微机原理与接口专升本名师辅导材料Word文档下载推荐.docx
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8086微处理器内部安排了两个逻辑单元,即执行部件EU和总线接口部件BIU。
EU主要负责指令译码、执行和数据运算,包括计算有效地址;
BIU主要完成计算物理地址、从内存中取指令、实现指令规定的读/写存储器或外部设备等信息传输类操作。
2.38086CPU中的指令队列的作用是预取指令,其长度是6字节。
2.48086CPU内部寄存器有哪几种?
各自的特点和作用是什么?
【解答】CPU有14个内部寄存器,可分为3大类:
通用寄存器、控制寄存器和段寄存器。
通用寄存器是一种面向寄存器的体系结构,操作数可以直接存放在这些寄存器中,既可减少访问存储器的次数,又可缩短程序的长度,提高了数据处理速度,占用内存空间少。
控制寄存器包括指令指针寄存器IP和标志寄存器FLAG:
IP用来指示当前指令在代码段的偏移位置;
FLAG用于反映指令执行结果或控制指令执行的形式。
为了实现寻址1MB存储器空间,8086CPU将1MB的存储空间分成若干个逻辑段进行管理,4个16位的段寄存器来存放每一个逻辑段的段起始地址。
2.58086的标志寄存器分为6个状态标志位和3个控制标志位,它们各自的含义和作用是什么?
【解答】标志寄存器各标志位的含义和作用如下表:
表2-1标志寄存器FLAG中标志位的含义和作用
标志位
含义
作用
CF
进位标志
CF=1,指令执行结果在最高位上产生一个进位或借位;
CF=0,则无进位或借位产生
PF
奇偶标志
PF=1,结果低8位含偶数个1;
PF=0,表示结果低8位含奇数个1
AF
辅助进位标志
AF=1,运算结果的低4位产生了一个进位或借位;
AF=0,则无此进位或借位
ZF
零标志
ZF=1,运算结果为零;
ZF=0,则运算结果不为零
SF
符号标志
SF=1,运算结果为负数;
SF=0,则结果为正数
OF
溢出标志
OF=1,带符号数在进行运算时产生了溢出;
OF=0,则无溢出
TF
陷阱标志
TF=1,8086CPU处于单步工作方式;
TF=0,8086CPU正常执行程序
IF
中断允许标志
IF=1,允许CPU接受外部从INTR引脚上发来的可屏蔽中断请求信号;
IF=0,则禁止接受可屏蔽中断请求
DF
方向标志
DF=1,字符串操作指令按递减的顺序对字符串进行处理;
DF=0,字符串操作指令按递增的顺序进行处理
2.6已知堆栈段寄存器(SS)=2400H,堆栈指针(SP)=1200H,计算该堆栈栈顶的实际地址,并画出堆栈示意图。
(SS)=2400H,(SP)=1200H
;
PA=(SS)×
10H+(SP)=2400H×
10H+1200H=25200H。
2.78086的存储器采用奇偶存储体结构,数据在内存中的存放规定是低字节存放在低地址中,高字节存放在高地址中,以低地址为字的地址,规则字是指低字节地址为偶地址的字,非规则字是指低字节的地址为奇地址的字。
2.8解释逻辑地址、偏移地址、有效地址、物理地址的含义,8086存储器的物理地址是如何形成的?
怎样进行计算?
【解答】逻辑地址:
表示为段地址:
偏移地址,书写程序时用到,一个存储单元可对应出多个逻辑地址;
偏移地址:
是某一存储单元距离所在逻辑段的开始地址的字节个数。
有效地址:
是指令中计算出的要访问的存储单元的偏移地址。
物理地址:
是CPU访问存储器时用到的20位地址,是存储单元的唯一的编号。
物理地址计算公式:
物理地址=段地址×
10H+有效地址(或偏移地址)
2.98086系统中的存储器分为几个逻辑段?
各段之间的关系如何?
每个段寄存器的作用是什么?
【解答】8086CPU将1MB的存储空间分成逻辑段来进行管理:
每个逻辑段最小为16B。
所以最多可分成64K个段;
每个逻辑段最大为64KB,最少可分成16个逻辑段。
各段的起始位置由程序员指出,可以彼此分离,也可以首尾相连、重叠或部分重叠。
4个16位的段寄存器用来存放每一个逻辑段的段起始地址:
CS中为代码段的起始地址;
DS中为数据段的起始地址;
SS中为堆栈段的起始地址;
ES中为附加段的起始地址。
2.10I/O端口有哪两种编址方式,各自的优缺点是什么?
【解答】I/O端口有两种编址方式:
统一编址和独立编址。
统一编址方式是将I/O端口与内存单元统一起来进行编号,即包括在1MB的存储器空间中,看作存储器单元,每个端口占用一个存储单元地址。
该方式主要优点是不需要专门的I/O指令,对I/O端口操作的指令类型多;
缺点是端口要占用部分存储器的地址空间,不容易区分是访问存储器还是外部设备。
独立编址的端口单独构成I/O地址空间,不占用存储器地址。
优点是地址空间独立,控制电路和地址译码电路简单,采用专用的I/O指令,使得端口操作的指令在形式上与存储器操作指令有明显区别,程序容易阅读;
缺点是指令类别少,一般只能进行传送操作。
2.118086的最大工作模式和最小各种模式的主要区别是什么?
如何进行控制?
【解答】两种模式的主要区别是:
8086工作在最小模式时,系统只有一个微处理器,且系统所有的控制信号全部由8086CPU提供;
在最大模式时,系统由多个微处理器/协处理器构成的多机系统,控制信号通过总线控制器产生,且系统资源由各处理器共享。
8086CPU工作在哪种模式下通过CPU的第33条引脚MN/
来控制:
MN/
=1,系统就处于最小工作模式;
=0,系统处于最大工作模式。
2.12在内存有一个由20个字节组成的数据区,其起始地址为1100H:
0020H。
计算出该数据区在内存的首末单元的实际地址。
【解答】逻辑地址1100H:
0020H对应的物理地址为PA=1100H×
10H+0020H=11020H,即该数据区在内存中的首单元的物理地址为11020H;
因为存储空间中每个字节单元对应一个地址,所以20个字节对应20个地址,则该数据区在内存中的末单元的物理地址PA=11020H+20D=11020H+14H=11034H。
2
2.15在内存中保存有一个程序段,其位置为(CS)=33A0H,(IP)=0130H,当计算机执行该程序段指令时,分析实际启动的物理地址是多少。
【解答】逻辑地址(CS):
(IP)=33A0H:
0130H,计算出对应物理地址PA=(CS)×
10H+(IP)=33A0H×
10H+0130H=33B30H
2.16什么是总线周期?
8086CPU的读/写总线周期各包含多少个时钟周期?
什么情况下需要插入等待周期TW,什么情况下会出现空闲状态TI?
【解答】8086CPU经外部总线对存储器或I/O端口进行一次信息的输入或输出过程所需要的时间,称为总线周期。
8086CPU的读/写总线周期通常包括T1、T2、T3、T4状态4个时钟周期。
在高速的CPU与慢速的存储器或I/O接口交换信息时,为了防止丢失数据,会由存储器或外设通过READY信号线,在总线周期的T3和T4之间插入1个或多个必要的等待状态TW,用来进行必要的时间补偿。
在BIU不执行任何操作的两个总线周期之间会出现空闲状态TI。
2.1780286CPU的内部结构与8086相比,有哪些增加的部件?
其主要特点和功能是什么?
【解答】80286CPU的可编程寄存器在8086寄存器结构的基础上,增加了一个16位的机器状态字寄存器MSW。
而且为适应80286性能的提高,在8086的状态标志寄存器F中,又增加使用了3个位,即IOPL—I/O特权层标志(占用12、13位)和NT—嵌套任务标志(占用14位)。
NT标志位表示当前执行的任务嵌套于另一任务中,IOPL用来定义当前任务的I/O特权层。
2.19什么是虚拟存储技术?
该技术的主要优点有那些?
【解答】虚拟存储技术是一种存储管理技术,采用硬件、软件相结合的方法,由系统自动分批将程序调入内存,不断地用新的程序段来覆盖内存中暂时不用的老程序段。
虚拟存储技术的主要优点有:
(1)扩大了程序可访问的存储空间;
(2)便于实施多任务的保护和隔离;
(3)便于操作系统实现内存管理。
2.20简要分析Pentium系列微处理器的4种工作方式具备的特点。
(1)实地址方式:
系统加电或者复位时进入实地址方式,使用16位80X86的寻址方式、存储器管理和中断管理;
使用20位地址寻址1MB空间,可用32位寄存器执行大多数指令。
(2)保护方式:
支持多任务运行环境,对任务进行隔离和保护,进行虚拟存储管理能够充分发挥Pentium微处理器的优良性能。
(3)虚拟8086方式:
是保护模式下某个任务的工作方式,允许运行多个8086程序,使用8086的寻址方式,每个任务使用1MB的内存空间。
(4)系统管理方式:
主要用于电源管理,可使处理器和外设部件进入“休眠”,在有键盘按下或鼠标移动时“唤醒”系统使之继续工作;
利用SMM可以实现软件关机。
习题3
3.1简要分析8086的指令格式由哪些部分组成,什么是操作码?
什么是操作数?
寻址和寻址方式的含义是什么?
8086指令系统有哪些寻址方式?
【解答】8086的指令格式由操作码和操作数字段组成。
操作码:
要完成的操作。
操作数:
参与操作的对象。
寻址:
寻找操作数或操作数地址的过程。
寻址方式:
指令中给出的找到操作数或操作数地址采用的方式。
8086指令系统的寻址方式主要有立即数寻址、寄存器寻址、存储器寻址和I/O端口寻址。
其中,存储器寻址可进一步分为直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、基址变址寻址、相对基址变址寻址;
I/O端口指令IN和OUT使用的端口寻址方式有直接寻址和间接寻址。
3.4分析下列指令的正误,对于错误的指令要说明原因并加以改正。
(1)MOVAH,BX
(2)MOV[BX],[SI]
(3)MOVAX,[SI][DI](4)MOVMYDAT[BX][SI],ES:
AX
(5)MOVBYTEPTR[BX],1000(6)MOVBX,OFFSETMAYDAT[SI]
(7)MOVCS,AX(8)MOVDS,BP
(1)MOVAH,BX
错误,寄存器类型不匹配,可改为MOVAX,BX
(2)MOV[BX],[SI]
错误,两个操作数不能都为存储单元,可改为MOVBX,[SI]或MOV[BX],SI
(3)MOVAX,[SI][DI]
错误,寻址方式中只能出现一个变址寄存器,可改为MOVAX,[BX][DI]。
(4)MOVMYDAT[BX][SI],ES:
错误,AX签不能有段跨越前缀,去掉ES:
,改为MOVMYDAT[BX][SI],AX
(5)MOVBYTEPTR[BX],1000
错误,1000超出字节空间存储范围
(6)MOVBX,OFFSETMAYDAT[SI];
正确
(7)MOVCS,AX
错误,MOV指令CS不能做目的操作数,可改为MOVDS,AX
(8)MOVDS,BP;
注:
本题错误改正部分有的答案并不唯一,可参考原题题意改成合法形式。
3.5设VAR1、VAR2为字变量,LAB为标号,分析下列指令的错误之处并加以改正。
(1)ADDVAR1,VAR2
(2)MOVAL,VAR2
(3)SUBAL,VAR1(4)JMPLAB[SI]
(5)JNZVAR1(6)JMPNEARLAB
(1)ADDVAR1,VAR2
错误,两个操作数不能都为存储单元,可改为MOVBX,VAR2
ADDVAR1,BX
(2)MOVAL,VAR2
错误,数据类型不匹配,可改为MOVAX,VAR2
(3)SUBAL,VAR1
错误,数据类型不匹配,可改为SUBAX,VAR1
(4)JMPLAB[SI]
错误,寄存器相对寻址形式中不能用标号做位移量,可改为JMPVAR1[SI]
(5)JNZVAR1
错误,条件跳转指令只能进行段内短跳转,所以后面只能跟短标号。
可改为JNZLAB
(6)JMPNEARLAB
错误,缺少运算符PTR,可改为JMPNEARPTRLAB
3.6写出能够完成下列操作的8086CPU指令。
(1)把4629H传送给AX寄存器;
(2)从AX寄存器中减去3218H;
(3)把BUF的偏移地址送入BX中。
(1)MOVAX,4629H
(2)SUBAX,3218H
(3)LEABX,BUF
3
习题4
4.1半导体存储器有哪些优点?
SRAM、DRAM各自有何特点?
【解答】特点是容量大、存取速度快、体积小、功耗低、集成度高、价格便宜。
SRAM存放的信息在不停电的情况下能长时间保留不变,只要不掉电所保存的信息就不会丢失。
而DRAM保存的内容即使在不掉电的情况下隔一定时间后也会自动消失,因此要定时对其进行刷新。
4.3动态RAM为什么需要经常刷新?
微机系统如何进行动态RAM的刷新?
【解答】动态RAM是利用电容存储电荷的原理来保存信息的,由于电容会泄漏放电,所以,为保持电容中的电荷不丢失,必须对动态RAM不断进行刷新。
DRAM的刷新常采用两种方法:
一是利用专门的DRAM控制器实现刷新控制,如Intel8203控制器;
二是在每个DRAM芯片上集成刷新控制电路,使存储器件自身完成刷新,如Intel2186/2187。
4.4常用的存储器地址译码方式有哪几种?
各自的特点是什么?
线选译码:
连接简单,无须专门的译码电路;
缺点是地址不连续,CPU寻址能力的利用率太低,会造成大量的地址空间浪费。
全译码:
将低位地址总线直接连至各芯片的地址线,余下的高位地址总线全部参加译码,译码输出作为各芯片的片选信号。
可以提供对全部存储空间的寻址能力。
部分译码:
该方法只对部分高位地址总线进行译码,以产生片选信号,剩余高位线可空闲或直接用作其它存储芯片的片选控制信号。
4.5半导体存储器在与微处理器连接时应注意哪些问题?
【解答】半导体存储器与CPU连接前,要确定内存容量的大小并选择存储器芯片的容量大小,要考虑存储器地址分配问题;
在进行存储器地址分配时,要将ROM和RAM分区域安排。
4.6计算机在什么情况下需要扩展内存?
扩展内存需要注意哪些问题?
【解答】单个存储芯片的存储容量是有限的,因此常常需要将多片存储器按一定方式组成具有一定存储单元数的存储器。
4.7已知某微机系统的RAM容量为4K×
8位,首地址为2600H,求其最后一个单元的地址。
【解答】RAM的容量为4K×
8位=4KB,对应的地址有4K个,首地址为2600H,则其最后一个单元的地址为
2600H+(4K—1)=2600H+4095=2600H+FFFH=35FFH
4.8已知一个具有14位地址和8位数据的存储器,回答下列问题:
(1)该存储器能存储多少字节的信息?
(2)如果存储器由8K×
4位RAM芯片组成,需要多少片?
(3)需要多少位地址作芯片选择?
(1)该存储器能存储的字节个数是214=24×
210=16K。
(2)该存储器能存储的总容量是16KB,若由8K×
4位RAM芯片组成,需要的片数为(16K×
8)/(8K×
4)=4片
(3)因为该存储器中读写数据的宽度为8位,所以4片8K×
4位RAM芯片要分成两组,用一位地址就可区分;
另一方面,每一组的存储容量为8K×
8位=213×
8位,只需要13位地址就可完全访问。
4.9用16K×
1位的DRAM芯片组成64K×
8位的存储器,要求画出该存储器组成的逻辑框图。
【解答】总容量为64K×
8位,由16K×
1位的DRAM芯片组成:
(64K×
8位)/(16K×
1位)=32片
既要进行位扩展又要进行字扩展:
由8片组成一组进行位扩展,由这样的4组进行字扩展。
每一组的存储容量为16K×
8位=16KB=214B,需要14位地址做片内寻址;
4组芯片需要2位地址做片组选择,即片选信号。
逻辑框图见图4-1。
为清楚起见,图中只画出了各个芯片的部分连线。
4.10若用4K×
1位的RAM芯片组成16K×
8位的存储器,需要多少芯片?
A19~A0地址线中哪些参与片内寻址?
哪些作为芯片组的片选信号?
(16K×
8位)/(4K×
每8片一组,分成4组。
每组的存储容量为4KB=212B,片内寻址需要12位地址线,即A11~A0;
4组芯片可用2位地址线进行区分,即可用A13~A12做片选信号,A19~A14可浮空或做其他用途。
4.11若用2114芯片组成2KBRAM,地址范围为3000H~37FFH,问地址线应如何连接?
(假设CPU有16条地址线、8条数据线)
【解答】2114芯片单片容量为1K×
4位,组成2K×
8位RAM需要:
(2K×
8位)/(1K×
4位)=4片
每2片一组,分成2组。
每组的存储容量为1KB=210B,片内寻址需要10位地址线。
对应的地址范围为3000H~37FFH=0011000000000000B~0011011111111111B,可见,CPU的16条地址线中A9~A0用于片内寻址,A10用做片选信号,A13~A12接高电平,A15~A14、A11接地。
4.12简述计算机中为什么要采用高速缓存器Cache?
分析其工作原理。
【解答】Cache存储空间较小而存取速度很高,位于CPU和主存之间,用来存放CPU频繁使用的指令和数据,可以减少存储器的访问时间,所以能提高整个处理机的性能。
4.13简述虚拟存储技术的特点和工作原理。
【解答】虚拟存储器是以存储器访问的局部性为基础,建立在“主存—辅存”物理体系结构上的存储管理技术。
它可以使计算机具有辅存的容量,且用接近于主存的速度进行存取,程序员可按比主存大得多的虚拟空间编址——是一种概念性的逻辑地址,并非实际物理地址。
虚拟存储器允许用户把主存、辅存视为一个统一的虚拟内存。
用户可以对海量辅存中的存储内容按统一的虚址编排,在程序中使用虚址。
在程序运行时,当CPU访问虚址内容时发现已存于主存中(命中),可直接利用;
若发现未在主存中(未命中),则仍需调入主存,并存在适当空间,待有了实地址后,CPU就可以真正访问使用了。
习题5
5.1什么叫总线?
总线如何进行分类?
各类总线的特点和应用场合是什么?
【解答】总线是指计算机中多个部件之间公用的一组连线,由它构成系统插件间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。
(1)微处理器芯片总线:
元件级总线,是在构成一块CPU插件或用微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线,常用于CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片等之间的信息传送。
(2)内总线:
板极总线或系统总线,是微型计算机系统内连接各插件板的总线,用以实现微机系统与各种扩展插件板之间的相互连接,是微机系统所特有的总线,一般用于模板之间的连接。
在微型计算机系统中,系统总线是主板上微处理器和外部设备之间进行通讯时所采用的数据通道。
(3)外部总线:
通信总线,主要用于微机系统与微机系统之间或微机与外部设备、仪器仪表之间的通信,常用于设备级的互连。
数据可以并行传输,也可以串行传输,数据传输速率低。
5.2什么叫总线的裁决?
总线分配的优先级技术有哪些?
【解答】当总线上的某个部件要与另一个部件进行通信时,首先应该发出请求信号,有时会发生同一时刻总线上有多个请求信号的情况,就要根据一定的原则来确定占用总线的先后次序,这就是总线裁决。
(1)并联优先权判别法
通过优先权裁决电路进行优先级别判断,每个部件一旦获得总线使用权后应立即发出一个“总线忙”的信号,表明总线正在被使用。
当传送结束后释放总线。
(2)串联优先级判别法
采用链式结构,把共享总线的各个部件按规定的优先级别链接在链路的不同位置上,位置越前面的部件,优先级别越高。
(3)循环优先权判别法
类似于并联优先权判别法,只是动态分配优先权,原来的优先权编码器由一个更为复杂的电路代替,该电路把占用总线的优先权在发出总线请求的那些部件之间循环移动,从而使每个总线部件使用总线的机会相同。
5.3总线数据的传送方式有哪些?
各自有何特点?
(1)串行传送方式
只使用一条传输线,在传输线上按顺序传送信息的所有二进制位的脉冲信号,每次一位。
适于长距离传输。
(2)并行传送方式
信息由多少个二进制位组成,机器就需要有多少条传输线,从而让二进制信息在不同的线上同时进行传送。
(3)并串行传送方式
是并行传送方式与串行传送方式的结合。
传送信息时,如果一个数据字由两个字节组成,那么传送一个字节时采用并行方式,而字节之间采用串行方式。
5.7PCI总线有哪些主要特点,PCI总线结构与ISA总线结构有什么地方不同?
(1)线性突发传输;
(2)支持总线主控方式和同步操作;
(3)独立于处理器;
(4)即插即用;
(5)适合于各种机型;
(6)多总线共存;
(7)预留发展空间;
(8)数据线和地址线复用结构,节约线路空间,降低设计成本。
PCI总线结构与ISA总线结构的不同:
典型PCI系统允许在一个总线中插入32个物理部件,每一个物理部件可含有最
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