x86cpu串行存储器的仿真与实现(附件)
摘 要CPU其实质是一块超大规模的集成电路，是计算机的运算、控制核心。随着科技的不断发展，也产生了许多功能强大的CPU。其中intelX86系列仍然是目前微机系统中最主流的。随着计算机及CPU的发展，存储器也得到了迅猛发展，微机系统中的存储器一般分为串行跟并行两种。其中串行存储器具有成本低速度快的优点因而广泛运用于各类电子产品，了解如何将其运用于一个实际系统中，可以加深我们对存储器的认识，对我们的实践能力也大有益处。本课题采用AT24C02系列的串行存储器和X86CPU组成了一个串行存储系统，要求我必须了解掌握I2C总线、芯片工作时序及工作状态、汇编语言，也需要掌握Proteus的基本操作。最后，我在老师同学的帮助下，绘制出了原理图，能够实现仿真并且也能够搭建实物电路，较好地完成了本次课题。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2存储器的分类 1
1.3 课题的研究内容 2
第二章 系统总体结构 3
2.1 8086微型计算机的结构 3
2.2存储器AT24C02 8
2.3 8255A工作方式 12
第三章 硬件设计 14
3.1 任务要求 14
3.2 初步分析 14
3.3 方案论证 14
3.4 最终方案 16
第四章 软件设计 17
4.1 Proteus软件 17
4.2 程序流程图 18
4.3 程序结构 19
4.4 程序的编译与加载 22
第五章 仿真的调试和实物线路搭建 26
结束语 28
致谢 29
参考文献 30
附录A 31
附录B 32
第一章 绪论
1.1课题的背景和意义
随着科技的日新月异，计算机技术迅速发展，存储器也得到了迅猛发展。存储器是用来存储各种数据的芯片，是计算机的重要组成部分。串行存储器具有成本低速度快的优点因而广泛运用于各类电子产品，了解如何将其运用于一个实际系统中，可以加深我们对存储器的认识，对我们的实践能
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力也大有益处。中央处理器（CPU，Central Processing Unit）其实质是一块超大规模集成电路，对计算机具有控制作用，是计算机的运算部件。它可以解释并运行计算机指令，也可以处理计算机软件中的各种数据。随着计算机技术的不断发展，各类功能强大的CPU相继出现。其中Intel X86系列CPU仍是目前微机系统最主流的CPU，课题要求探索串行存储器在Intel X86系列CPU环境下的具体应用，这对培养和训练我们工科大学生在微机接口方面的应用实践能力很有意义。
1.2存储器的分类
随着科技的日新月异，我们工作生活中出现了各种类型的存储器。通过其用途我么可以将存储器分为主存储器、辅助存储器，即内存储器（简称内存）和外部存储器。
内存其实质是一块集成电路。使用它不仅能够收发数据，而且还可以用来存储数据。如果按照存储信息功能来分类内存储器，可以分为只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存储器RAM（Random Access Memory）。ROM存储器只能读出其中的信息，而不能修改或者删除其中的信息，所以一般用于存储固定的程序信息。RAM就是我们平时提到的内存，可以存储各种现场的输入、输出数据，计算结果等，并且还可以与外存储器交换信息。可以读出、写入、修改各种数据到其存储单元中。但是，一旦在断电的情况下，便会丢失其存储单元中的数据。
RAM的分类
（1）SRAM（静态随机存储器）
SRAM（Static Random Access Memory），即静态随机存取存储器。该内存具有静止存取功能，保存它内部存储数据时，无需刷新电路。
（2）DRAM（动态随机存储器）
DRAM是最普遍的一种系统内部存储器。DRAM只能在很短的时间里储存数据。为了保存数据信息，DRAM使用的是电容存储，所以一定要每隔一段时间便对其刷新一次，如果没有刷新其存储单元，存储信息便会丢失。
2、ROM的分类
（1）ROM
这是一种只能用于读取的存储器。ROM内部资料是在ROM制造工序中，在工厂中使用特殊方法烧录进去的，其中内容只能够读取，不能修改或者再写入，一旦写入，使用者便只能够验证或者读取其信息，无法再修改，如果发现内容有错误，只能够舍弃再定做一份。利用这种特性，电脑中的开机启动通常都是使用这种类型的存储器，CPU直接读取C盘目录里操作系统文件到内存中，然后再通过CPU调用各种设备进行工作，用户不能直接对其中内容进行修改或者写入，从而保证了系统不会被使用者所破坏。
（2）PROM
由于ROM无法进行写操作，无法修改，后来人们发明了PROM，即可编程只读存储器。刚从工厂中制作出来的PROM其内部是没有任何内容资料的，用户可以使用其专用的编程器对其进行编辑，但只能烧录一次，一旦烧录成功便无法修改。其工作原理通常是因为其内部行列式的熔断丝结构，一旦收到烧录信息，便在相应熔丝上通以足够大足够久的电流使其熔断，从而保留了烧录内容，此时熔断丝已熔断，无法再次修改。
（3）EPROM与E2PROM
为可擦除可编程ROM，解决了PROM只能烧录一次的弊端。但是其擦除 操
作需要紫外线照射其内部芯片，操作十分不方便。E2PROM擦除便不需要借助其他设备，所以广泛用于电子系统中，它是以电子信号来修改其内部内容的，本课题所使用的AT24C02就是这种芯片。
1.3 课题的研究内容
本课题拟以Intel X86CPU为硬件平台（具体涉及到的重要芯片有8255A可编程I/O芯片、24C02串行存储器、锁存器/缓冲器等），采用I2C串行通信技术，设计并实现一个能对FLASH存储芯片（如24Cxx系列）进行数据读取与存储的电路系统。该电路系统应能使用PROTEUS仿真软件来进行仿真调试，并近一步地能够在相应微机实验平台上进行实物搭建与演示。应用程序可用C++或汇编语言来进行编程，微机实验平台建议选用由清华大学教科仪器厂研发的TPC2003A 32位总线微机实验箱。课题要求对I2C总线以及对串行存储器、8086CPU有较好的理解，并要求能够对Proteus仿真软件能熟练应用。
第二章 系统总体结构
2.1 8086微型计算机的基本结构
8086是Inter公司最经典的一款微处理器芯片，它为16位芯片。每个8086CPU中都拥有16根数据总线、20根地址总线。采用的是 40脚双列直插式封装，即DIP封装。其可寻址内存地址空间是220B；I/O地址的空间是216B，也就是64KB。
在8086工作时，工作电压是单一的+5V电源，其时装频率为4.77~10MHz，其引脚信号电压也是符合TTL电平的。还有一种准16位芯片8088，与8086同时发行，也具有跟8086相似的内部结构，所以这两种芯片是完全兼容的，但是他们之间仍有差异：比如在数据总线上，8086是16位的而8088是8位。也因此，在执行相同程序时，8088有更多的外部存储的操作速度较慢。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2存储器的分类 1
1.3 课题的研究内容 2
第二章 系统总体结构 3
2.1 8086微型计算机的结构 3
2.2存储器AT24C02 8
2.3 8255A工作方式 12
第三章 硬件设计 14
3.1 任务要求 14
3.2 初步分析 14
3.3 方案论证 14
3.4 最终方案 16
第四章 软件设计 17
4.1 Proteus软件 17
4.2 程序流程图 18
4.3 程序结构 19
4.4 程序的编译与加载 22
第五章 仿真的调试和实物线路搭建 26
结束语 28
致谢 29
参考文献 30
附录A 31
附录B 32
第一章 绪论
1.1课题的背景和意义
随着科技的日新月异，计算机技术迅速发展，存储器也得到了迅猛发展。存储器是用来存储各种数据的芯片，是计算机的重要组成部分。串行存储器具有成本低速度快的优点因而广泛运用于各类电子产品，了解如何将其运用于一个实际系统中，可以加深我们对存储器的认识，对我们的实践能
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
力也大有益处。中央处理器（CPU，Central Processing Unit）其实质是一块超大规模集成电路，对计算机具有控制作用，是计算机的运算部件。它可以解释并运行计算机指令，也可以处理计算机软件中的各种数据。随着计算机技术的不断发展，各类功能强大的CPU相继出现。其中Intel X86系列CPU仍是目前微机系统最主流的CPU，课题要求探索串行存储器在Intel X86系列CPU环境下的具体应用，这对培养和训练我们工科大学生在微机接口方面的应用实践能力很有意义。
1.2存储器的分类
随着科技的日新月异，我们工作生活中出现了各种类型的存储器。通过其用途我么可以将存储器分为主存储器、辅助存储器，即内存储器（简称内存）和外部存储器。
内存其实质是一块集成电路。使用它不仅能够收发数据，而且还可以用来存储数据。如果按照存储信息功能来分类内存储器，可以分为只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存储器RAM（Random Access Memory）。ROM存储器只能读出其中的信息，而不能修改或者删除其中的信息，所以一般用于存储固定的程序信息。RAM就是我们平时提到的内存，可以存储各种现场的输入、输出数据，计算结果等，并且还可以与外存储器交换信息。可以读出、写入、修改各种数据到其存储单元中。但是，一旦在断电的情况下，便会丢失其存储单元中的数据。
RAM的分类
（1）SRAM（静态随机存储器）
SRAM（Static Random Access Memory），即静态随机存取存储器。该内存具有静止存取功能，保存它内部存储数据时，无需刷新电路。
（2）DRAM（动态随机存储器）
DRAM是最普遍的一种系统内部存储器。DRAM只能在很短的时间里储存数据。为了保存数据信息，DRAM使用的是电容存储，所以一定要每隔一段时间便对其刷新一次，如果没有刷新其存储单元，存储信息便会丢失。
2、ROM的分类
（1）ROM
这是一种只能用于读取的存储器。ROM内部资料是在ROM制造工序中，在工厂中使用特殊方法烧录进去的，其中内容只能够读取，不能修改或者再写入，一旦写入，使用者便只能够验证或者读取其信息，无法再修改，如果发现内容有错误，只能够舍弃再定做一份。利用这种特性，电脑中的开机启动通常都是使用这种类型的存储器，CPU直接读取C盘目录里操作系统文件到内存中，然后再通过CPU调用各种设备进行工作，用户不能直接对其中内容进行修改或者写入，从而保证了系统不会被使用者所破坏。
（2）PROM
由于ROM无法进行写操作，无法修改，后来人们发明了PROM，即可编程只读存储器。刚从工厂中制作出来的PROM其内部是没有任何内容资料的，用户可以使用其专用的编程器对其进行编辑，但只能烧录一次，一旦烧录成功便无法修改。其工作原理通常是因为其内部行列式的熔断丝结构，一旦收到烧录信息，便在相应熔丝上通以足够大足够久的电流使其熔断，从而保留了烧录内容，此时熔断丝已熔断，无法再次修改。
（3）EPROM与E2PROM
为可擦除可编程ROM，解决了PROM只能烧录一次的弊端。但是其擦除 操
作需要紫外线照射其内部芯片，操作十分不方便。E2PROM擦除便不需要借助其他设备，所以广泛用于电子系统中，它是以电子信号来修改其内部内容的，本课题所使用的AT24C02就是这种芯片。
1.3 课题的研究内容
本课题拟以Intel X86CPU为硬件平台（具体涉及到的重要芯片有8255A可编程I/O芯片、24C02串行存储器、锁存器/缓冲器等），采用I2C串行通信技术，设计并实现一个能对FLASH存储芯片（如24Cxx系列）进行数据读取与存储的电路系统。该电路系统应能使用PROTEUS仿真软件来进行仿真调试，并近一步地能够在相应微机实验平台上进行实物搭建与演示。应用程序可用C++或汇编语言来进行编程，微机实验平台建议选用由清华大学教科仪器厂研发的TPC2003A 32位总线微机实验箱。课题要求对I2C总线以及对串行存储器、8086CPU有较好的理解，并要求能够对Proteus仿真软件能熟练应用。
第二章 系统总体结构
2.1 8086微型计算机的基本结构
8086是Inter公司最经典的一款微处理器芯片，它为16位芯片。每个8086CPU中都拥有16根数据总线、20根地址总线。采用的是 40脚双列直插式封装，即DIP封装。其可寻址内存地址空间是220B；I/O地址的空间是216B，也就是64KB。
在8086工作时，工作电压是单一的+5V电源，其时装频率为4.77~10MHz，其引脚信号电压也是符合TTL电平的。还有一种准16位芯片8088，与8086同时发行，也具有跟8086相似的内部结构，所以这两种芯片是完全兼容的，但是他们之间仍有差异：比如在数据总线上，8086是16位的而8088是8位。也因此，在执行相同程序时，8088有更多的外部存储的操作速度较慢。
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