《微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課件》課件

《微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)》課件實(shí)驗(yàn)課程介紹理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合本課程將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，幫助學(xué)生理解微機(jī)原理并掌握實(shí)際操作技能。動(dòng)手操作為主課程以動(dòng)手操作為主，通過一系列實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)微機(jī)原理的理解。培養(yǎng)問題解決能力課程旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，提高分析和解決微機(jī)系統(tǒng)相關(guān)問題的能力。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)深入理解微機(jī)原理掌握微機(jī)系統(tǒng)組成、指令系統(tǒng)、匯編語言編程、中斷機(jī)制和I/O接口等關(guān)鍵概念。培養(yǎng)實(shí)踐操作能力通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，熟練掌握微機(jī)系統(tǒng)操作、匯編語言編程、調(diào)試程序等技能。提升問題解決能力面對(duì)實(shí)驗(yàn)中的問題，能夠獨(dú)立分析、解決問題，并最終完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)理解基本的邏輯門、組合電路和時(shí)序電路，為后續(xù)學(xué)習(xí)微機(jī)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)組成原理掌握計(jì)算機(jī)的硬件組成，包括CPU、內(nèi)存、輸入輸出設(shè)備、總線系統(tǒng)等，以及它們之間的相互作用。匯編語言基礎(chǔ)了解匯編語言的指令格式、尋址方式、數(shù)據(jù)操作指令、程序控制指令等，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)編程做準(zhǔn)備。微機(jī)系統(tǒng)組成微機(jī)系統(tǒng)由多個(gè)部件組成，它們協(xié)同工作完成各種任務(wù)。常見的微機(jī)系統(tǒng)組成部件包括：中央處理器(CPU)：負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。內(nèi)存(RAM)：存儲(chǔ)正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。輸入輸出設(shè)備(I/O)：負(fù)責(zé)與外部世界交互，包括鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等?？偩€系統(tǒng)：連接各個(gè)部件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號(hào)傳遞。微機(jī)中的CPU中央處理器(CPU)是微機(jī)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令、控制數(shù)據(jù)流、處理信息。CPU就像大腦，負(fù)責(zé)所有運(yùn)算和決策。CPU通常包含以下主要部分：運(yùn)算器：進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算控制器：控制指令執(zhí)行順序、數(shù)據(jù)傳輸寄存器組：暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令高速緩存：提高數(shù)據(jù)訪問速度微機(jī)中的內(nèi)存內(nèi)存是微機(jī)系統(tǒng)中用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的核心部件。內(nèi)存是一種高速、易失性存儲(chǔ)器，用于保存正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，可以被CPU直接訪問。內(nèi)存的容量通常以字節(jié)為單位，常用的單位有KB、MB、GB等。內(nèi)存的訪問速度非常快，可以達(dá)到納秒級(jí)。內(nèi)存通常由DRAM芯片組成，DRAM是一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。為了保證內(nèi)存的可靠性，在電源斷開時(shí)，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。微機(jī)中的輸入輸出設(shè)備鍵盤作為最常用的輸入設(shè)備，鍵盤將用戶按鍵轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)。鼠標(biāo)鼠標(biāo)作為一種指向設(shè)備，可以控制光標(biāo)并執(zhí)行各種操作。顯示器顯示器是計(jì)算機(jī)的主要輸出設(shè)備，將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果以圖形或文字形式呈現(xiàn)。打印機(jī)打印機(jī)將計(jì)算機(jī)中的信息以紙質(zhì)形式打印出來。微機(jī)總線系統(tǒng)微機(jī)總線系統(tǒng)是連接微機(jī)系統(tǒng)中各個(gè)部件的“橋梁”，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)、地址和控制信息的傳輸。它類似于公路，數(shù)據(jù)、地址和控制信息就像汽車，通過總線進(jìn)行傳輸，完成各個(gè)部件之間的通信。微機(jī)指令系統(tǒng)1指令集CPU執(zhí)行的特定指令集合。2操作碼指令的編碼，告訴CPU執(zhí)行什么操作。3操作數(shù)指令中涉及的數(shù)據(jù)，可以是寄存器、內(nèi)存地址或立即數(shù)。微機(jī)控制指令轉(zhuǎn)移指令改變程序執(zhí)行順序，跳轉(zhuǎn)到指定的地址，實(shí)現(xiàn)程序流程控制。中斷指令用于處理外部事件，暫停當(dāng)前程序執(zhí)行，并跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序。I/O指令用于與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)信息的輸入和輸出。匯編語言編程基礎(chǔ)指令集匯編語言是一種低級(jí)語言，直接與計(jì)算機(jī)硬件交互，使用指令集控制CPU的行為。符號(hào)地址匯編語言使用符號(hào)地址代替內(nèi)存地址，方便編程和調(diào)試。宏指令宏指令可以定義代碼片段，簡(jiǎn)化代碼編寫，提高程序效率。匯編語言指令格式操作碼指定指令執(zhí)行的操作，如加、減、乘、除等。操作數(shù)參與指令操作的數(shù)據(jù)或地址，可以是寄存器、內(nèi)存單元或立即數(shù)。寄存器訪問與傳送1寄存器概念寄存器是CPU內(nèi)部的高速存儲(chǔ)單元，用于存放運(yùn)算過程中需要頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令。2數(shù)據(jù)傳送指令MOV指令用于將數(shù)據(jù)從一個(gè)位置傳送到另一個(gè)位置，例如從內(nèi)存?zhèn)魉偷郊拇嫫?，或從一個(gè)寄存器傳送到另一個(gè)寄存器。3地址訪問LEA指令用于將內(nèi)存單元的地址傳送到寄存器，方便后續(xù)訪問內(nèi)存單元。數(shù)據(jù)移動(dòng)指令MOV將源操作數(shù)的值復(fù)制到目的操作數(shù)。LEA將操作數(shù)的地址加載到目的操作數(shù)。PUSH將操作數(shù)壓入堆棧。POP將堆棧頂部的值彈出到目的操作數(shù)。算數(shù)邏輯指令1加法指令執(zhí)行加法運(yùn)算2減法指令執(zhí)行減法運(yùn)算3乘法指令執(zhí)行乘法運(yùn)算4除法指令執(zhí)行除法運(yùn)算5邏輯運(yùn)算指令執(zhí)行邏輯運(yùn)算程序控制指令1跳轉(zhuǎn)指令改變程序執(zhí)行流程2條件跳轉(zhuǎn)指令根據(jù)條件改變程序執(zhí)行流程3調(diào)用指令調(diào)用子程序4返回指令從子程序返回中斷機(jī)制異步事件中斷是一種異步事件，可以隨時(shí)發(fā)生，打破程序正常執(zhí)行流程。高效處理中斷機(jī)制允許系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件，提高效率，例如鍵盤輸入、定時(shí)器溢出。程序跳轉(zhuǎn)發(fā)生中斷時(shí)，CPU會(huì)暫停當(dāng)前程序，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序，完成后再恢復(fù)執(zhí)行。中斷響應(yīng)流程1中斷發(fā)生當(dāng)某個(gè)設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU會(huì)暫停當(dāng)前程序的執(zhí)行，并開始處理中斷。2中斷識(shí)別CPU會(huì)根據(jù)中斷源的地址，找到對(duì)應(yīng)的中斷向量表，并讀取中斷服務(wù)程序的地址。3保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)CPU會(huì)將當(dāng)前程序的寄存器內(nèi)容保存到堆棧中，以便中斷處理完成后，能夠恢復(fù)到原來的執(zhí)行狀態(tài)。4跳轉(zhuǎn)執(zhí)行CPU會(huì)跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的地址，開始執(zhí)行中斷處理代碼。5中斷處理中斷服務(wù)程序會(huì)根據(jù)中斷類型，進(jìn)行相應(yīng)的處理，例如讀取設(shè)備數(shù)據(jù)，處理錯(cuò)誤信息等。6恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷處理完成后，CPU會(huì)從堆棧中恢復(fù)之前保存的寄存器內(nèi)容，并返回到原來的程序執(zhí)行狀態(tài)。中斷服務(wù)程序編寫1中斷向量表中斷服務(wù)程序的入口地址2中斷處理識(shí)別中斷類型，執(zhí)行相應(yīng)操作3中斷返回恢復(fù)中斷前的狀態(tài)，返回主程序DMA傳輸機(jī)制直接內(nèi)存訪問DMA允許設(shè)備直接訪問內(nèi)存，繞過CPU，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率。專用控制器DMA控制器負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)傳輸，包括地址生成、數(shù)據(jù)傳輸和錯(cuò)誤檢測(cè)。提高效率DMA傳輸釋放了CPU，使其能夠執(zhí)行其他任務(wù)，從而提高系統(tǒng)整體性能。DMA數(shù)據(jù)傳輸流程CPU發(fā)出DMA請(qǐng)求CPU將DMA請(qǐng)求發(fā)送給DMA控制器。DMA控制器接管總線DMA控制器從CPU獲取控制權(quán)，并控制數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸DMA控制器直接將數(shù)據(jù)從源設(shè)備傳輸?shù)侥繕?biāo)設(shè)備。DMA傳輸完成DMA控制器通知CPU傳輸完成，CPU恢復(fù)控制權(quán)。存儲(chǔ)器映射I/O內(nèi)存存儲(chǔ)器映射I/O中，I/O設(shè)備被映射到內(nèi)存地址空間，CPU通過內(nèi)存訪問指令訪問I/O設(shè)備。I/O端口I/O設(shè)備被分配了特定的地址，就像內(nèi)存單元一樣，方便CPU直接訪問。CPUCPU使用相同的指令集訪問內(nèi)存和I/O設(shè)備，簡(jiǎn)化了編程和硬件設(shè)計(jì)。端口式I/O端口地址每個(gè)端口都對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的地址，用于識(shí)別和訪問。數(shù)據(jù)傳送通過CPU指令將數(shù)據(jù)寫入或從端口讀取數(shù)據(jù)。控制邏輯端口包含控制邏輯，用于管理數(shù)據(jù)流和信號(hào)。8255編程實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜?255芯片的工作原理2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用8255芯片實(shí)現(xiàn)I/O端口控制3實(shí)驗(yàn)步驟編寫程序控制8255芯片8253編程實(shí)驗(yàn)1定時(shí)器定時(shí)/計(jì)數(shù)功能2中斷定時(shí)器中斷3計(jì)數(shù)外部事件計(jì)數(shù)8259編程實(shí)驗(yàn)1中斷控制器8259是可編程中斷控制器，用于管理多個(gè)中斷源2中斷優(yōu)先級(jí)8259支持可編程的中斷優(yōu)先級(jí)，保證重要中斷及時(shí)響應(yīng)3中斷向量8259為每個(gè)中斷源分配唯一的向量，引導(dǎo)CPU執(zhí)行對(duì)應(yīng)中斷服務(wù)程序4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)8259編程，編寫程序控制中斷源，實(shí)現(xiàn)不同的中斷處理邏輯串行通信實(shí)驗(yàn)1UART了解串行通信的基本原理和UART接口的編程2通信協(xié)議掌握常見串行通信協(xié)議，如RS-232和RS-4853實(shí)際應(yīng)用通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證串行通信在數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備控制中的應(yīng)用并行通