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  • 接口技术
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    2018-07-03 20:22:01

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    明天就要考试了,来一波知识点整理。都会了,期末考试你不过你来找我!

    第一章

    1.按微处理器的字节分类

     4 位微处理器
     8 位微处理器
     16位微处理器 
     32位微处理器
    

    2.这个必须背,不是简答就是简答,肯定出简答

    微型计算机系统关系
    3.系统软件

    给一个实例判断是否是系统软件!
    常见的系统软件:
    操作系统、程序语言设计、语言处理程序、数据库管理程序、系统辅助处理程序
    

    第二章

    1.微处理器的性能指标

    a.字长 CPU能同时处理的数据位数 
    b.主频 CPU的时钟频率,主频越高,运算速度越快
    

    2.8086的编程结构(掌握)这个必须背,简答题必出

    从功能上8086分为两部分,总线接口部分(BIU) 和 执行部件(EU)
    a.	总线接口部件
    	a)	4个16位的段地址寄存器
    		i.	CS 代码段地址寄存器
    		ii.	DS 数据段地址寄存器
    		iii.	ES 附加段地址寄存器
    		iv.	SS 堆栈段地址寄存器
    	b)	16位的指令指针寄存器 IP
    	c)	20位的地址加法器
    	d)	6字节的指令队列缓冲器
    b.	执行部件
    	a)	4个通用寄存器 AX、BX、CX、DX
    	b)	4个专用寄存器
    		i.	基数指针寄存器 BP
    		ii.	堆栈指针寄存器 SP
    		iii.	源变址寄存器 SI
    		iv.	目的变址寄存器 DI
    	c)	标志寄存器 FR
    	d)	算数逻辑部件ALU (算术运算和逻辑运算)
    

    3.8086的标志寄存器共16位,7位未用,,,知道什么时候表示什么意义即可

    a.	状态标识6个
    	a)	符号标志 SF
    	b)	零标志 ZF
    	c)	奇偶标志 PF
    	d)	进位标志 CF
    	e)	辅助进位标志 AF
    	f)	溢出标志 OF
    b.	控制标志3个
    	a)	方向标志 DF
    	b)	中断允许标志 IF
    	c)	跟踪标志 TF 
    有符号有意义:ZF  SF  PF  OF
    无符号有意义:PF  ZF  CF  AF
    

    4.8086的总线周期–填空啦选择啦

    由4个时钟周期组成,时钟周期是CPU最基本的时间计量单位
    4个时钟周期称为4个状态:T1、T2、T3、T4
    Tw放在T3和T4之间
    

    5.8086的最小模式典型配型 (掌握数量、名称、芯片型号、功能)(掌握)这个你不背,老师都不放过你,简答题必出不是最大就是最小

    a.有1片8284A,作为时钟发生器,提供时钟信号和同步ready信号和reset信号
    b.有3片8282或74LS273,用来作为地址锁存器,暂存地址
    c.有2片8286/8287,作为总线收发器,增加数据总线的驱动能力
    d.有1片8086,作为微处理器,负责CPU对存储器和IO端口的数据传输以及指令的执行
    

    6.8086的最大模式典型配置(掌握)要求同最小模式

    a.	有两个或多个8086,作为微处理器,功能同最小模式
    b.	有1片8284A,作为时钟发生器,功能同最小模式
    c.	有3片8282或74Ls273,用来做地址锁存器,功能同最小模式
    d.	有2片8286/8287,作为总线收发器,功能同最小模式
    e.	有1片8288,作为总线控制器,控制总线是否让出
    f.	有1片8259A,作为中断控制器,控制是否处理中断
    

    7.中断–填空啦选择啦

    a.	中断分类:
    	a)	硬件中断/外部中断
    		i.	非屏蔽中断 – 引脚NMI
    		ii.	可屏蔽中断 – 引脚INIR
    	b)	软件中断/内部中断
    b.	中断向量和中断向量表
    	a)	中断向量表中最多容纳256个中断向量
    	b)	一个中断向量占4个存储单元
    	c)	查向量表时,中断类型号*4为起始地址,连续4个存储单元
    

    8.中断响应过程 填空选择

    INAT引脚两次有效,第一次有效为中断请求信号,第二次有效为发送中断类型号
    

    9.存储器 主要填空题,掌握编址方法

    a.	物理地址 = 段地址 * 16 + 逻辑地址
    b.	I/O编址的两种方法: 
    	a)	存储器映像
    	b)	I/O端口独立编址
    

    第三章

    1.Pentium的寻址方式(掌握)一定出填空,给你指令问什么方式,看清题目描述就好

    a.	立即数寻址
    	a)	立即数只能作为源操作数,不能作为目的操作数
    b.	寄存器寻址
    c.	输入/输出端口寻址
    	a)	I/O直接寻址
    	b)	I/O间接寻址
    d.	存储器寻址
    	有效地址EA = 基址 + 变址 * 比例因子 + 位移量
    	a)	直接寻址                          MOV AX , [1070H]
    	b)	寄存器间接寻址                    MOV AX , [BX]
    	c)	寄存器相对寻址                    MOV AX , [SI + 100]
    	d)	基址加变址的寻址                  MOV AX , [BX + SI]
    	e)	相对的基址加变址寻址              MOV AX , [BP + SI + 100]
    	f)	相对的带比例因子的变址寻址        IMUL EBX , [ESI * 4 + 7]
    	g)	基址加比例因子的变址寻址          MOV EAX , [EBX][ESI * 4]
    	h)	相对的基址加比例因子的变址寻址    MOV EAX , [EDI * 4][EBP + 80]
    

    2.指令的注意事项 MOV—判断题一定出

    a)	不能在两个内存单元之间传送数据
    b)	不能从一个段地址寄存器向另一个段地址寄存器发送数据
    c)	CS、IP、EIP寄存器不能作为目的操作数
    

    第四章

    1.随机存取存储器RAM

    a.	SRAM 
    	a)	触发器构成
    b.	DRAM
    	a)	电容构成
    

    2.只读存储器 ROM—可能会出简答题吧

    a.	掩膜型ROM
    b.	可编程只读存储器PROM
    c.	可擦除、可编程只读存储器EPROM
    d.	可用电擦除的可编程只读存储器E2PROM
    e.	闪烁存储器
    

    3.存储器片选信号的产生方法,,简单题常客,优点缺点,原理特点

    a.	线选法
    	a)	电路简单
    	b)	直接用地址线做为片选信号,每条地址选一个芯片
    	c)	用于容量小、存储芯片也少的小系统中
    	d)	整个存储器的地址不连续,空间浪费大
    	e)	同一单元可对应不同的地址
    b.	全译码法
    	a)	存储单元是唯一的,不会出现地址重叠
    	b)	只要选择的好,可以保证地址的连续
    	c)	电路复杂
    c.	部分译码法
    	a)	简化译码电路,容易实现
    	b)	会有地址重叠的问题,浪费空间
    	c)	如果组织的好,也可以保证地址的连续性
    d.	混合译码法
    	a)	因为包括了线选法,所以也有地址不连续和地址重叠的问题
    

    4.存储器的容量扩充方法----填空题

    a.	数据宽度的扩充
    b.	字节的扩充
    

    5.内存按照字访问—判断啦选择啦填空啦

    a.	对准状态
    	a)	要求起始地址为偶数地址
    b.	非对准状态
    	a)	由于提供的对字访问的地址为奇地址造成的
    

    6.Cache的组织方式 (特点、大体原理) (掌握)–简答题一般会出

    a.	全相联方式
    	a)	主存的一个区块可能映像到Cache的任何一个地方
    b.	直接映像方式
    	a)	主存的一个区块只能映像到Cache的一个对应的地方
    c.	组相连方式
    	a)	将Cache分为均等容量的几路,每一路包含许多组,各路中,组的数量和编号相同,每一组又包含1个或多个区块。
    	b)	主存的一个区块只能映像到Cache的指定组号和指定块号的区块,但可以映像到不同路中的相应区块
    

    第五章

    1.接口按照功能分类

    a.	使CPU正常工作所需要的辅助电路
    b.	输入/输出接口
    

    2.CPU和输入/输出设备之间的信号–记住它,填空选择一定有啊

    a.	数据信息
    b.	状态信息
    c.	控制信息
    

    3.I/O端口

    定义:CPU和外设进行数据传输时,各类信息在接口中进入不同的寄存器
    编址方式:与存储器统一编址方式和I/O端口独立编址方式
    

    4.CPU和外设之间的数据传送方式 (原理 、 特点) (掌握)一定考,有点迷,没整理好

    a.	程序方式 
    	a)	条件传送方式
    	b)	无条件传送方式
    b.	中断方式
    c.	DMA方式
    	a)	特点
    	i.	是一个接口电路 
    	ii.	能够控制系统总线
    	iii.	操纵外设和存储器之间的数据传输
    

    第六章

    1.串行通信的方式

    a.	根据方向划分
    	a)	半双工方式
    	b)	单工方式
    	c)	全双工方式
    b.	根据数据格式划分
    	a)	同步方式  (同步字符  最多两个)  通信双方要求同一个时钟信号
    	b)	异步方式  (一个起始位,停止位(1 , 1.5 , 2),奇偶校验位) 
    

    2.可编程串行通信接口8251A基本性能

    a.	同步方式
    	a)	可用5、6、7和8位来代表字符
    	b)	能够自动检测同步字符,从而实现同步
    	c)	允许同步方式下增加奇偶校验位进行校验
    b.	异步方式
    	a)	也可用5、6、7和8位来代表字符
    	b)	用1位做奇偶校验位
    	c)	在异步方式下自动为每个数据增加一个启动位,并根据编程为每个数据增加1个、1.5个或2个停止位
    

    3.8251A的初始化(掌握)好好看看

    8251A的初始化
    4.8251A在异步模式下模式寄存器中的关系,,,填空题啦

    时钟频率 = 波特率因子 * 波特率
    8251 内部地址  c/d 
    TxD   数据发送  
    RxD   数据接收
    

    5.可编程并行通信接口8255A,一定考,相信我,100%编程题

    a.	内部结构
    	a)	3个8位数据端口: 端口A、 端口B、 端口C
    	b)	端口C通过控制命令被分为两个4位端口,分别用来给端口A和端口B提供控制信号和状态信号
    b.	控制字
    	a)	方式选择控制字
    	b)	端口你C置1 / 置0控制字
    c.	工作方式
    	a)	方式0、方式1、方式2
    	b)	端口A可工作在三种方式中的任意一种
    	c)	端口B只能工作在方式0或方式1
    	d)	端口C配合端口A和端口B工作
    	e)	只有端口A工作在方式2
    d.	应用实例(掌握) (掌握) (掌握)
    	a)	作为连接打印机的接口 课本233页
    	b)	传输数据
    

    第七章
    1.8259A的编程结构(掌握)

    a.	控制部分
    	a)	4个8位寄存器,存放初始化命令字ICW1-ICW4 
    	b)	3个8位寄存器,存放操作命令字OCW1-OCW3  
    b.	处理部件
    	a)	中断请求寄存器IRR  (保存8个中断信息)
    	b)	中断优先级裁决器PR    (比较优先级大小)
    	c)	当前中断服务寄存器ISR     (记录)
    

    2.8259A的工作方式,设置优先级的方式(特点、原理) (掌握) (掌握)简答题啊

    a.	全嵌套方式
    	a)	最常用的工作方式,中断请求按照优先级0~7进行处理,0级最高,7级最低
    	b)	中断优先级裁决器将收到的中断请求与当前中断服务寄存器的IS位比较,判断新收到的是否比当前的正在处理的中断的优先级高,如是,则进行中断嵌套
    b.	特殊嵌套方式
    	a)	与全嵌套方式相比,只有一点差别,当处理某一级中断时,如果有同级中断请求,也会给予响应
    c.	优先级自动循环方式
    	a)	一般用在系统中的多个中断源优先级相等的场合。
    	b)	在这种方式下,优先级队列是变化的,一个设备受到中断服务以后,它的优先级自动降为最低
    d.	优先级特殊循环方式
    	a)	与优先级自动循环相比,只有一点不同,就是一开始的最低优先级和最高优先级是由编程确定的。
    

    3.几个8259A级联可以控制几个中断–填空题的常客

    1个控制 8 个中断
    2个控制 8 – 1 + 8 = 15
    3个控制 8 – 2 + 8 * 2 = 22
    4个控制 8 – 3 + 8 * 3 = 29
    X个控制 8 – x + 8 * (x - 1) = ?      x <= 8
    

    ####4.8259A的初始化流程(掌握) (掌握)-记住它
    .8259A的初始化流程

    初始化说明:
    1.ICW1写入偶端口,ICW2~ICW4写入奇端口
    2.ICW1~ICW4的设置次序固定  (16位和32位系统中,ICW4必须设置;只有在级联的情况下,设置ICW3)
    3.ICW1和ICW2须设置,ICW3和ICW4非必须 
    4.在级联时,主片和从片各设置ICW3
    5.对于每个8259A,ICW1和ICW2是必须要设置的
    ICW3 的设置为中断类型号的高5位,中断类型号的低三位决定了中断请求从哪个引脚进入
    

    第八章

    1.DMA控制器初始化

    a.	将数据传输缓冲区的起始地址或结束地址送到地址寄存器中
    b.	将传输的字节数、字数或双字数送到计数器中
    

    2.8237A的编程结构

    通道内最大传输64KB
    a.	4个独立的通道,每个通道包含
    	1).当前地址寄存器  16位
    	2).基本地址寄存器  16位
    	3).当前字节计数器  16位
    	4).基本字节寄存器  16位
    	5)模式寄存器  8 位
    b.	4个通道公用控制寄存器和状态寄存器
    

    3.8237A工作时个各信号的配合引脚变化(掌握)一定考,课本261页

    a.	作为从模块工作时
    b.	作为主模块工作时    地址16位
    

    4.8237A的工作模式

    a.	单字节传输模式
    b.	块传输模式
    c.	请求传输模式
    d.	级联传输模式
    

    第九章
    1.16位计数器范围

    	二进制 最大65536
    	BCD码 最大10000
    

    2.8253/5254的工作模式

    a.	定时
    	a)	模式2	分频器   周期性的脉冲
    	b)	模式3	方波发生器
    b.	计数
    	a)	模式0	计数结束产生中断
    	b)	模式1	可编程的单稳态触发器
    	c)	模式4	软件触发的选通信号发生器
    	d)	模式5	硬件触发的选通信号发生器
    

    3.8253/5254的应用举例 (编程题) (掌握) (掌握) (掌握)第二个必考编程题,加油

    第十章

    1.D/A转换器 方法 a,b 及特点

    a.	由并联电阻和运算放大器构成的DA转换器   每个电阻都不一样
    b.	T型权电阻网络和运算放大器   只有R 和2R    (最常见)
    c.	DA转换器的指标
    	a)	分辨率   反映了D/A转换器的灵敏度,指辨别最小电压增量的能力
    	b)	转换精度   绝对转换精度(程度)、相对转换精度(物理量)
    	c)	转换速率和建立时间  反应转换速率 
    	d)	线性误差    
    

    2.A/D转换器

    a.	AD转换涉及的参数
    	a)	分辨率     能够分辨最小信号的能力
    	b)	转换精度      反映了A/D转换器的实际值接近理想值的精确程度
    	c)	转换率         完成一次A/D转换器所需要的时间的倒数
    b.	AD转换的方法及特点
    	a)	计数式AD转换     简单,速度慢
    	b)	双积分式AD转换    抗干扰能力强 , 速度不算快
    	c)	逐次逼近AD转换     速度最快
    	d)	用软件和DA转换器来实现AD转换  速度较快
    

    第十一章

    1.键盘结构

    a.	最简单的键盘结构   --- 引脚连接
    b.	键盘的矩阵式结构   ----矩阵连接
    

    2.键的识别

    a.	行扫描法
    b.	行反转法
    

    第十五章
    1.计算机总线的分类及应用 常见的

    a.	内部总线   cpu总线
    	a)	用来连接片内运算器和寄存器等各大部件
    	b)	也叫片内总线
    b.	局部总线   PCI  ISA EISA
    	a)	连接主机板上的各主要部件
    	b)	可以通过扩展插槽连接各种适配器,如 卡,声卡、网卡、图像卡等
    c.	系统总线
    	a)	连接各CPU插件板和其他总线主模块
    	b)	最流行的系统总线是MULTIBUS、STDBUS和VME
    d.	外部总线   USB   SCSI   RS-232-C   EIDE 
    	a)	微型机与外设之间的通信总线
    

    2.总线的性能指标

    a.	宽度	一次可同时传输的数据位数
    b.	总线频率	总线工作时每秒钟能传输数据的次数
    c.	传输率	总线工作时每秒钟能传输的字节数
    

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    文章目录


    大学课程《微机原理与接口技术》学习笔记整理
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    大学课程《微机原理与接口技术》学习笔记整理

    第一章 微型计算机基础概论

    第一讲 关于

    • 计算机的主要应用:数值计算,信息处理,过程控制
    • 微机原理与接口技术包括:数值信息表示,微型机基本原理,汇编程序设计,半导体存储器及其接口设计,输入输出技术

    第二讲 微型计算机系统组成

    • 计算机系统:
      • 硬件系统
        • 主机系统:CPU,存储器,输入输出接口,总线
        • 外部设备
      • 软件系统
    • 能够与CPU直接进行信息交换的部件属于主机系统,不能够与CPU直接进行信息交换的部件属于外部设备
    • CPU
      • 微处理器简称CPU,是计算机的核心
      • 主要包括:运算器,控制器,寄存器组
    • 存储器:
      • 计算机中的记忆装置。用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序
      • 内存储器 :
        • 存取速度较快,容量相对较小
        • 内存按单元组织,每单元都对应一个惟一的地址
        • 每个内存单元中存放1Byte数据【每8位0或1称 为1字节(Byte)】
        • 内存单元个数称为内存容量
        • 按工作方式分类:随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM)
      • 外存储器
        • 联机外存:硬磁盘
        • 脱机外存:各种移动存储设备
    • 输入/输出接口
      • 接口是CPU与外部设备间的桥梁
      • 主要功能:
        • 数据缓冲寄存;
        • 信号电平或类型的转换;
        • 实现主机与外设间的运行匹配。
    • 总线
      • 是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。
      • 是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道
      • 地址总线(AB) 数据总线(DB) 控制总线(CB)

    第三讲 微机工作过程

    • 计算机的工作就是按照一定的顺序,一条条地执行指令
    • 指令: 由人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令
    • 过程:取指令->分析指令->读取操作数->执行指令->存放结果
    • 顺序执行: 一条指令执行完了再执行下一条指令。
      • 执行时间=取指令+分析指令+执行指令
      • 设:三个部分的执行时间均为Δt,则:执行n条指令时间T0为:
      • T0=3nΔt
    • 并行执行: 同时执行两条或多条指令。
      • 仅第1条指令需要3 Δt时间,之后每经过1 Δt,就有一条指令执行结束
      • 执行时间: T =3Δt +( n-1)Δt
    • 并行: 更高的效率,更高的复杂度
    • 相对于顺序执行方式,指令并行执行的优势用加速比S表示:
      • S=顺序执行花费的时间/并行执行花费的时间
      • 例: 3n Δt /(3Δt +( n-1)Δt) =3n/(2+n)
    • 冯 • 诺依曼计算机的工作原理: 存储程序工作原理,结构特点:运算器为核心
    • 冯 • 诺依曼机的工作过程
      • 取一条指令的工作过程:
        • ① 将指令所在地址赋给程序计数器PC;
        • ② PC内容送到地址寄存器AR,PC自动加1;
        • ③ 把AR的内容通过地址总线送至内存储器,经地址译码器译码,选中相应单元。
        • ④ CPU的控制器发出读命令。
        • ⑤ 在读命令控制下,把所选中单元的内容(即指令操作码)读到数据总线 DB。
        • ⑥ 把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。
        • ⑦ 指令译码:数据寄存器DR将它送到指令寄存器IR,然后再送到指令译码器ID
      • 特点:
        • 程序存储,共享数据,顺序执行
        • 属于顺序处理机,适合于确定的算法和数值数据的处理。
      • 不足:
        • 与存储器间有大量数据交互,对总线要求很高;
        • 执行顺序由程序决定,对大型复杂任务较困难;
        • 以运算器为核心,处理效率较低;
        • 由PC控制执行顺序,难以进行真正的并行处理。
    • 哈佛结构
      • 指令和数据分别存放在两个独立的存储器模块中;
      • CPU与存储器间指令和数据的传送分别采用两组独立的总线;
      • 可以在一个机器周期内同时获得指令操作码和操作数。

    第四讲 常用数制

    • 计算机中的常用计数制:十进制 ,二进制数 ,十六进制数 ,八进制数

    第五讲 编码

    • 编码:
      • 信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程
      • 用代码来表示各种信息,以便于计算机处理。
    • 需要编码的信息种类:数值,字符,声音,图形,图像
    • 所有需要由计算机处理的信息,都需要编码,使所有信息都以二进制码形式表示
    • 计算机中的编码
      • 数值编码:
        • 二进制码
        • BCD码
      • 西文字符编码
        • ASCII码
    • BCD(Binary Coded Decimal)码
      • 用二进制表示的十进制数
      • 特点:
        • 保留十进制的权,数字用0和1表示。
    • 8421BCD编码:
      • 用4位二进制码表示1位十进制数,每4位之间有一个空格
      • 1010—1111是非法BCD码
      • (0001 0001 .0010 0101)BCD =11 .25 =(1011 .01)B
    • BCD码在计算机中的存储方式
      • 以压缩BCD码形式存放:
        • 用4位二进制码表示1位BCD码
        • 一个存储单元中存放2位BCD数
      • 以扩展BCD码形式存放
        • 用8位二进制码表示1位BCD码.即高4位为0,低4位为有效位
        • 每个存储单元存放1位BCD
    • ASCII码
      • 西文字符编码:将每个字母、数字、标点、控制符用1Byte二进制码表示
      • 标准ASCII的有效位:7bit,最高位默认为0
    • ASCII码的奇偶校验
      • 奇校验:加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。
      • 偶校验:加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。

    第六讲 数及其运算

    • 定点数
    • 浮点数
      • 小数点的位置可以左右移动的数
      • 规格化浮点数:尾数部分用纯小数表示,即小数点右边第1位不为0
    • 无符号数
    • 有符号数:用最高位表示符号,其余是数值,0正,1负
      • 原码:最高位为符号位,其余为真值部分
        • [X]原=符号位+|绝对值|
        • 有[+0]和[-0]之分
      • 反码:
        • 若X>0 ,则 [X]反 = [X]原
        • 若X<0, 则 [X]反 = 对应原码的符号位不变,数值部分按位求反。
        • 有[+0]和[-0]之分
      • 补码:
        • 若X>0, 则 [X]补 = [X]反= [X]原
        • 若X<0, 则 [X]补 = [X]反+1
        • 没有[+0]和[-0]之分
    • 无符号整数的表示范围(n表示字长): 0 ≤ X ≤ 2^n - 1
    • 有符号整数的表示范围:
      • 原码和反码: -(2^(n-1) -1) ≤ X ≤ 2^(n-1) -1
      • 补码: -2^(n-1) ≤ X ≤ 2^(n-1) -1
      • 对8位二进制数:
        • 原码: -127 ~+127
        • 反码: -127 ~+127
        • 补码: -128 ~+127

    第七讲 基本逻辑运算和逻辑门

    • 逻辑,命题,推理
    • 基本逻辑运算:与或非
    • 逻辑运算是按位进行的运算,低位运算结果对高位运算不产生影响
    • 算术运算是两个数之间的运算,低位运算结果将对高位运算产生影响

    第八讲 基本逻辑运算及其门电路

    • 与非,或非,异或,同或

    第二章 微处理器与总线

    第九讲 8088/8086微处理器

    • 8088/8086 CPU的特点
      • 采用并行流水线工作方式
        • 通过设置指令预取队列实现
      • 对内存空间实行分段管理
        • 将内存分为4个段并设置地址段寄存器,以实现对1MB空间的寻址
      • 支持协处理器
    • 8088/8086可工作于两种模式下
      • 最小模式:单处理器模式,所有控制信号由微处理器产生
      • 最大模式:最大模式为多处理器模式,部分控制信号由外部总线控制器产生

    第十讲 8088的主要引线及其内部结构

    • 8088最小模式下的主要引脚信号
      • 完成一次访问内存或接口所需要的主要信号
      • 与外部同步控制信号
      • 中断请求和响应信号
      • 总线保持和响应信号
    • 主要控制信号
      • WR: 写信号;
      • RD: 读信号;
      • IO/M:为“0”表示访问内存,为“1”表示访问接口;
      • DEN: 低电平有效时,允许进行读/写操作;
      • DT/R:数据收发器的传送方向控制;
      • ALE: 地址锁存信号;
      • RESET:复位信号。
    • 中断请求和响应信号
      • INTR:可屏蔽中断请求输入端
      • NMI: 非屏蔽中断请求输入端
      • INTA:中断响应输出端
    • 总线保持信号
      • HOLD:总线保持请求信号输入端。当CPU以外的其他设备要求占用总线时,通过该引脚向CPU发出请求。
      • HLDA:总线保持响应信号输出端。CPU对HOLD信号的响应信号。
    • 微处理器读取一条指令的控制过程
      • 1.发出读取数据所在的目标地址
        • 内存储器单元地址
        • I/O接口地址
      • 2.发出读控制信号
      • 3.送出传输的数据
    • 地址线和数据线:
      • 20位地址信号(20根地址线)–》可产生2^20=1M个编码
      • 8位数据信号(8位数据线)–》可同时传输8bit二进制码
    • 8088内部结构:
      • 执行单元EU
        • 构成:运算器,8个通用寄存器,1个标志寄存器,EU部分控制电路
        • 功能:指令译码,指令执行,暂存中间运算结果,保存运算结果特征
      • 总线接口单元BIU
        • 功能:
        • 从内存中取指令到指令预取队列,指令预取队列是并行流水线工作的基础
        • 负责与内存或输入/输出接口之间的数据传送
        • 在执行转移程序时,BIU使指令预取队列复位,从指定的新地址取指令,并立即传给执行单元执行。
    • 指令预取队列的存在使EU和BIU两个部分可同时进行工作
    • 8088和8086CPU引线功能比较
      • 数据总线宽度不同:8088的外部总线宽度是8位,8086为16位。
      • 访问存储器和输入输出控制信号含义不同:8088——IO/M=0表示访问内存;8086——IO/M=1表示访问内存。
      • 其他部分引线功能的区别

    第十一讲 8088CPU内部寄存器

    • 含14个16位寄存器,按功能可分为三类:
      • 8个通用寄存器
        • 数据寄存器(AX,BX,CX,DX)
        • 地址指针寄存器(SP,BP)
        • 变址寄存器(SI,DI)
      • 4个段寄存器
      • 2个控制寄存器
    • 通用寄存器:
      • 数据寄存器:8088/8086含4个16位数据寄存器,它们又可分为8个8位寄存器,即:
        • AX-------AH,AL:累加器,所有I/O指令都通过AX与接口传送信息,中间运算结果也多放于AX中;
        • BX-------BH,BL:基址寄存器,在间接寻址中用于存放基地址
        • CX-------CH,CL:计数寄存器,用于在循环或串操作指令中存放计数值
        • DX-------DH,DL:数据寄存器,在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址;在32位乘除法运算时,存放高16位数。
      • 地址指针寄存器:
        • SP:堆栈指针寄存器,其内容为栈顶的偏移地址
        • BP:基址指针寄存器,常用于在访问内存时存放内存单元的偏移地址。
      • 变址寄存器
        • SI:源变址寄存器
        • DI:目标变址寄存器
        • 变址寄存器在指令中常用于存放数据在内存中的地址。
    • BX与BP在应用上的区别
      • 作为通用寄存器,二者均可用于存放数据;
      • 作为基址寄存器,用BX表示所寻找的数据在数据段;用BP 则表示数据在堆栈段。
    • 段寄存器:
      • 作用:用于存放相应逻辑段的段基地址
      • 8086/8088内存中逻辑段的类型
        • 代码段: 存放指令代码
        • 数据段: 存放操作的数据
        • 附加段: 存放附加的操作的数据
        • 堆栈段: 存放暂时不用但需保存的数据。
      • CS:代码段寄存器,存放代码段的段基地址。
      • DS:数据段寄存器,存放数据段的段基地址。
      • ES:附加段寄存器,存放附加段的段基地址。
      • SS:堆栈段寄存器,存放堆栈段的段基地址
      • 段寄存器的值表明相应逻辑段在内存中的位置
    • 控制寄存器:
      • 指令指针控制寄存器IP
      • 状态标志寄存器FLAGS
        • 状态标志位:
          • CF:进位标志位。加(减)法运算时,若最高位有进(借)位则CF=1
          • OF:溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范围时,OF=l
          • ZF:零标志位。当运算结果为零时ZF=1
          • SF:符号标志位。当运算结果的最高位为1时,SF=l
          • PF:奇偶标志位。运算结果的低8位中“1”的个数为偶数时PF=l
          • AF:辅助进位标志位。加(减)操作中,若Bit3(D3)向Bit4(D4)有进位(借位), AF=1
        • 控制标志位:
          • TF:单步陷阱标志位,也叫跟踪标志位。TF=1时,使CPU处于单步执行指令的工作方式。
          • IF:中断允许标志位。IF=1时,CPU可以响应中断请求。
          • DF:方向标志位。在数据串操作时确定操作的方向。

    第十二讲 实模式下的存储器寻址

    • 存储单位地址及其内容表示
      • 若X表示某个单元地址,则[X]表示X单元的内容
      • 例如:[0004H]=34H代表34存放在4号单元,而[0004H]=1234H,代表34存放在4号单元,12存放在5号单元
    • 字的存储
      • 占连续两个字节(16位)
      • 低对低,高对高
      • 用低位地址来表示字的地址
    • 规则存放,非规则存放
      • 8088:数据总线8位,每次传送1个字节
      • 8086:数据总线16位
        • 字:16位,规则字,以偶地址开始存放
        • 字节: 高8位传送奇地址,低8位传送偶地址
    • 内存储器管理
      • 8088CPU是16位体系结构的微处理器
      • 可以同时处理16位二进制码
      • 8088CPU需要管理1MB内存
    • 分段技术
      • 分为若干个逻辑段,取内地址,用16位表示,每段最大64KB
      • 对段首地址(物理地址)规定,段首地址低4位为0,例如:00000H,00010H,FFFF0H
      • 段地址:段的起始地址的高16位
      • 偏移地址:段内相对于段的起始地址的偏移量(字节数)
    • 实地址模式下的存储器地址变换
      • 内存物理地址由段基地址和偏移地址组成
      • 物理地址=段基地址×16+偏移地址
    • 内存地址变换
      • 内存单元编址
        • 段(基)地址
        • 段内地址(相对地址/偏移地址)
      • 存储器的编址
        • 段(基)地址
        • 相对地址(偏移地址)
        • 逻辑段的起始地址称为段首,段首的偏移地址0000H
    • 段寄存器:
      • 作用:用于存放相应逻辑段的段基地址
      • 8086/8088内存中逻辑段的类型
        • 代码段==>CS(代码段寄存器)
          • CS×16+IP
        • 数据段==>DS(数据段寄存器)
          • DS×16+偏移地址
        • 附加段==>ES(附加段寄存器)
          • ES×16+偏移地址
        • 堆栈段==>SS(堆栈段寄存器)
          • SS×16+SP
      • 8086/8088内存中每类逻辑段的数量最多64K个
    • 逻辑段与逻辑地址
      • 内存的分段式逻辑分段,不是物理段
      • 两个逻辑段可以完全重合或部分重合
    • 堆栈及堆栈段的使用
      • 堆栈:
        • 内存中一个特殊区域,用于存放暂时不用或需要保护的数据。
        • 常用于响应中断或子程序调用

    第十三讲 8088 系统总线

    • 总线时序
      • CPU工作时序
        • CPU各引脚信号在时间上的关系
      • 总线周期
        • CPU完成一次访问内存(或接口)操作所需要的时间
        • 8086的基本总线周期为4个时钟周期,每个时钟周期间隔称为一个T状态(8086/8088:5MHz时钟信号,时钟周期T=200ns)
        • T1 状态:BIU将RAM或I/O地址放在地址/数据复用 总线(AD)上。
        • T2 状态:
          • 读总线周期: A/D总线为接收数据做准备。改变线路的方向。
          • 写总线周期: A/D总线上形成待写的数据,且保持到总线周期的结束(T4)。
        • T3, T4:对于读或写总线周期,AD总线上均为数据。
        • Tw: 当RAM或I/O接口速度不够时,T3与 T4 之间可插入等待状态 Tw 。
        • Ti : 当BIU无访问操作数和取指令的任务时,8086不执行总线操作,总线周期处于空闲状态 Ti 。
    • 总线:
      • 按层次结构分类:
        • CPU总线
        • 系统总线
        • 外部总线
      • 按传送信息的类别分类:
        • 地址总线
        • 数据总线
        • 控制总线
      • 按总线在微机系统的位置分类:
        • 片内总线
        • 片间总线
        • 系统总线
        • 通信总线
      • 总线的基本功能
        • 数据传送
        • 仲裁控制
        • 出错处理
        • 总线驱动
      • 总线的主要性能指标
        • 总线带宽(B/S)
          • 单位时间内总线上可传送的数据量
          • 总线带宽=位宽×工作频率
        • 总线位宽(bit)
          • 能同时传送的数据位数
        • 总线的工作频率(MHz)
          • 总线带宽=(位宽/8)×(工作频率/每个存储周期的时钟数)
    • 引脚信号设计特点
      • 分时复用,如引脚AD0-AD15
        • 如何实现:增加地址锁存器
        • 8282三位锁存器
        • 8286八位数据收发器
      • 两种工作模式复用
        • 最大模式
        • 最小模式

    第三章 指令系统概述

    第十四讲 8088/8086指令系统

    • 指令:控制计算机完成某种操作的命令
    • 指令系统:处理器所能识别的所有指令的集合
    • 指令的兼容性:同一系列机的指令都是兼容的
    • 一条指令应包含的信息:
      • 运算数据的来源
      • 运算结果的去向
      • 执行的操作
    • 指令格式
    • 指令中的操作数
      • 立即数:参加操作的数据本身,可以是8位或16位,只能作为源操作数,无法作为目标操作数
        • MOV AX, 1234H
      • 寄存器:数据存放地址
        • MOV AX, BX
      • 存储器:数据存放地址
        • 参加运算的数存放在存储器的某一个或两个单元中
        • 表现形式: [操作数在内存中的偏移地址]
        • MOV AL, [1200H]

    第十五讲 指令的寻址方式

    • 操作数可能的来源或运算结果可能的去处:

      • 由指令直接给出
      • 寄存器
      • 内存单元
    • 寻找操作数所在地址的方法可以有三种大类型:

      • 指令直接给出的方式
      • 存放于寄存器中的寻址方式
      • 存放于存储器中的寻址方式
    • 1.直接寻址:

      • 指令中直接给出操作数的偏移地址
      • 直接寻址方式下,操作数默认为在数据段,但允许段重设,即由指令给出所在逻辑段。
      • MOV AX,ES:[1200H] ES:段重设符
    • 2.寄存器间接寻址

      • 操作数存放在内存中,数据在内存中的偏移地址为方括号中通用寄存器的内容
      • 仅有4个通用寄存器可用于存放数据的偏移地址,BXBPSIDI
        • 若使用BX,SI,DI,则操作数在数据段DS
          • 物理地址=DS×16+{BX/SI/DI}
        • 若使用BP,则操作数在堆栈段SS
          • 物理地址=SS×16+BP
      • 间接寻址的一般格式:[ 间址寄存器 ]
      • 例: MOV AX,[BX]
      • 可以段重设
    • 3.寄存器相对寻址

      • 操作数的偏移地址为寄存器的内容加上一个位移量
      • 相对寻址主要用于一维数组的操作
      • MOV AX,[BX+DATA]
    • 4.基址、变址寻址

      • 操作数的偏移地址为
        • 一个基址寄存器的内容 + 一个变址寄存器的内容;
      • 操作数的段地址由选择的基址寄存器决定
        • 基址寄存器为BX,默认在数据段DS
        • 基址寄存器为BP,默认在堆栈段SS
      • 基址变址寻址方式与相对寻址方式一样,主要用于一维数组操作。
    • 5.基址、变址、相对寻址

      • 操作数的偏移地址为:
        • 基址寄存器内容+变址寄存器内容+位移量
      • 操作数的段地址由选择的基址寄存器决定。
      • 基址变址相对寻址方式主要用于二维表格操作。
      • 例如:MOV AL, [BP][DI]5==>也可以表示为[BP+DI+5]
    • 6.隐含寻址

      • 指令中隐含了一个或两个操作数的地址,即操作数在默认的地址中。
      • 例:
        • MUL BL
      • 指令执行:
        • AL×BL-->AX
    • I/O端口寻址方式

      • 直接端口寻址
        • 由指令提供一个8位端数(0-255)
      • 间接端口寻址
        • 由DX寄存器给出,寻址64KB

    第十六讲 数据传送指令

    • 8086指令系统从功能上包括六大类:
      • 数据传送
      • 算术运算
      • 逻辑运算和移位
      • 串操作
      • 程序控制
      • 处理器控制
    • 数据传送类指令
      • 1.通用数据传送指令
        • 一般数据传送指令
          • MOV
          • 格式:MOV dest,src
          • 操作:src->dest
          • 例子:MOV AL, BL
          • 注意点:两操作数字长必须相同;两操作数不允许同时为存储器操作数;两操作数不允许同时为段寄存器;在源操作数是立即数时,目标操作数不能是段寄存器;IP和CS不作为目标操作数,FLAGS一般也不作为操作数在指令中出现。
        • 堆栈操作指令
          • 先进后出,以字为单位
          • 压栈:PUSH OPRD 16位寄存器或存储器两单元
          • 出栈:POP OPRD
          • 指令的操作数必须是16位;操作数可以是寄存器或存储器两单元,但不能是立即数;不能从栈顶弹出一个字给CS;PUSH和POP指令在程序中一般成对出现;PUSH指令的操作方向是从高地址向低地址,而POP指令的操作正好相反。
          • 堆栈指针寄存器SP指向栈顶位置
        • 交换指令
          • 格式:XCHG REG,MEM/REG
          • 注:两操作数必须有一个是寄存器操作数;不允许使用段寄存器。
          • 例:XCHG AX, BX,XCHG [2000], CL
        • 查表转换指令
          • 格式:XLAT
          • 说明:用BX的内容代表表格首地址,AL内容为表内位移量,BX+AL得到要查找元素的偏移地址
          • 操作:将BX+AL所指单元的内容送AL(将BX为首地址的,偏移地址为AL的内容送给AL。)
        • 字位扩展指令
          • 将符号数的符号位扩展到高位;
          • 指令为零操作数指令,采用隐含寻址,隐含的操作数为AX及AX,DX
          • 无符号数的扩展规则为在高位补0
          • 字节到字:CBW,将AL内容扩展到AX ,若AL最高位=1,则执行后AH=FFH,若AL最高位=0,则执行后AH=00H 。AL不变(即将AL的符号位移至AH)
            • CBW属符号扩展指令,它可以把8位扩展到16位,扩展前后两数的真值不变,主要用于数据类型不同时用符号扩展指令可以使得数据类型相同。
          • 字到双字:CWD,将AX内容扩展到DX AX ,若AX最高位=1,则执行后DX=FFFFH,若AX最高位=0,则执行后DX=0000H
            • CWD的作用是将带符号的16位整数(AX)转为32位的带符号位的整数(DX:AX),例如:AX=0xFFFE, 转为32位带符号位的整数时,DX=0xFFFF,AX=0XFFFE.又例如:AX=0x0002,转为带符号位的整数时DX=0x0000,AX=0x0002.
      • 2.输入输出指令
        • 从端口地址读入数据到累加器/将累加器的值输出到端口中
        • 指令格式:
          • 输入指令: IN acc,PORT
          • 输出指令 :OUT PORT,acc
        • 根据端口地址码的长度,指令具有两种不同的端口地址表现形式:直接寻址,间接寻址
      • 3.地址传送指令
        • LEA取偏移地址指令
          • 将变量的16位偏移地址写入到目标寄存器
          • LEA REG,SRC
        • LDS指令
          • LDS(Load pointer using DS)的一般格式:
          • LDS 通用寄存器,存储器操作数(32位)
        • LES指令
          • LDSLES均用于将一个32位的远地址指针写入到目标寄存器。
          • LES(Load pointer using ES)的一般格式:
          • LES 通用寄存器,存储器操作数(32位)
      • 4.标志传送指令
        • 隐含操作数AH,将FLAGS的低8位装入AH
          • LAHF(Load AH from Flags)
          • SAHF(Store AH into Flags)
        • 隐含操作数FLAGS
          • PUSHF(Push flags onto stack)
          • POPF(Pop flags off stack)
        • 除标志传送指令外,其它指令的执行对标志位不产生影响

    第四章 算术运算,逻辑运算与移位操作指令

    第十七讲 算术运算类指令

    • 加法运算指令
      • 1.ADD加法指令
        • 格式:ADD OPRD1,OPRD2
        • 操作:OPRD1+OPRD2-->OPRD1
        • ADD指令的执行对全部6个状态标志位都产生影响
      • 2.ADC带进位的加法指令
        • OPRD1+OPRD2+CF-->OPRD1
      • 3.INC加1指令
        • 格式:INC OPRD
        • 操作:OPRD+1-->OPRD
        • 常用于在程序中修改地址指针,OPRD不能是段寄存器,不能是立即数,除CF外,影响其他标志位
    • 减法运算指令
      • 1.普通减法指令SUB
        • 格式:SUB OPRD1,OPRD2
        • 操作:OPRD1- OPRD2-->OPRD1
        • 对标志位的影响与ADD指令同
      • 2.考虑借位的减法指令SBB
        • 操作:OPRD1- OPRD2- CF-->OPRD1
      • 3.减1指令DEC
        • 格式:DEC OPRD
        • 操作:OPRD - 1-->OPRD
        • 除了不影响CF外,影响其他标志位
      • 4.比较指令CMP
        • 格式: CMP OPRD1,OPRD2
        • 操作:OPRD1- OPRD2
        • 指令执行的结果不影响目标操作数,仅影响标志位!
      • 5.求补指令NEG
        • NEG OPRD
        • 操作:0-OPRD-->OPRD
    • 乘法指令
      • 乘法指令采用隐含寻址,隐含的是存放被乘数的累加器AL或AX及存放结果的AX,DX;
      • 1.无符号的乘法指令MUL
        • MUL OPRD不能是立即数和段寄存器
        • 操作:
          • OPRD为字节数AL×OPRD-->AX
          • OPRD为16位数AX×OPRD-->DX,AX
      • 2.带符号的乘法指令IMUL
        • 格式:IMUL OPRD
        • 指令格式及对操作数的要求与MUL指令相同。
        • 指令执行原理:
          • ① 将两个操作数取补码(对负数按位取反加1,正数不变);
          • ② 做乘法运算;
          • ③ 将乘积按位取反加1。
    • 除法指令
      • 1.无符号除法指令
        • 格式: DIV OPRD
        • 操作:
          • 操作数是字节(8位):AX/OPRD,商–>AL,余数–>AH
          • 操作数是字(16位):DX,AX/OPRD,商–>AX,余数–>DX
      • 2.有符号除法指令
        • 格式: IDIV OPRD
        • 指令格式及对操作数的要求与DIV指令相同。
      • 注:
        • 余数符号与被除数相同
        • 范围
          • 双字/字:商范围 -32768到+32767
          • 字/字节:商范围 -128到+127
          • 超过范围按除数为0处理,产生0号中断
            算术运算指令的执行大多对状态标志位会产生影响

    第十八讲 逻辑运算指令

    • 逻辑运算指令
      • 对操作数的要求:
        • 大多与MOV指令相同。
        • “非”运算指令要求操作数不能是立即数;
      • 对标志位的影响
        • 除“非”运算指令,其余指令的执行都会影响除AF外的5个状态标志;
        • 无论执行结果如何,都会使标志位OF=CF=0
        • “非”运算指令的执行不影响标志位。
    • 1."与"指令
      • 格式:AND OPRD1,OPRD2
      • 操作:两操作数相“与”,结果送目标地址。(OPRD1)∧(OPRD2)-->(OPRD1)
      • CF=0,OF=0,SF,ZF,PF有影响,对AF无影响
    • 2."或"指令
      • 格式:OR OPRD1,OPRD2
      • 操作:两操作数相“或”,结果送目标地址
    • 3."非"指令
      • 格式:NOT OPRD
      • 操作:操作数按位取反再送回原地址
    • 4."异或"指令
      • 格式:XOR OPRD1,OPRD2
      • 操作:两操作数相“异或”,结果送目标地址
    • 5."测试"指令
      • 格式:TEST OPRD1,OPRD2
      • 操作:执行“与”运算,但运算的结果不送回目标地址。
      • 应用:常用于测试某些位的状态

    第十九讲 移位操作指令

    • 移位操作指令
      • 控制二进制位向左或向右移动的指令
        • 非循环移位指令
        • 循环移位指令
      • 移动移动1位时由指令直接给出;移动两位及以上时,移位次数必须由CL指定
    • 1.非循环移位指令
      • 逻辑左移SHL
        • 格式: SHL OPR,CNT
        • 注:
          • OPR不能是立即数和段寄存器操作数
          • CNT移位次数,若为1,直接写在指令中,若为几,必须先写入CL中
          • 对CF,OP,PF,ZF,SF有影响,对AF无意义
      • 算术左移SAL
        • 格式:SAL OPR,CNT
        • 操作同SHL
      • 逻辑右移SHR
        • 格式:SHR OPR,CNT
      • 算术右移SAR
        • 格式:SAR OPR,CNT
        • 操作:左边补上符号位,和之前的符号一样
    • 2.循环移位指令
      • 不带进位位的循环移位
        • 左移 ROL
          • 格式: ROL OPR,CNT
        • 右移 ROR
          • 格式: ROR OPR,CNT
      • 带进位位的循环移位
        • 左移 RCL
          • 格式: RCL OPR,CNT
        • 右移 RCR
          • 格式: RCR OPR,CNT

    第五章 串操作指令

    第二十讲 串操作指令

    • 针对数据块或字符串的操作
    • 可实现存储器到存储器的数据传送;
    • 待操作的数据串称为源串,目标地址称为目标串。
    • 串操作指令的操作对象是多个字节数(一串字符或数据),因此,指令的执行需要确定:
      • 串所在的区域
        • 源串一般存放在数据段,偏移地址由SI指定。允许段重设。
        • 目标串必须在附加段,偏移地址由DI指定
      • 串的首地址(原串、目标串起始地址)
      • 串长度(大小)
        • 串长度值由CX指定
      • 串的操作方向
        • 由DF标志位决定。指令根据DF状态自动修改地址指针
          • DF=0 增地址方向
          • DF=1 减地址方向
    • 通过增加重复前缀, 可以实现对CX值的自动修改
      • 无条件重复
      • REP
        • 当CX≠0时,REP后的指令将继续重复执行
        • 常用于传送类指令前–》未传完则继续传送
      • 条件重复
        • 相等(为零)重复:REPE(REPZ)
        • CX≠0 ∩ ZF=1,则前缀后的指令将继续重复执行
        • 不相等(不为零)重复:REPNE( REPNZ)
        • CX≠0 ∩ ZF=0,则前缀后的指令将继续重复执行
        • 条件前缀常用于运算类指令前,当:
          • 1)操作未结束 AND 结果=0
          • 2)操作未结束 AND 结果≠0 使其后的指令继续重复执行。
    • 串操作指令
      • 串传送 MOVS
      • 串比较 CMPS
      • 串扫描 SCAS
      • 串装入 LODS
      • 串送存 STOS

    第二十一讲 串传送与串比较指令

    1.串传送指令

    • 功能:将原数据串传送到目标地址
    • 格式:
      • MOVS OPRD1,OPRD2
      • MOVSB,按字节传送
      • MOVSW,按字传送
    • 串传送指令常与无条件重复前缀连用
      2.串比较指令
    • 功能:用于实现两个数据串的比较
    • 操作:
      • 目标串-源串,结果不写回目标地址
      • 常与条件重复前缀连用
    • 格式:
      • CMPS OPRD1,OPRD2
      • CMPSB
      • CMPSW
    • 前缀的操作对标志位不影响

    第二十二讲 串扫描指令

    • 格式:

      • SCAS OPRD
      • SCASB
      • SCASW
    • 执行与CMPS指令相似的操作,区别是:这里的源操作数是AX或AL

    • 串扫描指令应用例:

      • 在ES段中从2000H单元开始存放了10个字符,寻找其中有无字符“A”。若有则记下搜索次数,将搜索次数写入到DATA1单元,并将存放“A”的地址写入DATA2单元。

    第二十三讲 串装入与串存储指令

    1.串装入指令

    • 格式:

      • LODS OPRD
      • LODSB
      • LODSW
    • 操作:

      • 对字节:AL [DS:SI]
      • 对 字:AX [DS:SI]
        2.串存储指令
    • 格式:

      • STOS OPRD
      • STOSB
      • STOSW
    • 操作:

      • 对字节: AL [ES:DI]
      • 对 字: AX [ES:DI]
    • 串操作指令应用注意事项:

      • 需要定义附加段
        • 目标操作数必须在附加段
      • 需要设置数据的操作方向
        • 确定DF的状态
      • 源串和目标串指针分别为SI和DI
      • 串长度值必须由CX给出
      • 注意重复前缀的使用方法
        • 传送类指令前加无条件重复前缀
        • 串比较类指令前加条件重复前缀,但前缀不影响ZF状态

    第六章 程序与处理器控制指令

    第二十四讲 程序控制指令

    • 程序控制类指令
      • 转移指令
        • 通过修改指令的偏移地址或段地址及偏移地址实现程序的转移
        • 无条件转移指令–>无条件转移到目标地址
          • JMP OPRD
          • 段内直接转移
            • 当偏移量为8位时,称为段内直接短跳转
              • 格式:JMP (SHORT) 标号
              • 操作:(IP)<--disp8+(IP)
            • 当偏移量为8位时,称为段内直接近跳转
              • 格式:JMP (NEAR PTR) 标号
              • 操作:(IP)<--disp16+(IP)
          • 段内间接转移
            • JMP BP
              • 转向(SS):(BP)
            • JMP BX
              • 转向(CS):(BX)
            • JMP (WORD PTR) [BX][DI]
              • 转向(CS):(BX)+(DI)
          • 段间直接转移
            • JMP (FAR PTR) 标号
            • 执行该指令时,将把标号所在的段的值送CS,将标号在所属段内的偏移量送IP,从而形成新的转移地址CS:IP
          • 段间间接转移
            • JMP DWORD PTR [BX]
            • 中间的DWORD PTR不能省略,表示存储器双字操作数
        • 条件转移指令–>当具备一定条件时转移到目标地址
          • JC/JNC
            • 判断CF的状态。常用于两个无符号数大小比较
          • JZ/JNZ
            • 判断ZF的状态。常用于循环体的结束判断
          • JO/JNO
            • 判断OF的状态。常用于有符号数溢出的判断
          • JP/JNP
            • 判断PF的状态。用于判断运算结果低8位中1的个数是否为偶数
          • JS /JNS
            • 判断SF的状态。常用于判断数的性质
          • JA/JAE/JB/JBE
            • 判断CF或CF+ZF的状态。常用于无符号数大小的比较
          • JG/JGE/JL/JLE
            • 判断SF+OF或SF+OF+ZF的状态。常用于有符号数大小的比较
          • JCXZ
            • 可根据指令执行后CX的结果实现转移
      • 循环控制
        • LOOP
          • 条件:CX≠0
        • LOOPZ
          • 条件:CX≠0,且ZF=1
        • LOOPNZ
          • 条件:CX≠0,且ZF=0
      • 过程调用
        • 用于调用一个子过程,必须保护返回地址
        • 调用指令的执行过程
          • ① 保护断点:将调用指令的下一条指令的地址(断点)压入堆栈
          • ② 获取子过程的入口地址:子过程第1条指令的偏移地址
          • ③ 执行子过程:功能实现,参数的保存及恢复
          • ④ 恢复断点,返回原程序:将断点偏移地址由堆栈弹出
        • 段内调用:被调用程序与调用程序在同一代码段
          • CALL NEAR PROCC
        • 段间调用:子过程与原调用程序不在同一代码段
        • 返回指令:
          • 功能:从堆栈中弹出断点地址,返回原程序
          • 格式:RET
          • 子程序的最后一条指令必须是RET
      • 中断控制
        • 中断的概念:某种异常或随机事件使处理器暂时停止正在运行的程序,转去执行一段特殊处理程序,并在处理结束后返回原程序被中断处继续执行的过程。
        • 中断指令:引起CPU产生一次中断的指令
          • 格式:INT n
          • 说明: nх4
        • 中断指令的执行过程
          • ① 将FLAGS压入堆栈;
          • ② 将INT指令的下一条指令的CS、IP压栈;
          • ③ 由n×4得到存放中断向量的地址;
          • ④ 将中断向量(中断服务程序入口地址)送CS和IP寄存器;
          • ⑤ 转入中断服务程序
        • 中断返回指令:
          • 格式:IRET
          • 中断服务程序的最后一条指令,负责:恢复断点;恢复标志寄存器内容

    第二十五讲 处理器控制指令

    • 这类指令用来对CPU进行控制,如修改标志寄存器,使CPU暂停,使CPU与外部设备同步等。

    第七章 汇编语言

    第二十六讲 汇编语言程序设计

    1. 汇编语言源程序与汇编程序
      (1)汇编语言源程序:用助记符编写
      (2)汇编程序:源程序的编译程序
    2. 汇编语言程序设计与执行过程
      (1)输入汇编语言源程序:源文件.ASM
      (2)汇编MASM:目标文件.OBJ
      (3)链接LINK:可执行文件.EXE
      (4)调试TD:最终程序
    3. 汇编语言语句类型和格式
      (1)语句类型:指令性语句,指示性语句
      (2)语句格式:
      指令性语句:[标号:] [前缀] 助记符 [操作数],[操作数] [ ;注释]
      指示性语句格式: [名字] 伪指令助记符 操作数 [,操作数,…] [ ;注释]
    4. 汇编语言语句中的操作数
      (1)寄存器
      (2)存储器单元
      (3)常量:(数字/字符串)
      (4)变量或标号
      (5)表达式 :算术运算;逻辑运算;关系运算;取值运算(OFFSET,SEG)和属性运算(PTR);其它运算

    第二十七讲 数据定义伪代码

    1. 数据定义伪指令
      (1)用于定义数据区中变量的类型及其所占内存空间大小
      (2)DB(Define Byte):定义的变量为字节型
      (3)DW (Define Word) :定义的变量为字类型
      (4)DD (Define Double Word) :定义的变量为双字型
      (5)DQ (Define Quadword) :定义的变量为4字型
      (6)DT (Define Tenbytes) :定义的变量为10字节型
    2. 重复操作符
      (1)当同样的操作数重复多次时,可以使用重复操作符
      (2)作用:为一个数据区的各单元设置相同的初值
      (3)格式:[变量名] 伪指令助记符 n DUP(初值 [,初值,… ] )
      (4)例:M1 DB 10 DUP(0)
    3. “?”的作用
      (1)表示随机值,用于预留存储空间
      (2)例:MEM1 DB 34H,’A’,?,例:DW 20 DUP(?)
    4. 调整偏移量伪指令
      (1)规定程序或变量在逻辑段中的起始地址
      (2)格式:ORG 表达式
      (3)例:
    DATA SEGMENT
    ORG 1200H
    BUFF DB 1,2
    DATA ENDS 
    

    第二十八讲 符号与段定义相关伪指令

    1. 符号定义伪指令
      (1)将表达式的值赋给一个名字。当源程序中需多次引用某一表达式时,可以利用EQU伪指令,用一个符号代替表达式,以便于程序维护。
      (2)格式:符号名 EQU 表达式
      (3)操作:用符号名取代后边的表达式,不可重新定义
      (4)例:CONSTANT EQU 100
    2. 段定义伪指令
      (1)在汇编语言源程序中定义逻辑段
      说明逻辑段的起始和结束
      说明不同程序模块中同类逻辑段之间的联系形态
      (2)格式:段名 SEGMENT [定位类型] [组合类型] [’类别’]
    3. 设定段寄存器伪指令
      (1)说明所定义逻辑段的性质
      (2)格式:ASSUME 段寄存器名:段名[,段寄存器名:段名,…]
    4. 结束伪指令
      (1)表示源程序结束
      (2)格式:END [标号]

    第二十九讲 其他伪指令

    1. 过程定义伪指令
      (1)用于定义一个过程体
      (2)格式:
     过程名 PROC [ NEAR / FAR ]
     ┇
     RET
     过程名 ENDP
    

    (3)
    2. 宏命令伪指令
    (1)宏:源程序中由汇编程序识别的具有独立功能的一段程序代码
    (2)当源程序中需要多次使用同一个程序段时,可以将该程序段定义为一个宏
    (3)格式:宏命令名 MACRO <形式参数>
    (4)

    第三十讲 系统功能调用

    1. BIOS、DOS功能调用
      (1)BIOS:驻留在ROM中的基本输入/输出系统
      加电自检,装入引导,主要I/O设备处理程序及接口控制
      (2)DOS:磁盘操作系统
      DOS功能/BIOS功能调用是调用系统内核子程序
      (3)BIOS、DOS功能调用:DOS功能与BIOS功能均通过中断方式调用,DOS和BIOS中断均可能影响AX
    2. DOS软中断
      (1)DOS中断包括:设备管理,目录管理,文件管理,其它用中断类型码区分
      (2)DOS软中断:类型码为21H
    3. 单字符输入
      (1)调用方法:
    MOV AH,01
    INT 21H
    

    (2)输入的字符在AL中
    4. 字符串输入
    (1)接收由键盘输入一串字符
    (2)输入的字符串存储在内存指导区域中
    (3)用户自定义缓冲区格式:

    5. 单字符显示输出

    6. 字符串显示输出
    AH 功能号09H
    DS:DX 待输出字符串的偏移地址
    INT 21H
    7. 返回操作系统(DOS)功能
    (1)功能号:4CH
    (2)调用格式:

    MOV AH,4CH
    INT 21H
    

    (3)功能:程序执行完该2条语句后能正常返回OS;常位于程序结尾处

    第八章 半导体存储器

    第三十一讲 半导体存储器概述

    1. 半导体存储器
      (1)由能够表示二进制数“0”和“1”的,具有记忆功能的半导体器件组成
      (2)能存放一位二进制数的半导体器件称为一个存储元
      (3)若干存储元构成一个存储单元
    2. 半导体存储器的分类
    • 内存储器:
      • 随机存取存储器(RAM)
        • 静态存储器(SRAM)
        • 动态存储器(DRAM)
      • 只读存储器(ROM)
        • 掩模ROM
        • 一次性可写ROM
        • 可读写ROM
          • EPROM
          • EEPROM
          • PROM
    1. 半导体存储器的主要技术指标
      (1)存储容量:存储单元个数×每单元的二进制数位数
      存储容量=2^m×N
      (m:芯片地址线根数)
      (N:芯片数据线根数)
      (2)存取时间:实现一次读/写所需要的时间
      (3)存取周期:连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间
      (4)可靠性,功耗

    第三十二讲 微机中的存储器

    1. 微机中的存储器
      (1)内存储器
      主内存
      高速缓冲存储器
      (2)外存储器
      联机外存
      脱机外存
      (3)虚拟存储器
    内存外存
    速度
    容量
    单位容量价格
    制造材料半导体磁性材料
    1. 微机中的存储系统主要有:
      (1)Cache存储器系统
      (2)虚拟存储器系统

    2. 随机存取存储器
      (1)特点:可以随机读或写操作;掉电后存储内容即丢失
      (2)类型:静态随机存取存储器(SRAM);动态随机存取存储器(DRAM)

    第三十三讲 存储单元的编址


    1. 地址译码电路
      (1)单译码结构
      (2)双译码结构
      (3)3-8译码器(741S138)

    第三十四讲 存储器扩展技术

    1. 存储器扩展:用已有的存储器芯片构造一个需要的存储空间
      (1)用多片存储芯片构成一个需要的内存空间;
      (2)各存储器芯片在整个内存中占据不同的地址范围;
      (3)任一时刻仅有一片(或一组)被选中。
      (4)存储器芯片的存储容量等于:单元数×每单元的位数
    2. 存储器扩展方法
      (1)位扩展–》扩展字长
      (2)字扩展–》扩展单元数
      (3)字位扩展–》既扩展字长也扩展单元数

    第九章 输入输出与中断技术

    第三十五讲 输入输出技术概述

    1. I/O接口
      (1)接口要解决的问题
      速度匹配👉数据的缓冲与暂存
      信号的驱动能力👉信号驱动
      信号形式和电平的匹配👉信号类型转换
      信息格式👉信号格式转换
      时序匹配(定时关系)
      总线隔离👉三态门
    2. I/O端口及其编址
      (1)端口:接口电路中用于缓存数据及控制信息的部件
      (2)分类:数据端口,控制端口,状态端口

      (3)I/0端口编址:为确保CPU能够访问到每个不同的端口
      (4)寻址端口的方法:
    • 先找到端口所在的接口电路芯片
    • 再在该芯片上找具体访问的端口
      • 若接口中仅有一个端口,则找到芯片即找到端口
      • 若接口中有多个端口,则找到芯片后需再找端口
        (5)每个端口地址=片选地址(高位地址)+片内地址
    1. I/O地址译码
      (1)目的:确定端口的地址
      (2)参加译码的信号:
      #IOR,#IOW,高位地址信号
      (3)对端口读/写信号的产生条件
    • IO/#M=1
    • #RD=0 #IOR=0
    • #WR=0 #IOW=0
      (4)当接口只有一个端口时:无片内地址,全部地址信号均为高位地址(可全部参与译码),译码输出直接选择该端口;
      (5)当接口具有多个端口时:则16位地址线的高位参与译码(决定接口的基地址),而低位则用于确定要访问哪一个端口

    第三十六讲 简单接口芯片

    1. 接口的分类及特点
      (1)按传输信息的方向分类:
      输入接口
      输出接口
      (2)按传输信息的类型分类:
      数字接口
      模拟接口
      (3)按传输信息的方式分类:
      并行接口
      串行接口
    2. 接口特点
      (1)输入接口:
      要求对数据具有控制能力
      常用三态门实现
      (2)输出接口:
      要求对数据具有锁存能力
      常用锁存器实现

    第三十七讲 基本输入输出方法

    1. 基本输入/输出方法
      (1)无条件传送:要求外设总是处于准备好状态
      优点:软件及接口硬件简单
      缺点:只适用于简单外设,适应范围较窄
      (2)查询式传送:仅当条件满足时才能进行数据传送;每满足一次条件只能进行一次数据传送。
      适用场合:外设并不总是准备好;对传送速率和效率要求不高
      工作条件:外设应提供设备状态信息;接口应具备状态端口
      (3)中断方式传送
      特点:外设在需要时向CPU提出请求,CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时,CPU可执行自己的程序。
      优点:CPU效率高,实时性好,速度快。
      缺点:程序编制相对较为复杂。
      (4)直接存储器存取(DMA) :
      特点:
      ①外设直接与存储器进行数据交换 ,CPU不再担当数据传输的中介者;
      ②总线由DMA控制器(DMAC)进行控制(CPU要放弃总线控制权),内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。
      ③DMA传送方式有单元传送方式,快传送方式,请求传送方式


    DMA控制器8237A

    第三十八讲 中断技术

    1. 中断的基本概念
      (1)CPU执行程序时,由于发生了某种随机的事件(外部或内部),
      引起CPU暂时中断正在运行的程序,转去执行一段特殊的服务
      程序,以处理该事件,该事件处理完后又返回被中断的程序
      继续执行,这一过程称为中断。
      (2)引入中断的原因
      提高对外设请求的响应实时性。
      提高了CPU的利用率
      避免了CPU不断检测外设状态的过程
      (3)中断类型

    第十章 可编程数字接口电路

    可编程定时计数器8253


    可编程并行接口8255



    可编程中断控制器8259





    第十一章 模拟接口电路

    模拟量的输入输出

    D: (Digital) 数字量
    A: (Analog) 模拟量
    采样和量化

    D/A转换器和A/D转换器

    1. 主要参数
      (1)分辨率
      输入的二进制数每+1/-1个最低有效位LSB,使输出变化的程度 , 1LSB = 1/(2^n-1)
      [n:D/A转换器的字长]
      (2)转换时间
      (3)精度
      (4)线性度
    2. D/A转换器与微处理器的接口方法
      (1)接口任务:解决数据锁存,缓冲问题
      (2)特点:控制信号,无专门数据传送间隔时间,调节数据宽度
      (3)接口电路结构:通用并行接口或直连
      (4)D/A:数字量转换为模拟量

    D/A转换器(DAC0832)NS

    1. 三种工作方式:直通方式,单缓冲方式,双缓冲方式
    2. 8位寄存器,T型电阻网络,电流型输出,不可编程
    3. 主要引脚功能:D7-D0,ILE,CS,WR1,WR2,XFER(低电平有效)
    4. 内部结构:
      (1)8位输入寄存器
      (2)8位DAC寄存器
      (3)8位D/A转换器

    A/D转换器(ADC0809)

    1.特点

    • 8通道(8路)输入
    • 8位字长
    • 逐位逼近型
    • 转换时间100us
    • 内置三态输出缓冲器
      2.主要引脚功能
    • D7-D0:输出数据线,三态
    • IN0-IN7:8通道模拟输入
    • ADDC,ADDB,ADDA通道地址选择
    • Start:启动变换
    • ALE:通道地址锁存
    • EOC:转换结束状态输出
    • OE:输出允许
    • CLK:工作时钟

    补充

    1. 控制信号
      (1)M/IO=1,CPU对存储器操作,M/IO=0,CPU对I/O操作
      (2)DT/R=1,CPU→【内存/(I/O)】,DT/R=0,外部→CPU
      (3)8086,RD,WR低电平有效
    2. ADC0809
      (1)EOC发出中断请求
      (2)CPU查询EOC状态
    3. D/A和A/D
      (1)主要参数:分辨率,转换时间,精度
    4. 数据传输方式(输入输出控制方式)
      (1)程序控制方式
      (1.1)无条件传送
      (1.2)有条件传送(查询)
      (2)中断控制方式
      (3)DMA
      (3.1)DMA传送方式:单元传送,块传送,请求传送
      (3.2)DMAC,8237A
      (3.3)DMA方式写,外设到存储器
      (3.4)8237占用8个输入输出端口
      (3.5)DMA控制方式中需要用到的一对联络信号是HLDA/HRQ
    5. 串行接口
      (1)串行接口中,并行数据和串行数据的转换通过移位寄存器实现
      (2)RS-232是串行通信标准
    6. 片选控制方式,全译码,部分译码,线译码
    7. I/O接口有独立编址和统一编址方式
    8. 复位后段寄存器的初值为:CS=FFFFH,DS=0000H,SS=0000H,ES=0000H,其他寄存器的初值都是0,特别是CS=FFFFH,IP=0000H,因此复位后CPU从FFFF0H开始执行程序
    9. 奇地址存储体和系统数据总线高8位相连,用BHE=0作为选通信号;偶地址存储体和系统数据总线低8位相连,用A0=0作为连通信号
    10. 对准字,从偶地址开始存放字数据的存放方式(传一次,A0和BHE都有效),非对准字,从奇地址开始存放字数据的存放方式(传两次,先奇BHE后偶A0)
    11. 寻址隐含约定:
      (1)直接寻址,DS
      (2)寄存器寻址:DS←BX/SI/DI;SS←BP
      (3)基址变址寻址:DS←BX+SI/DI ; SS:BP+SI/DI
      (4)堆栈:SS←SP
      (5)取指令:CS←IP
    展开全文
  • 单片机原理及接口技术(C51编程)张毅刚,全版教案。
  • 脑机接口技术

    千次阅读 2020-07-24 09:37:49
    点击上面"脑机接口社区"关注我们更多技术干货第一时间送达介绍脑机接口技术是一种与活动的大脑和计算机系统进行交互的系统,可以使用大脑中产生的信号来模拟计算机。实现脑机接口...

    介绍

    脑机接口技术是一种与活动的大脑和计算机系统进行交互的系统,可以使用大脑中产生的信号来模拟计算机。实现脑机接口技术有多种方法,例如

    1. 脑电图——它通过放置在头皮上的电极来记录大脑中电信号的活动。

    2. 功能磁共振成像(fMRI)——它记录大脑中血液流动的变化。

    3. 功能近红外光谱(fNIRS) -它通过神经元的血流动力学反应记录大脑活动。

    BCI也可以简化为以下步骤:

    1.信号产生

    2.信号检测

    3.对检测到的信号进行处理和输出。

    脑机接口的历史

    在20世纪70年代,科学家首次提出BCI的概念。BCI的研究始于加利福尼亚大学,其目的是研究神经修复术,以帮助诊断受损的视力、听力和运动。

    在20世纪90年代末,菲利普·肯尼迪(Phillip Kennedy)开发了读取信号的设备,但并不是很精确。他的专利装置由玻璃锥和涂有神经营养蛋白的微电极组成。这是为了促进电极与大脑皮层细胞外基质的结合。

    在2004年左右,研究人员演示了无创BCI的使用,并使用BCI操作计算机。它是通过戴有电极的帽子来控制的。它能够从大脑皮层捕获脑电图。从那时起,BCI迅速发展,被用于控制各种设备,例如光标,机器人等。

    几年前,埃隆·马斯克(ElonMusk)投资2700万美元进入脑机接口领域,旨在根据人工智能开发BCI以改善人类交流。Facebook也表示愿意使用脑机接口技术来开展有趣的项目,比如利用大脑信号进行高速打字。

    https://www.nature.com/articles/nrneurol.2016.113

    BCI的结构

    在通过BCI控制设备时,需要一定的机制。必须有大脑活动,并且将通过上述任何一种方法(例如EEG等)来记录大脑活动。然后我们将研究输出,并标记出负责大脑运动或任何动态行为的特征。接下来是重要的部分:使用软件的功能,即将其从模拟信号转换为计算机信号。我们使用CNN/DQN分类器进行分类,并通过特定的算法训练我们的软件。最后,使用该软件来运行应用程序。它可以是机械臂,传感器,光标等。

    https://www.nature.com/articles/nrneurol.2016.113

    为什么在脑机接口技术中使用CNN?

    卷积神经网络(Convolutional NeuralNetwork, CNN)属于深度神经网络的一个分支。它的功能与视觉皮层相似,以同样的方式进行学习,即通过输入进行学习,并相应地管理输入的权重,通过正向传播和反向传播来减少分类误差。我们的大脑有多个神经元结构,就像CNN模型有多个神经元相互连接一样。CNN的优势是在数据上采用分层的模式,这有助于对多层进行处理,最终将输出以最优化的方式整合到个单一的结构中。

    CNN经常用于BCI技术中,以恢复视力障碍并将其他视觉运动反馈给计算机。

    https://www.semanticscholar.org/paper/Increeasing-the-learning-Capacity-of-BCI-Systems-via-Saidutta-Zou/8c246451b145ea24a046eececcb103700aa5529f

    可以使用fNIRS和EEG方法获得数据集,然后我们可以以所需的方式对其进行处理以获得结果。

    脑机接口技术的双向视图

    到目前为止,我们仅讨论了大脑对计算机的控制行为。据研究人员称,这将是利用BCI力量的最认知方式,因为在神经病学方面,它将产生巨大的影响并且有可能解决各种大脑问题。刺激神经系统是其背后的关键思想。

    脑-机接口技术的这一主要方面对残疾人非常有益。随着这项技术发展,可以完成诸如轮椅移动或无需手动操作任何特定设备之类的任务。

    https://www.researchgate.net/figure/A-basic-idea-of-BCI-based-control-for-next-generation-electric-wheelchair-adopted-from_fig3_224585977

    如何读脑电图?

    当电极被放置在大脑上记录电信号的变化时,EEG在实验过程中会打印出一个图形,这个图形随时间变化,并显示各种图形,以显示不同部位的行为活动。当一个人专门思考某件事或进行某项运动时,大脑信号就会发生变化,并在脑电图(EEG)产生的图形中被记录和识别。

    虽然这些变化没有描述任何独特的行为,但在图形的规则模式中可以发现有些差异。通过对这些差异的深入研究,我们得出结论,图表中的峰值及其高度确实与我们的思维过程有关。在特定时期或某些活动中可以观察到某些峰值模式。利用这些趋势,提取特征,然后运行到AI,在AI中可以将其功能化为实际模型应用程序。

    https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/eeg/about/pac-20393875

    脑机接口技术的现状与未来

    目前,BCI仅限于实验室,它的运作是基于一个机构和数据的收集。这种无创技术还处于发展阶段。

    各个大学都在研究BCI,BCI在医学领域的发展必将是人类最令人惊叹的成就之一。脑机接口(BCI)是脑机接口技术的重要组成部分,它正日益成为可靠的技术,改变着患者的生活,特别是对那些瘫痪或类似情况的患者。

    由于特征提取中的错误,我们今天并没有真正找到BCI的真实形式。通常大脑的输出包括很多噪音,它不能提供我们需要的数据质量。造成这一问题的原因之一是非侵入性技术的使用,但显然,安全一直是科学家和研究人员的首要考虑。另一个问题是输出的时间依赖性,因为在生物体内电信号往往每毫秒发生变化,因此很难判断输出。为了减少这种情况,CNN算法中也使用了反馈机制来训练数据。

    未来,脑机接口技术的应用场景将会非常广泛。

    高小榕介绍,第一类是教育,比如训练学生集中注意力。第二类是医疗领域,比如帮助渐冻症患者或残障人士更方便地操控智能设备。第三类是让正常人的能力得到更好发挥,比如用意念操控电脑或开汽车等等。

    但目前来看,脑机接口技术还面临诸多发展瓶颈。

    首先,脑机接口设备的使用并不是很方便。比如在“2018年世界机器人大赛——BCI脑控类”赛事现场,观众想要体验脑机接口技术,需要先洗干净头发,戴上脑电帽,再让工作人员往脑电电极与头皮接触部分注入导电胶,导电胶干掉后还需要重新注入,整个过程比较繁琐。

    再者,使用脑机接口设备的过程也十分耗费脑力。一位参加此次脑控赛事的选手告诉记者,由于在比赛过程中环境嘈杂,需要选手注意力非常集中,以让脑电波信号被脑机接口设备检测到,所以一段时间后大脑会感到很疲惫。

    但是,随着脑机接口技术的发展,脑机接口应用也会像之前的人工智能技术,几年前,人工智能语音接口还是新鲜事物,如今用语音操控智能手机、电脑、音箱等设备已经十分常见。未来脑机接口技术应用前景可期!

    延伸阅读:

    精彩长文 | 脑机接口技术的现状与未来!

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  • 脑机接口技术介绍、应用与挑战

    千次阅读 2020-04-19 20:57:24
    目录脑机接口简介脑机接口技术1.P300脑机接口2.SSVEP脑机接口3.运动想象脑机接口脑机接口应用脑机接口挑战 本分享为脑机学习者Rose整理发表于公众号:脑机接口社区(微信号:Brain_Computer).QQ交流群:941473018...

    本分享为脑机学习者Rose整理发表于公众号:脑机接口社区 .QQ交流群:941473018

    脑机接口简介

    脑机接口的概念最先于1973年提出,伴随着计算机性能的飞速提高,在美国“人类脑计划”的资金支持下,脑机接口的研究进入了高速发展期。2000 年,在《自然》发表了一篇“RealBrains for Real Robots” 的文章,首次报道了从猴子的大脑皮层成功获取到了脑电信号,对千里之外的机器人进行了实时控制,实现了“Monkey Think,Robot Do”。此后随着神经科学及计算机技术的快速发展,对脑机接口的研究也取得了快速发展和进展。特别是1999年、2002 年、2005年和2008 年召开的四次BCI 国际会议,明确了BCI研究的发展方向和面临的挑战,使得BCI成为国际研究热点。

    作为一项新兴且潜力巨大的技术,美国国防部(比如DARPA、陆军研究实验室等)、科研机构和高科技公司都在积极进行研究。特斯拉创始人Elon Musk等2016年7月投资创立了面向神经假体应用和未来人机通信的脑机接口公司Neuralink。其短期目标是治愈严重的脑部疾病,如老年痴呆症和帕金森症,并且最终通过与人工智能的融合来增强大脑。Facebook计划开发一个设备,能让人们通过脑波每分钟输入100个单词。该设备也可以作为增强现实应用的一个大脑鼠标,而不需要通过跟踪手部动作来控制光标。
    在这里插入图片描述
    图1.脑机接口系统组成部分

    BCI系统根据脑电信号获取的方式,可分为非侵入式、半侵入式和侵入式三种。其位置和特征如图2所示。对非侵入式BCI的研究,由于只需要通过相关设备对大脑皮层的表面信号,直接进行采集和处理,因此不需要外科手术的介入,已成为BCI研究的热点方向。脑电信号由于其时间分辨率高,采集设备容易携带,便于投入使用等优点,正成为脑机接口应用于控制系统(轮椅、机械手等)的主要方式。
    在这里插入图片描述
    图2. 脑机接口系统的信号来源和特征

    非侵入式脑机接口无需动手术,直接从大脑外部采集大脑信号。常用的非侵入式信号有头皮脑电(EEG)、功能近红外光谱(fNIRS)和功能核磁共振成像(fMRI)等,其中以EEG最为常见。EEG通常由头戴式的脑电帽通过电极从头皮上采集,可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动。

    脑机接口技术

    脑机接口系统允许被试者使用脑信号直接控制外部设备,根据利用的脑信号的类别,大致可以分为以下四种:
    基于脑电(Electroencephalography, EEG)的脑机接口、基于脑磁(Magnetoencephalography, MEG)的脑机接口、基于功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)的脑机接口和基于功能性近红外光谱(functional near -infrared spectroscopy, fNIRS)的脑机接口。

    脑电是一种由脑细胞群之间以电离子形式传递信息而产生的生物电现象,是神经元电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。相比于其它类型的脑信号,EEG具有采集方便、时空分辨率高等优点,在BCI系统中具有独特的应用价值。目前,EEG脑机接口主要有以下三种类型:

    1.P300脑机接口

    P300是大脑认知过程中产生的一种事件相关电位,主要与期待、意动、觉醒、注意等心理因素有关。Sutton等人发现,当人脑受到小概率相关事件的刺激时,脑电信号中会出现一个潜伏期约为300ms的正向波峰,P300因此得名。
    在这里插入图片描述
    (a)P300
    经典的P300电位可以在Oddball实验范式下出现。Oddball范式的要点是,对同一感觉通道(视觉或听觉)施加两种刺激,一种刺激出现的概率很大(称为准刺激),另一种刺激出现的概率很小(称为靶刺激)。两种刺激以随机顺序出现,实验任务要求被试者将注意力集中到靶刺激上。这样,可以在靶刺激呈现约300ms之后观测到一个正波,即P300。研宄表明,靶刺激出现的概率越小,所引起的P300振幅越大。

    典型的P300脑机接口是由神经心理学家Farwell等人设计的虚拟打字机。虚拟打字机的界面由26个英文字母和10个阿拉伯数字组成,形成一个6行6列的字符矩阵。矩阵按行或列随机闪烁,使用者注视需要输入的字符。当目标字符所在的行或列闪烁时,即可触发靶刺激。通过检测P300电位的发生时间,就能确定目标字符所在的行和列,行列交叉处的字符即为使用者想要输入的字符。

    2.SSVEP脑机接口

    稳态视觉诱发电位(Steady-stateVisual Evoked Potentials, SSVEP)属于视觉诱发电位(Visual Evoked Potentials, VEP),是指当人眼受到一个恒定频率(通常大于4Hz)的视觉刺激时,大脑视觉皮层会自动产生与刺激频率及其谐波频率同频率的响应。当刺激的频率小于4Hz时,所引发的电位称为瞬态视觉诱发电位(Transient Visual Evoked Potentials, TVEP)。
    在这里插入图片描述
    (b)稳态视觉激发电位
    典型的SSVEP脑机接口是由清华大学高上凯等人设计的自动拨号系统。系统的界面上包含0-9十个拨号键,每个拨号键分别按不同的频率闪烁。当用户注视某个拨号键时,所诱发的SSVEP中会包含大量相应频率的基波和谐波。通过分析脑电信号的频率成分,便可得知用户注视的目标拨号键,从而实现拨号的功能。

    3.运动想象脑机接口

    运动想象(Motorimagery, MI)信号产生的理论依据是事件相关去同步和事件相关同步。当人在头脑中想象某肢体运动时,感觉运动皮质的相应区域便会处于活跃状态,该区域产生的脑电信号中的alpha波和beta波将出现幅值上的衰减,这种现象被称为事件相关去同步。相反,若大脑没有进行运动想象任务,脑电alpha波和beta波频谱震荡的幅度就会表现出明显的增强,即事件相关同步。目前MI脑机接口使用较多的有想象左手运动、右手运动、腿部运动和舌部运动。
    在这里插入图片描述
    (c)运动想象
    MI脑机接口不依赖任何刺激装置,属于自发式BCI系统。这种工作模式自然、直接,更符合脑机接口的本意,但其缺点是可识别的运动想象模式数目有限,而且被试者需要进行较长时间的训练。

    脑机接口应用

    脑机接口的主要应用有:

    替代:脑机接口系统的输出可能取代由于损伤或疾病而丧失的自然输出,如丧失说话能力的人通过脑机接口输出文字,或通过语音合成器发声。以已故著名物理学家霍金为代表的脊髓侧索硬化症患者,以及重症肌无力患者、因事故导致高位截瘫的患者等重度运动障碍患者群体,是此类脑机接口系统的重要应用对象。这些患者的共同特点是,他们有相对完整的思维能力,但丧失了对肌肉和外周神经系统的自主控制能力,因此无法有效地向外界表达自己的需求和想法。将自己脑中所想的信息通过某种辅助手段传达出来是这一患者群体最基本且最重要的需求。

    恢复:脑机接口的输出可以恢复丧失的功能。如人工耳蜗已经帮助数十万失聪病人恢复听力,人工眼球可以帮助失明病人重新看见东西,等。中风患者在失去肢体控制能力后,也可以通过脑机接口技术对患者的大脑运动皮层进行训练,帮助病人进行康复。

    增强:主要是针对健康人而言,实现机能的扩展。在工程心理学领域,机动车驾驶员、飞行员、航空空中交通管制员等特殊作业岗位人员的认知负荷、疲劳程度等状态对于作业绩效、工作安全都十分重要。脑机接口所提供的实时监测数据为工作管理提供了重要的客观依据,能够更好地保证人员安全和工作绩效。澳大利亚的SmartCap公司已经把此项应用商业化。通过在棒球帽内植入电极,可以实时监测用户的疲劳状态。在教育领域,脑机接口可以对学生的注意力水平进行实时评测,为教师教学安排提供参考。在市场营销领域,脑机接口技术可以用于评价观看广告、电影、电视等媒体内容的观众情绪体验,以及更加广义的人机交互情景下的用户体验。

    补充:对于控制领域,除了手控的方法之外还可以增加脑控方式,实现多模态控制,这里脑机接口作为原来单一控制方法的补充。在游戏娱乐领域,脑机接口为游戏玩家提供了独立于传统游戏控制方式之外的新的操作维度,丰富了游戏内涵并提升了游戏体验。

    改善:例如针对康复领域,对于感觉运动皮层相关部位受损的中风病人,脑机接口可以从受损的皮层区采集信号,然后刺激肌肉或控制矫形器,改善手臂运动。癫痫病人的大脑会出现某个区域的神经元异常放电,通过脑机接口技术检测到神经元异常放电后,可以对大脑进行相应的电刺激,从而减少癫痫发作。运动想象脑机接口在针对自闭症儿童的康复训练中正在承担重要的角色。与正常儿童相比,自闭症儿童在观看他人运动情景时模仿动机弱,相应的感觉运动皮层激活程度较低。通过让这些儿童参与基于自身感觉运动皮层激活程度强弱实时反馈的游戏项目,可以提升他们对感觉运动皮层激活程度的自我控制能力,从而改善自闭症的症状。类似的脑机接口神经反馈训练范式也有望在多动症、抑郁症等治疗中发挥积极作用。

    脑机接口挑战

    无论是何种脑机接口应用,其当前可实现的性能距离人们在科幻作品中的设想还有很长的路要走。除了传感技术上的局限外,更关键的挑战在于我们对大脑工作机制的了解还十分有限。神经科学领域学者对大脑工作机制的持续探索发现是脑机接口系统实现的核心基础,而神经工程领域基于这些探索发现所提出的大脑计算神经模型、神经编码与解码方法,则为脑机接口实践应用提供关键技术方法支撑。随着近年来世界各国纷纷启动脑计划,如美国的BRAIN Initiative、欧盟的Human Brain Project、 日本Brain/Minds Project 等,有望在不久的将来在脑研究方面取得突破性的进展,从而为脑机接口技术的进一步发展带来全新的机遇。

    特别值得一提的是,中国脑计划的“脑科学与类脑智能”这一重点发展方向强调脑研究与人工智能研究的结合,可能为脑机接口提供新的突破口。

    参考
    脑机接口技术介绍、应用与挑战
    伍冬睿教授的脑机接口简介
    混合脑机接口实验及其应用研究
    基于SSVEP的便携式脑机接口系统构建方法与关键技术研究
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