题3.14程序。
上机任务3数据处理
①掌握常用传送和运算指令，验证例题3-9和例题3-12程序。
②首先判断习题3.20每条指令执行后EAX的数值和相关标志状态，写出结果。
然后将其编辑成为一个完整的汇编语言源程序，汇编连接、生成可执行文件。
可以利用本书配套的I/O子程序库，在每条指令之后，调用其中的DISPRF（先调用）和DISPHD，显示6个状态标志位和EAX内容，并核对事先判断的结果。
上机任务4位操作
①掌握位操作类指令的应用，验证例题3-14程序，实现习题3.28程序。
②理解串操作指令，验证例题3-16程序。
上机任务5分支程序设计
①掌握转移指令和分支程序结构。
验证例题4-3程序，实现习题4.5程序。
②验证例题4-7程序，实现习题4.11程序。
上机任务6循环程序设计
①掌握循环指令和循环程序结构。
验证例题4-12程序，实现习题4.13程序。
②验证例题4-10程序。
实现如下程序：
进行自然数相加（1＋2＋3＋……＋N）；如果（无符号整数的）累加和用一个32位寄存器存储，求出有效累加和的最大值及N的界限。
上机任务7子程序设计
①掌握子程序指令和子程序结构。
验证例题4-15程序，实现习题4.29程序。
②熟悉子程序的参数传递和子程序库方法。
验证例题4-18程序，然后分别使用子程序模块、子程序库和子程序库包含方法生成最终可执行文件。
上机任务8DOS应用程序
掌握16位DOS应用程序的编写。
验证例题7-1和例题7-2程序，实现习题7.22程序。
上机任务9中断服务程序
熟悉IA-32处理器实地址方式的中断工作原理以及中断服务程序的编写，验证例题7-6程序。
在例题7-6基础上，现要求每隔一次中断才显示信息，并显示出当前中断的次数。
上机任务10简易乐器程序
掌握定时器8253/8254的编程和应用。
在MS-DOS环境验证例题8-1程序，并按照习题8.7要求编写一个简易乐器程序。
考试模拟题
一、单项选择题（10分）
1.微机系统中各个功能部件通过__________相互连接。
A处理器B存储器C系统总线DI/O接口
2.堆栈的操作原则是_____________。
A循环B先进先出C后进后出D后进先出
3.微机中每个存储单元具有一个地址，其中存放一个__________量。
A比特（1位）B字节（8位）C字（16位）D双字（32位）
4.MASM中，下列符号作为标识符中_____________是不合语法的。
AWANGBMOVCF8DAB3
5.8253计数器引脚OUT的作用是__________。
A指示计数过程结束B启动计数过程
C控制计数过程D输入时钟信号
二、对错判断题（10分）
1.总线具有共用的特点，某一时刻可由多个总线主控设备来控制总线。
（）
2.读取SRAM某个存储单元的内容后，该存储单元的内容就为空。
（）
3.DRAM必须定时刷新，否则所存信息就会丢失。
（）
4.处理器并不直接连接外设，而是通过I/O接口电路与外设连接。
（）
5.DMA传送时，交换的数据要进入DMA控制器。
（）
三、填空题（10分）
1.DMA的意思是___________，主要用于高速外设和主存间的数据传送。
2.存储结构为8K×8位的EPROM芯片2764，共有__________个地址引脚。
用它组成64KB的ROM存储区共需__________片芯片。
3.IA-32处理器执行指令IN是将数据从___________传输到__________。
四、问答题（30分）
1.写出IA-32处理器8个32位通用寄存器的名称、8086处理器支持的8个16位通用寄存器名称、以及其中4个寄存器又可分成的8个8位通用寄存器的名称。
2.说明标志ZF的含义，何时为0，何时为1？
3.处理器有哪4种最基本的总线操作（周期）？
处理器8086有3个基本读写引脚：
M/IO*、WR*和RD*（其中*号表示低电平有效），说明它们在进行这4种基本总线操作时的高低电平状态。
4.解释中断概念：
中断识别、中断优先权、中断嵌套。
5.简述高性能存储系统的层次结构及各层存储部件的特点。
五、程序阅读题（20分）
1.下段程序执行后，EAX＝______________，EBX＝______________
moveax,1357ah
addeax,10h
subebx,ebx
2.如下程序段将EAX和EBX中有符号数的较大值存放在DMAX变量中，请补充完整：
cmpeax,ebx
___________next
_________________
next:
movdmax,eax
六、程序设计题（20分）
1.数据段保存有如下字符串：
stringbyte'Donotgiveup!
',0;以0结尾的字符串
请在代码段，编写统计字符串中字符个数的程序片断（不包括结尾标志0）。
2.设8253计数器0工作于方式0，只需用8位二进制计数，其计数值为50。
假设该8253芯片计数器0～3以及控制字I/O地址依次为90H～93H。
编写它的初始化程序段。
“微机原理及接口技术”练习题参考解答
第1章微型计算机系统概述
1.1简答题（1、2、8、9、10）
①处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。
②总线信号分成三组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。
⑧MASM是微软开发的宏汇编程序。
⑨指令的处理过程。
处理器的“取指—译码—执行周期”是指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。
⑩机器语言层，即指令集结构。
1.2判断题（1、3、5、7、10）
①错③对⑤对⑦错⑩错
1.3填空题（2、3、4、5、6）
②1MB，4GB
③216，64KB
④EXE，COM
⑤InstructionSetArchitecture
⑥目录
1.5
通用微处理器：
适合较广的应用领域的微处理器，例如装在PC机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。
单片机：
是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。
DSP芯片：
称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。
嵌入式系统：
利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统。
1.7
助记符：
人们采用便于记忆、并能描述指令功能的符号来表示机器指令操作码，该符号称为指令助记符。
汇编语言：
用助记符表示的指令以及使用它们编写程序的规则就形成汇编语言。
汇编语言程序：
用汇编语言书写的程序就是汇编语言程序，或称汇编语言源程序。
汇编程序：
汇编语言源程序要翻
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