微机原理基本输入输出接口
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微机原理及接口技术实验一、实验目的本实验旨在通过学习微机原理和接口技术,了解和掌握微机系统的基本原理和接口技术的应用,培养学生对微机系统的认识和实践操作能力。
二、实验内容1. 微型计算机系统设计与搭建2. 微机输入输出接口技术应用实验3. 微机总线技术应用实验4. 微机存储器技术应用实验5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验三、实验原理1. 微型计算机系统设计与搭建微型计算机主要由中央处理器、存储器、输入输出设备和总线组成。
本实验通过选择适当的芯片、电路连接和控制程序设计,实现一个基本的微型计算机系统。
2. 微机输入输出接口技术应用实验输入输出是微型计算机的重要组成部分,通过实验学习各种输入输出接口的原理和使用方法,并进行实际应用。
3. 微机总线技术应用实验总线是微型计算机各个部件之间传送数据和控制信息的公共通信路径。
通过实验学习总线的分类、结构和时序要求,掌握总线的实际应用。
4. 微机存储器技术应用实验存储器是微型计算机中存储数据和程序的重要设备。
通过实验学习不同类型存储器的原理和应用,掌握存储器的选择和使用。
5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验中断和直接存储器访问(DMA)是微型计算机连接外部设备的重要技术。
通过实验学习中断和DMA的工作原理,掌握中断和DMA的应用方法。
四、实验步骤1. 根据实验要求,设计并搭建微型计算机系统;2. 连接输入输出设备,并编写控制程序;3. 进行输入输出接口技术应用实验,如串行通信、并行通信等;4. 进行总线技术应用实验,如总线传输数据测试等;5. 进行存储器技术应用实验,如读写存储器数据等;6. 进行中断和DMA技术应用实验,如中断服务程序编写等;7. 完成相关实验报告并进行总结。
五、实验设备和材料1. 微型计算机实验箱、电源适配器;2. 8051单片机、存储器芯片、输入输出芯片,如74HC164等;3. LED数码管、LCD液晶显示器、键盘、计算器等输入输出设备;4. 可编程芯片编程器、逻辑分析仪等实验设备。
2. 什么是机器码?什么是真值?解:把符号数值化的数码称为机器数或机器码,原来的数值叫做机器数的真值。
3. 8位和16位二进制数的原码 、补码和反码可表示的数的范围分别是多少? 解:原码(-127~+127)、(-32767~+32767)补码 (-128~+127)、(-32768~+32767) 反码(-127~+127)、(-32767~+32767)4.一般来说,其内部基本结构大都由 算数逻辑单元、控制单元、寄存器阵列、总线和总线缓冲器 四个部分组成。
高性能微处理器内部还有指令预取部件、地址形成部件、指令译码部件和存储器管理部件等。
二 1.总线接口单元BIU (Bus Interface Unit )包括段寄存器、指令指针寄存器、20位地址加法寄存器和先入先出的指令队列、总线控制逻辑。
负责与存储器、I/O 设备传送数据,即BIU 管理在存储器中获取程序和数据的实际处理过程。
20位地址加法器将16位段地址和16位偏移量相加,产生20位物理地址。
总线控制逻辑产生总线控制信号对存贮器和I/O 端口进行控制。
IP 指针由BIU 自动修改,平时IP 内存储下条要取指令的偏移地址;遇到跳转指令后,8086将IP 压栈,并调整其内容为下条要执行指令地址。
2.执行单元EU (Execution Unit )包括ALU 、状态标志寄存器、通用寄存器、暂存器、队列控制逻辑与时序控制逻辑等。
负责指令的执行。
将指令译码并利用内部的ALU 和寄存器对其进行所需的处理。
3.EU 和BIU 的动作管理—流水线技术原则控制器运算器 寄存器输入/输出接口存储器 CPU主机外部设备应用软件系统软件微型机软件微型机系统 微型机硬件(1)每当8086的指令队列中有2个空字节且EU 未向BIU 申请读写存储器操作时,BIU 就会自动把指令取到指令队列中。
(2)每当EU 要执行一条指令时,它会先从BIU 的指令队列前部取出指令代码,然后执行指令。
微机原理及接口技术一、前言随着信息时代的到来,计算机技术的不断发展,微机技术已经得到了广泛的应用和发展。
微机原理及接口技术作为微机技术的重要基础,对于了解微机的结构和工作原理,以及实现微机与外部设备的通信具有十分重要的意义。
本文将围绕着微机的结构、工作原理以及微机与外部设备的接口技术进行详细的介绍和分析。
二、微机的结构微机是由中央处理器(CPU)、内存(MEM)、输入/输出(I/O)接口电路、总线(BUS)等部分组成的。
CPU是微机的核心部分,它能对数据进行处理、控制微机的运作;内存是储存数据和指令的地方,CPU可以直接对内存进行读取和写入操作;I/O接口电路是微机与外部设备之间进行数据交换的桥梁;总线则是将CPU、内存和I/O接口电路连接在一起,并传递数据和控制信息。
三、微机的工作原理微机的工作过程主要由指令执行和数据存取两个部分组成。
当CPU需要执行下一条指令时,会从内存中读取这条指令,然后进行解析并执行相应的操作。
当CPU需要访问数据时,会从内存中读取数据,并将数据写入内存中。
而CPU与输入/输出设备之间的通信也是通过I/O接口电路完成的。
CPU可以根据需要对内存进行读写操作,这是因为内存与CPU的速度非常接近,对内存的操作是非常快速的。
而CPU与外设之间通过I/O接口电路进行通信,则是因为I/O接口电路需要实现对不同类型的设备接口进行适配,对设备的操作速度也受到限制。
四、微机的接口技术为了实现微机与外部设备的通信,需要通过不同的接口技术来实现对不同类型设备的连接。
常用的接口技术有串行接口(Serial Interface)、并行接口(Parallel Interface)、通用串行总线(USB)、蓝牙接口(Bluetooth Interface)等。
其中,USB接口已经成为目前最为普遍的接口技术之一。
串行接口技术和并行接口技术是早期应用比较广泛的接口技术,它们的主要区别在于对数据的传输方式不同。
微机原理及接口技术知识点总结微机原理和接口技术是计算机科学与技术专业中非常重要的一门课程,主要涉及到计算机的基本构造、工作原理和外部接口的设计与应用。
下面将对微机原理和接口技术的知识点进行总结,包括计算机的基本构成、计算机的工作原理、外部接口的设计与应用方面的内容。
一、计算机的基本构成1.主机和外部设备:计算机由CPU、内存、I/O设备组成。
外部设备包括输入设备(如键盘、鼠标)、输出设备(如显示器、打印机)和存储设备(如硬盘、光盘)等。
2.总线系统:计算机的内部通信系统,用于传输数据、地址和控制信号。
3.存储器:包括主存储器(RAM)和辅助存储器(硬盘、光盘等),主要用于存储指令和数据。
4.CPU:计算机的核心部件,包括控制单元和算术逻辑单元,负责执行指令和进行数据处理。
二、计算机的工作原理1.运行过程:计算机的运行过程分为取指令、译码、执行和访存四个阶段,其中取指令和访存是主存和CPU之间的数据交换,译码和执行是CPU对指令的操作过程。
2.指令周期:指令在计算机中的执行单位。
包括取指令周期、译码周期、执行周期和访存周期。
3.指令集结构:计算机支持的指令集合,分为精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
4.中断和异常处理:当计算机发生中断事件(如外部设备请求)或异常情况(如除零错误)时,会中断当前指令的执行,并跳转到相应的中断处理程序或异常处理程序。
三、外部接口的设计与应用1.并行接口:通过多根信号线同时传输数据和控制信号,如并行打印接口(LPT)和辅助存储器接口(IDE)等。
2.串行接口:通过单根信号线逐位传输数据和控制信号,如串行通信接口(COM)和USB接口等。
3.总线接口:用于连接主机和外部设备之间的数据传输,如PCI总线和USB总线等。
4.DMA控制器:直接内存存取控制器,用于实现主存和外设之间的数据直接传输,减轻CPU的负担。
5.中断控制器:用于管理和处理外设的中断信号,实现中断的优先级和响应。
实验一:输入输出实验实验环境PC机+Win 2010+emu8086 实验日期2016.6.3 一.实验内容1.熟悉emu8086仿真系统,清楚调试环境,能熟练的查看8086仿真系统的寄存器、内存、堆栈等相关内容。
2.设计并单步调试实现一位十进制数的加法运算。
例如:屏幕显示效果为3+2=5,其中,加数和被加数为键盘输入,其他为屏幕自动输出。
3.在实现了一位十进制数加法运算的基础上,尝试实现两位十进制加法运算、一位十进制数的四则运算以及十进制多位数运算等扩展要求。
二.理论分析或算法分析1、Emu8086的使用(1)打开桌面上的云端软件,选择微机原理分类,点击Emu8086的图标,,选择【新建】。
(2)选择COM模板,点击【确定】,软件出现源代码编辑器的界面在源代码编辑器的空白区域,编写如下一段小程序:代码编写结束,点击菜单【文件】【另存为……】,将源代码换名保存。
本例将源代码保存为.asm。
:(3)如果源程序无错误,则编译通过单击【单步运行】可以单步调试,程序将每执行一条指令便产生一次中断(建议使用)。
单击【后退一步】可以返回到上一条指令(这个功能也是一般调试器没有的)。
单击【运行】,程序将从第一句直接运行到最后一句。
2、设计并单步调试实现一位十进制数的加法运算。
(1)选择新建一个.COM类型的文件。
(2)在编辑界面中,键入代码。
(3)点击工具栏的【模拟】按钮,进入调试窗口,单步调试并观察寄存器的变化情况。
3、进一步完善上述程序,实现一位十进制数的加法运算。
4、在实现了一位十进制数加法运算的基础上,选择完成如下题目:两位十进制加法运算、一位十进制数的四则运算、十进制多位数运算等。
三.实现方法(含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等)一位加法:org 100hmov ah, 1int 21hmov bl, al mov ah, 2 mov dl, '+' int 21hmov ah, 1int 21hand bl, 0fh and ax, 0fh add al, bl aaaor ax, 3030h mov bx, ax mov ah, 2 mov dl, '=' int 21h cmp bh, 30hje j1mov ah, 2 mov dl, bhint 21hj1:mov ah, 2 mov dl, blint 21hret 多位加法:org 100hmov ah, 1int 21hmov bh, al int 21hmov bl, al mov ah, 2mov dl, '+'int 21hmov ah, 1int 21hmov ch, al int 21hmov cl, aland bx, 0f0fh and cx, 0f0fh mov ax, cxadd ax, bxaaaor ax, 3030h mov bx, ax mov ah, 2mov dl, '='int 21h cmp bh, 30hje j1mov ah, 2mov dl, bhint 21hj1:mov ah, 2mov dl, blint 21hret一位减、乘、除:mov ah, 1int 21hand al, 0fhmov bl, al mov ah, 1int 21hmov dl, alint 21hand al, 0fhxor ah, ahcmp dl, '+'jne jp1add al, blaaajmp short jp4jp1:cmp dl, '-'jne jp2xchg al, blsub al, blaasjmp short jp4jp2:cmp dl, '*'jne jp3mul blaamjmp short jp4jp3:xchg al, bldiv blaam jp4:mov bx, axmov ah, 2mov dl, '='int 21hor bx, 3030h cmp bh, '1'jc j1mov dl, bhint 21hj1:mov dl, blint 21h四.实验结果分析(含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等)一位数加法:多位数加法:一位数减、乘、除法五.结论通过这次实验,我对EMU8086实验模拟环境有相应的了解,熟悉了基本的EMU8086的使用方法,同时也对mov这个指令有了深入的理解,并且知道了各个存储器里面的值得存储过程,为以后的的学习打下了坚实的基础。
西北工业大学明德学院实验报告实验项目微机原理及应用班级 121204姓名田家豪王辰硕学号 ****** ******指导老师伍明高时间 2015-4-14实验题目基本I/O接口电路设计实验实验目的(1) 掌握基本I/O接口电路的设计方法。
(2) 熟练汇编语言I/O端口操作指令的使用。
实验内容利用三态缓冲器74LS245、锁存器74LS374设计微机总线和外部设备的数据通道,实现微机对外部输入数据的读取和对输出数据的输出。
用开关及LED显示单元的开关和数据灯作为输入和输出显示设备,将读到开关的数据显示在数据灯上。
实验原理1.输入接口设计输入接口一般用三态缓冲器实现,外部设备输入数据通过三态缓冲器,通过数据总线传送给微机系统。
74LS245是一种8通道双向的三态缓冲器。
DIR引脚控制缓冲器数据方向,DIR为1表示数据由A[7:0]至B[7:0],DIR为0表示数据由B[7:0]至A[7:0]。
G引脚为缓冲器的片选信号,低电平有效。
2.输出接口设计输出接口一般用锁存器实现,从总线送出的数据可以暂存在锁存器中。
74LS374是一种8通道上沿触发锁存器。
D[7:0]为输入数据线,Q[7:0]为输出数据线。
CLK引脚为锁存控制信号,上升沿有效。
当上升沿到时,输出数据线锁存输入数据线上的数据。
OE引脚为锁存器的片选信号,低电平有效。
3.输入输出接口设计用74LS245和74LS374可以组成一个输入输出接口电路,既实现数据的输入又实现数据的输出,输入输出可以占用同一个端口。
是输入还是输出用总线读写信号来区分。
总线读信号IOR 和片选信号CS相“或”来控制输入接口74LS245的使能信号G。
总线写信号IOW和片选信号CS 相“或”来控制输出接口74LS374的锁存信号CLK。
实验系统中基本输入输出单元就实现了两组这种的电路。
实验说明及步骤本实验实现的是将开关K[7:0]的数据通过输入数据通道读入CPU的寄存器,然后再通过输出数据通道将该数据输出到数据灯显示,该程序循环运行,直到按动键盘上任意按键再退出程序。
微机原理与接口技术一、微机原理1.1. 微机的概念与发展微机是现代计算机的一种,通常包括中央处理器、存储器、输入/输出设备等部分,以及操作系统、应用软件等方面。
它是一种小型化的,具有高度自主、灵活性和可扩展性的计算机设备。
微机的发展源于计算机科学技术,始于19世纪60年代,经历了五十多年的演化发展,逐渐成为现代计算机的一个主要系列之一。
1.2. 微机的工作原理微机是一个高速度的计算机设备,它包括硬件和软件两个方面。
从硬件上看,微机包括中央处理器、内存、输入/输出设备等;软件方面主要包括操作系统和各种软件、程序。
微机的工作原理就是这两个方面的协同作用,首先通过输入设备将数据输入微机中,并与处理器和存储器进行交互,由操作系统控制各种资源,最后通过输出设备将结果反馈给使用者。
1.3. 微机的组成微机由中央处理器、存储器、输入/输出设备和操作系统等部分组成。
具体包括:中央处理器:是微型计算机最重要的组成部分,主要负责控制计算机运行、处理各种运算、指令执行等。
存储器:微机中的存储器由各种存储器构成,丰富的存储器可保证微计算机运行数据的高速存取、临时数据缓冲、预测等结果处理。
输入/输出设备:微机的输入设备主要包括键盘、鼠标等,输出设备主要包括显示器、打印机等。
操作系统:微机所使用的操作系统主要有Windows、Linux等,不同操作系统的功能、应用、兼容性也存在差别。
1.4. 微机的分类与应用微机根据不同的功能和应用可以分为不同的类别,如个人计算机(PC)、工作站、小型机、超级计算机等。
在应用方面,微机主要应用于办公、生产、控制、娱乐、医疗等广泛领域,其使用普及也是世界各地的各种行业、企业和机构。
二、接口技术2.1. 接口的定义与分类接口是指连接两个或多个系统、设备、技术等的一种机制,可以使它们之间进行数据传输和控制交互等。
接口按照数据传输的方向分为输入、输出或双向接口;按照数据传输的方式分为并行接口、串行接口等多种类型;按照物理连接方式,则分为USB、RS232、SCSI、IDE等种类。
微机原理与接口实验实验目的:通过实验,掌握微机系统原理和接口的基本知识,能够正确使用各种接口设备进行输入输出操作。
实验器材:8086微机系统、键盘、数码管、LED灯、示波器等。
实验一:键盘输入实验实验内容:1.连接键盘到8086微机系统。
2.编写汇编程序,实现用户输入字符,并在数码管上显示用户输入的字符。
3.将程序加载到存储器中,并运行程序,进行输入测试。
实验步骤:1.将键盘接口与8086微机系统相连接。
键盘的数据引脚接到8086微机系统的8位数据总线,键盘的控制引脚接到8086微机系统的地址总线和控制总线上。
2.编写汇编程序,初始化键盘接口并循环接收键盘输入的字符。
将键盘输入的字符加载到寄存器中,并将其数字值转换为对应的ASCII码值,再将其显示在数码管上。
3.将汇编程序加载到存储器中,并运行程序进行测试。
实验结果:通过实验,可以实现键盘输入功能,并能够在数码管上显示用户输入的字符。
实验二:LED灯输出实验实验内容:1.连接LED灯到8086微机系统。
2.编写汇编程序,实现控制LED灯的亮灭。
3.将程序加载到存储器中,并运行程序,观察LED灯的亮灭情况。
实验步骤:1.将LED灯接口与8086微机系统相连接。
LED灯的引脚接到8086微机系统的8位数据总线上。
2.编写汇编程序,初始化LED灯接口并循环控制LED灯的亮灭状态。
3.将汇编程序加载到存储器中,并运行程序观察LED灯的亮灭情况。
实验结果:通过实验,可以实现LED灯的亮灭控制,根据程序中的指令可以控制LED灯的闪烁频率和顺序。
实验三:外设输入输出实验实验内容:1.连接外设设备(如温湿度传感器等)到8086微机系统。
2.编写汇编程序,读取外设设备的输入信息,并控制外设设备的输出。
3.将程序加载到存储器中,并运行程序,观察外设设备的输入输出情况。
实验步骤:1.将外设设备接口与8086微机系统相连接。
外设设备的输入引脚接到8086微机系统的数据总线上,外设设备的输出引脚接到8086微机系统的控制总线上。
微机原理与接口技术总结第一章1、总线是计算机系统中互连各部件的一组公用信号线,负责在CPU与存贮器和输入输出设备之间传送地址、数据和控制信息,是计算机系统的神经中枢。
总线包括数据总线DB:双向,用来传递数据信息。
地址总线AB:单向,用于传送CPU发出的地址信息。
控制总线CB:用来传送CPU与存储器和I/O设备之间的读、写控制信号,时序信号和状态信号。
2、进位计数制十进制:数:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9权:10的幂。
逢十进一,借一当十(245.25)10=2×102 +4×101 +5×100 +2×10-1 +5×10-2二进制:数:0、1权:2的幂。
逢二进一,借一当二(1101.01)2 =1×23 +1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2 =(13.25)10十六进制:数:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F权:16的幂。
即逢十六进一,借一当十六(F5.4)16 =F×161+5×160 +4×16-1 =()103、进位计数制之间的转换第二章1、通用寄存器:存放数据或地址AX:累加器BX:基址寄存器CX:计数器DX:寄存器SI :源变址寄存器DI:目标变址寄存器BP:基址寄存器SP:堆栈指针2.段寄存器(16位):存放存储器逻辑段的起始地址CS:代码段寄存器DS:数据段寄存器SS:堆栈段寄存器ES:附加段寄存器3.标志寄存器(FR)运算结果标志:CF:最高位向前有进位(或借位)CF=1 PF:偶数个1 PF=1 AF:低四位向前有进位(或借位)AF=1ZF:结果为零ZF=1 SF:结果为负SF=1OF;结果溢出OF=1 控制标志:TF:单步标志IF:中断标志DF:方向标志5、实模式下,物理地址=段基址×16+偏移地址第三章指令系统一、数据类型类型所占位数字节8位字16位双字32位单字符8位(ASCII码)例:‘A’存储形式为01000001(65),‘a’为01100001(97)近指针32位远指针48位BCD码压缩BCD码;1字节存放两位BCD码例:25 存储形式为00100101非压缩BCD码:1字节存放一位BCD码(低4位)例:25存储形式为00000010 00000101二、寻址方式1、立即数方式:立即数位于操作码之后,存放在代码段中。