8086微机原理与接口技术复习（1）存储器（2）接口

存储器

我们上的是嵌入式与接口技术这门课，存储器章节重点在于理解8086CPU的存储体结构，存储芯片的字位扩展逻辑，通过译码电路设计存储空间地址范围，对存储器RAM、ROM的功能和应用有基本了解。
关于RAM、ROM的具体原理可以看笔者另一篇笔记
计算机组成-存储器
存储器初学时会觉得很难，尤其是字位扩展、地址译码，这里推荐极其高质量的计算机组成b站视频，保证能顺利搞懂！
计算机组成微课堂

8086的存储空间

把下面这个电路图搞透，分析奇偶存储体和CPU数据总线、地址总线的连接，分析两块存储芯片的存储空间、片选逻辑，分析A0、/BHE对于高字节/低字节的访问，通过分析译码电路确定存储器的地址空间范围

存储器的拓展

这一块推荐看上面的视频学习，学完好通过下面这张图做检验，再做下面的几道题目

典型题

存储器的分类

存储器分为两类：RAM和ROM
尽管ROM（read-only memory）顾名思义是只读存储器，但ROM也可以通过特定方式写入，RAM和ROM的区分依据是断电后数据在不在，不在就是RAM，在就是ROM。比如单片机中烧录的程序，再次烧录之前程序一直都在，上电就能跑，所以是放在ROM中；计算机中的BIOS程序也是存放在ROM里，操作系统也是存放在ROM里，计算机运行时将操作系统加载到内存中运行。硬盘(SSD）明显也是ROM。而高速缓存Cache，内存条都是典型的RAM。

RAM分为SRAM和DRAM，SRAM一个存储元（最小单位，存储一个bit信息）由8个MOS管（数字电路中视为开关）构成，DRAM一个存储元由一个MOS管和一个电容构成，因此DRAM存储密度高。但由于电容会放电，需要对DRAM定时刷新，因此DRAM的数据存取效率低于SRAM。对于高速缓冲Cache对数据传输效率有很高的要求，结构是SRAM；而内存条需要高存储密度，采用DRAM，而且现在的DRAM是DDRn SDRAM(S是同步，DDR是double data rate，一个时钟周期传送两次数据，每次传送n个数据)，相比于传统的DRAM数据传输效率成倍提高。

而ROM的分类很多,参考下图，现在的ROM大部分是FLASH

FLASH还分为NOR型和NAND型
NOR型：读取速率高，适用于作为程序存储器
NAND型：容量大，适合作硬盘等外存

典型题

接口

8086I/O

8086 I/O地址空间是64K(即外设端口地址16位)

访问外设时，CPU的M/ (/IO)=0

读外设：CPU的/RD连接外设的/OE（输出使能）
指令： IN AL,PORT(8位立即数)/DX（16位端口地址）

写外设：CPU的/WR连接外设的/WR
指令：OUT PORT(8位立即数)/DX（16位端口地址），AL

如何确定外设的端口地址？
答：CPU的地址线通过译码电路输出外设的片选信号，通过分析译码电路确定外设端口地址。分析的关键点包括有CPU是低8位还是高8位数据总线与外设连接->确定地址的奇偶（熟悉8086奇/偶存储体结构，低8位数据总线连接偶地址体，高8位数据总线连接奇地址体，通过A0与/BHE两个引脚实现存储器芯片片选）

例题：
8086CPU与8253、8255连接，试分析8253、8255各个端口地址

提示：不完全译码，端口地址不唯一；注意数据总线与接口的连接
参考解析：

8255

8255是可编程并行通信接口芯片

内部结构
PA、PB、PC三个8位端口+一个控制端口，地址输入A0、A1用于选择端口
端口可分成两组：
（1）A组：PA+PC高4位
（2）B组：PB+PC低4位
注：PA、PB、PC三个口的输出都有锁存器和缓冲器，其中只有PA口的输入有锁存器，这要求连接PB、PC口的外设有数据保存能力

工作方式
PA：工作方式0、1、2
PB：工作方式0、1
PC：工作方式0

（注：考试只考工作方式0，另外两种方式简单了解）
工作方式0：PA、PB、PC高4位、PC低四位可以单独配置为输入/输出
工作方式1：PA/PB，PC指定引脚作为PA/PB选通/应答信号
应答式输入：/STB（选通信号，表示外设已准备好数据，可设置产生中断请求信号INTR让CPU接收数据）、/IBF(输入缓冲器满，表示CPU已接收数据)
/
应答式输出：/OBF(输出缓冲器满信号，表示CPU已经发送数据)、/ACK（外设应答信号，表示外设已接收数据，可设置产生中断请求信号让CPU发送新的数据）

工作方式控制字
D7(1)
D6-D5（A组工作方式00、01、10）
D4（PA输出0/输入1）
D3(PC高4位输出0/输入1)
D2（B组工作方式00、01）
D1（PB输出0/输入1）
D0(PC低4位输出0/输入1)

PC按位设置控制字
D7(0)
D6-D4 xxx
D3-D1（000-111选择P0~P7）
D0 1-SET，0-RESET

典型题：

8253

8253是可编程定时器，含三个16位定时/计数器TIM0~TIM2

计数值：16位，范围0~65535，写入初值N到CR后，第一个时钟周期将CR写入到CE，随后每个时钟下降沿进行计数减一，根据计数器的工作方式不同产生不同的输出信号。当计数器的输出信号是周期性负脉冲或方波信号时，其周期T_OUT=T_CLK/N，因此通过分频系数确定写入的初值N。当N=0时，最大分频系数为65536（0->65535->65534->…->0）。可通过计数器级联实现扩展分频范围。

计数器的结构：CR 初值寄存器 CE 计数寄存器 LR 计数锁存器

计数器的连接：GATE门控信号，OUT输出信号，CLK时钟输入信号（8253的最高计数频率是2MHz,8254的最高计数频率是10MHz）

计数方式：有以下两种计数方式
①二进制计数
②BCD计数：
BCD码即用四位二进制数表示每一位十进制数，计数值的变化是2000H、1999H、1998H、…

举例：N=2000=07D0H
由于N超出8位无符号数表示范围，故要分两次向计数器端口发送初值
如果是①二进制计数，依次发送D0H(低字节)、07H(高字节)
如果是②BCD计数，依次发送00H、20H

计数器的6种工作方式（记忆难度比较大，常考方式2、3）
方式控制字
D7~D6 选择定时器 00-T0 01-T1 10-T2
D5~D4 00 数据锁存 01 只读/写低字节 10 01 只读/写高字节 11先读/写低字节，再读/写高字节
D3~D1 选择工作方式 0-6
D0 选择计数方式 0-二进制 1-BCD

6种工作方式
方式0：计数结束输出高电平
特点：写入初值后，时间下降沿开始计数，计数为0时产生上升沿
注意：唯一一种写入初值有立即有效的工作方式

方式1：硬件启动的单脉冲发生器
硬件启动：GATE正脉冲触发，OUT产生一个宽度为N*T_CLK的负脉冲，可重复触发
作用：可输出占空比可调的PWM信号（低电平时间通过N调节，周期由GATE触发间隔调节）

方式2：周期单T_CLK负脉冲

方式3：周期为T_CLK的方波
注意：N=奇数时非严格的方波啦

方式4、方式5：这两种方式用的比较少，都是单（负）脉冲触发器（前面的方式2产生周期性单负脉冲），前者软件触发，后者硬件触发

典型题

串行通信

串行通信基本概念
串行通信和并行通信

传输速率：波特率，每秒传输的比特数

传输方向：

通信方式：

同步：两个设备需要时钟同步（有时钟线连接）
异步：两个设备不需要时钟同步（没有时钟线连接），需要约定相同的波特率，传输的数据帧满足特定格式（起始位 数据位（校验位） 停止位）

注：
（1）UART/USART表示串口，前者是异步串行通信，后者是同步串行通信，RX是数据接收引脚，TX是数据发送引脚
（2）同步通信速率高，适合于大批量、高速率数据传输场合

TTL电平和RS232C电平
TTL电平：0~5V表示逻辑0和1
RS232C电平：-15V到-3V表示逻辑1,3V到15V表示逻辑0

串行数据通信系统模型
我们最常见的串行接口模型是：两台计算机通过两个串口RX、TX交叉连接，采用TTL电平共地连接。
这适用于近距离通信（<100m），不使用调制解调，波特率不能超过9600

为协调数据传输，加上几个握手信号：

以上的方式只适用于近距离、低效率传输，为了实现远距离、高波特率传输需要引入调制解调模块，关于调制解调介绍如下：

计算机产生的数字信号，通过信号与系统的学习我们知道数据传输速率（波特率）越高，脉宽越窄，频带也就越宽，如果传输带宽过窄，信号就会发生失真。因此要通过调制器将数字信号转化为模拟信号，再通过解调器恢复为数字信号。调制后的信号能够适应不同传输介质和长距离传输，通过改变信号频谱特性，减小信号衰减和失真，从而提高传输距离和覆盖范围‌。

串行通信的对象是DTE（数据终端设备，通常是计算机），中间是信道（传输线路），DCE(Data communication equipment，MODEM是调制解调器)，计算机与MODEM之间通过串行接口连接。

RS232C标准串行接口
RS232C是美国电子协会推荐的标准串行接口，用于连接DTE和DCE

如果UART之间采用RS232C连接方式，需要加入电平转化电路，如下图所示

典型题