第一章 概述
1.接口的概念：1.协调信号；2.同步速度；3.提高效率；4.适应拓展
2.接口的功能：接口功能可归纳成5点：1.对外设发命令；2.获得外设工作状态；3.数据缓
冲4.信号转换；5.选择设备
3.接口的组成：接口由两部分组成
硬件：接口逻辑电路（可编程接口芯片）、端口地址译码电路、数据锁存/缓冲器（由触
发器/三态门组成的芯片）
软件：（上层，DOS和Win32两形式）应用程序（芯片初始化、数据交换（中断或DMA
服务）、交换生命期控制）；（对Win32形式还有下层）本地与PCI信号转换控制
4.接口与CPU交换数据的方式，在微机中，可归纳成3种：1）查询方式；2）中断方式；3）DMA方式。
5. 分析与设计接口的方法可归纳成2种： 两侧法：CPU——I/O设备 硬软结合：
（1）硬件设计：视I/O需要首选“可编程芯片”、译码芯片、锁存/缓冲芯片，附加组合逻辑电路(逻辑、GAL、FPGA/CPLD)
（2）软件设计：32位接口编程方式有4种 DOS下3种：（直接控制——高效难不易移植、DOS调用、BIOS调用——针对标准设备） Windows下1种：利用Win32的API调用编程。 6. 总线与接口标准
总线：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。
总线标准: 指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。
接口标准: 外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。 7. 总线与接口的区别?
1.总线标准具有公用性；接口标准大多是专用的。2. 总线往往以主板上的总线扩展槽形式提供使用；接口一般是以接口插座（头）形式提供使用。3.总线一般是并行传输；接口有并行传输，也有串行传输。4.总线定义的信号线多，而且齐全，有分离的控制线、数据线和地址线；接口的信号线少，而且不齐全，一般是控制线、数据线和地址线共用。 8. 为什么要采用总线技术?
面向总线的结构有如下优点: 1）便于采用模块结构设计;
2）标准总线可得到多个厂商的广泛支持; 3）模块结构便于扩充和升级; 4）便于故障诊断和维修; 5）降低了成本
9. 系统总线主要性能指标
（1）I/O地址空间0100H~03FFH
（2）24位地址线可直接寻址的内存空间为16MB （3）8/16位数据线
（4）引脚数：62+36=98线
（5）最大任意16位（bit） （6）最高时钟频率8MHz （7）最大传输率16MB/s （8）中断功能
（9）DMA通道功能
（10）开放式总线结构,允许多个CPU共享系统资源。
第二章 32位处理器的工作模式
1.主要内容
1）微处理器的工作模式是指微处理器对存储器的操作模式. 2）8086只有一种模式是实地址模式.简称实模式.
3）80286到Pentium增加了一种模式,即受保护的虚地址模式,简称保护模式.
4）在保护模式下,为兼容8086对存储器的实模式操作,又派生出了一种虚拟8086工作模式,简称V86模式.
5）32位微处理器有实模式,保护模式和V86模式3种. 2. 实模式的特点
① 存储器地址空间采用实地址,不支持虚拟存储器. ② 无保护机制,不支持存储保护功能. ③ 单任务执行,不支持多任务.
④ 存储器管理采用分段分段机制,支持段式管理;无分页机制,不支持页式管理. ⑤ 使用20位地址,支持1MB的内存空间地址。 3. 32位位微处理器在实模式下的状态
1）通用寄存器和标志寄存器都扩展到32位，在原16位基础上前面加E。数据寄存器可进行8位、16位和32位操作。
2）段寄存器仍为16位，但增加两个数据段寄存器FS和GS 3）增加三个控制寄存器CR0、CR2和CR3（无CR1）。 4）系统地址寄存器与80286类似。 系统表寄存器:
GDTR:全局描述表寄存器 LDTR:局部描述表寄存器 IDIR:中断描述表寄存器 TR:任务寄存器
功能：在保护模式下分别指出对应的描述表在存储器中的起始地址及占存储单元数。 4. 在进入实模式后,微处理器的状态如表2.1所示的相关寄存器的内容. 实模式下对段描述符的定义包括段基址、段界限和段属性3个域. ①代码段:
段基地址=段值×16 段界限=0FFFFH(64KB)
段属性:P=1,段总是存在的(实址) G=0,段界限以字节为单位
CPL=0,当前特权级为0(段的被访问特权) R=1,可读可执行
E=0,向上扩展,偏移值小于等于段界限
C=0,非一致代码段,访问特权与被访问特 权级恒等. ②其他段:
段基地址=段值×16 段界限=0FFFFH(64KB)
段属性:P=1,段总是存在的(实址) G=0,段界限以字节为单位
CPL=0,当前特权级为0 (段的被访问特权) R=1,可写可读
E=0,向上扩展,偏移值小于等于段界限
由于各个段的基址、界限和属性都是按上述固定的值由微处理器复位时设置好的,所以,实模式下不再要求用段描述符来说明各个段的具体属性. 5. 上电复位后微处理器的状态
6. 实模式下的存储器管理
1.由于实模式下CR0的PG=0,页式管理机构不工作,故只有段式管理.段式管理的逻辑地址采用段加偏移的方案来表示,在形式上它与16位微处理器的逻辑地址没有差别,所不同的是32位微处理器段的含义发生了变化,由原来单一的段基址变成了包括段基址.段界限和段属性的段描述符;段寄存器也扩展为段寄存器(可见部分)和段描述符高速缓存寄存器(不可见部分)两部分.
2.实模式下用户在程序中使用的地址是逻辑地址,而代码和数据存放在物理地址中,CPU运行程序时将逻辑地址转换物理地址.即
物理地址的形成:物理地址=段值×16+偏移量
7. 实模式下的存储器寻址范围
1.实模式的来源:实模式的来源于8086微处理器,它有20根地址线,可寻址空间220 B=1MB
如何去寻址或访问这个1MB的存储空间?这是微处理器所面临的问题.由于8086的寄存器为16位,只能寻址216 B=64KB,因此,实模式下存储寻址只能采用以最大长度64KB为一段的寻址方式.这个段值放在段寄存器中,表示每个段的首址或基址.偏移量表示存储单元离段首址的距离,偏移量放在偏移寄存器中.把段寄存器和偏移寄存器组合在一起进行寻址,用以指
定指令或数据在存储器中的位置. 8. 保护模式
保护模式是32位微处理器的本机模式,它是一种与实模式完全不同的工作模式.
保护模式的特点
①采用虚拟技术,支持虚拟存储器.
②采用保护措施,实现存储器内容的保护与隔离. ③采用分段与分页机制,实现虚拟存储器管理. ④基于虚拟机,支持多任务.
32位微处理器开机或复位时,处于实模式.如果要使微处理器进入保护模式,则可用软件的办法把控制存储器CR0的第0位PE置1来使微处理器从实模式转换到保护模式. 9. 虚拟存储器的概念
所谓保护是指在执行多任务操作时，对不同任务使用的虚拟存储器空间进行完全的隔离，保护每个任务顺利执行。
1.什么是虚拟存储器?
实际的物理存储器是由存储器芯片所组成的一个存储器实体,它的最大容量取决于地址总线的位数,20位地址线有1MB的空间,32位地址线可达4GB的空间.虚拟存储器是采用虚拟技术设计出来的一种比实际存储器容量大得多,而并非实际存在的存储器.
2.为什么要采用虚拟存储器?
一是成本问题:个人计算机的内存一般都不大,在几百BM到2GB,这对多任务系统来说是很有限,增加芯片成本高不可取.采用软件方法最为合适.
二是使用虚拟存储器的好处是使编程人员可写出比任何实际配置的物理存储器大得多的程序,从而支持多任务的实现.
3.如何实现虚拟存储?
首先,虚拟存储器由存储器管理器(MMU)及1个大容量硬盘(HD)支持.由操作系统的存储器管理器控制物理存储器的分配和释放,以及硬盘和物理存储器之间的数据转换. 10. 小结
1.保护模式下的存储器管理的3大特点 ①管理的是虚拟存储器 ②存储器要求有保护功能 ③存储器要支持多任务
2.保护模式下存储器的管理方式
保护模式下有两种存储器管理方式:
段式管理:采用段+偏移量形成物理地址
页式管理:将存储器分为固定大小的页,并采用页表将线性地址页转换为物理页,再将物理页+页内偏移量形成物理地址. 3.虚拟地址空间到物理地址空间的转换 11. 虚拟8086模式(V86模式) 1.什么是V86模式?
V86模式是在32位微处理器中模拟运行16位微处理器的一种模式,是在保护模式下由保护机制控制运行的8086模式. 2. V86模式与实模式的区别
(1)内存管理方式不同：实地址方式只采用分段管理，而不采用分页管理，而虚拟8086方式既分段又分页。
(2)存储空间不同：实地址下的最大寻址空间为1MB，而虚拟8086方式下每个任务尽管
最大1MB，但可以在整个内存空间浮动，因此V86方式实际寻址空间为4GB。
(3)保护机制不同：实地址方式下无保护机制，而虚拟8086方式既可以运行8086程序，又支持多任务操作，这就解决了80286保护方式既要维持保护机制，又要运行8086程序的矛盾。如在Windows 下多次双击MS-DOS即运行多个DOS程序（8086程序）。
第三章 基于微处理器的微机系统软件模型
1.概述 1）微机系统软件模型:所谓微机系统软件模型,是从软件编程的角度去看待微型机算计系统,也就是从编程使用的角度来考量微机中的微处理器、存储器及I/O系统,而不深究其内部电路结构的硬件细节. 2）描述的对象:微机系统软件模型所描述的对象包括微处理器的寄存器模型.存储器模型和I/O地址空间模型等.
2. 研究微机系统软件模型的意义
(1)从编程的观点来看待微机系统的硬件资源,可以简化对内部硬件细节的了解.
(2)使用微处理其的汇编语言编程,也必须从软件的观点去了解微处理器及其存储器子系统和I/O子系统.
(3)由于微处理器的活动(操作)都靠软件来驱动,用户编什么样的程序就可以使微处理器产生什么样的活动(操作)
(4)从兼容性来看,强调功能上.逻辑上兼容,而不强调物理上的兼容(主要是内部电路细节上的兼容).采用软件模型也是适合的. 3. 实模式下微处理器的寄存器模型