接口作业.doc

第二章 80861.8086内部主要包括哪些功能部件？它们完成什么功能？答：8086主要包含两个部件。分别是总线接口单元BIU和执行单元EU。完成的功能分别是负责与存储器、I/O端口传送数据。 EU的功能是是负责指令的执行。2.总线周期的含义是什么？8088/8086的基本总线周期由几个时钟组成？答：总线周期：CPU为了读取或者传送数据，需要通过BIU与存储器或I/O接口进行信息交互，执行对总线的操作。进行一次数据传送的总线操作定义为一个总线周期。 一个总线周期包含4个时钟周期即4个T状态。如果一个CPU的时钟频率为24MHz，它的一个时钟周期为多少？一个基本总线周期为多少？答：时钟周期：1/24Mhz= 总线周期：1/24*43.CPU启动时如何寻找系统的启动程序？答： CPU启动时内部的寄存器被复位。cs为FFFFH，ip为0000h.所以CPU启动时，将从物理地址为FFFF0H处开始执行指令。此处一般存放一条无条件跳转指令，转移到系统程序的入口处。这样，系统一旦被启动，便自动进入系统程序。6.什么叫中断向量？它放在哪里？对应于1CH的中断向量放在哪里？答：中断向量即中断处理子程序的入口地址，每个中断类型对应一个中断向量。 占用4个存储字节 。 所有中断向量排列起来，在内存的00000003FFH形成一张表，称为中断向量表。7.8086如何区分存储器操作和I/O操作？怎样用16位寄存器实现对20位地址的寻址答：8086微处理器通过指令区分对存储器的操作和I/O操作。并通过引脚M/发出对应控制信号。高电平时为存储器操作。低电平时为I/O操作采用分段技术实现16位寄存器对20位地址的寻址。20位的物理地址等于段基址*16+16位的偏移地址第四章 奔腾1. 解释Pentium中的分支预测技术。答：1、大多数分支指令转向每个分支的机会是不均等的。2、大多数分支转移指令排列在循环程序段中，这两点造成的综合结果是，在程序的运行中，同处同一条分支转移指令可能多次甚至成百上千次的循环。其结论就是分支转移指令的转移目标地址是可以预测的，预测的依据就是前一次转移目标地址即所谓的历史状态。奔腾采用上述中的结论来执行预测分析功能。2. Pentium有几种工作方式？各有何特点？各方式之间如何切换？答：奔腾一共有4中工作方式。分别是实地址方式、保护方式、虚拟8086方式和系统管理方式。奔腾在刚加电或者在刚复位的时候，便进入实地址方式。 在实地址方式完成初始化后，立即转到保护方式。 在保护方式下可以通过软件切换到虚拟8086方式。 可以在CPU引脚上通过系统管理中断进入系统管理方式。3. 什么是超标量流水线机制？请说明Pentium的两条流水线全速运行的条件。答：一个处理器中有多条流水线即成为超标量流水线。 U流水线可以执行任何指令，但V流水线只能执行和U流水线当前执行的指令符合配对规则的指令。配对规则即：两条指令都是risc指令，而且互相没有寄存器相关性。4. Pentium的逻辑地址、线性地址、物理地址分别指什么？它们的寻址能力如何？课本第150页151页答：逻辑地址，编写的源程序中使用的地址。 地址由32位段基址和32位偏移地址相加得到32位的线性地址 物理地址则是CPU真正使用的地址。 寻址能力？5. Pentium中的段基址与8086中的有何异同？答：奔腾中的段基址是通过段选择子找到的，通过16的段选择子，找到对应段的段描述符，在根据段描述符找到32位的段基址。 而8086中的段基址是由程序指定的。6. 简述Pentium在保护方式下存储器物理地址的形成过程。答： Pentium在保护方式下存储器用三种方式来描述：逻辑地址、线性地址和物理地址。逻辑地址程序员编写的源程序中使用的地址，也叫虚拟地址。共48位，由16位段选择子和32位偏移地址构成。根据段选择子的内容可以获取对应的段描述符，而段描述符中的32位段基址与虚拟地址的32位偏移地址相加得到线性地址，如课本中图4.17所示。线性地址分页组目录项索引、页表项索引和页内偏移量3个字段体现其功能。通过如课本中图4.18所示的过程得到物理地址。7. 试比较8086最小模式下读周期与Pentium的非流水线式读周期有何不同。8. 试比较Pentium流水线式读/写周期与突发式读/写周期有何不同。9奔腾的寻址方式答：立即数寻址、寄存器寻址、输入输出端口寻址和存储器寻址四种。7. 在8086系统中，AD0和BHE有什么用途？8086系统中，数据和地址总线是分时复用的，AD0在作为地址引脚时是A0，表示地址引脚的最低位。8086的存储器采用分体结构，即1M字节的存储空间分为2个512K字节的存储体，一个包含偶数地址，另一个包含奇数地址，两者采用字节交叉编址方式。其中偶地址存储体固定与低8位数据总线相连，奇地址存储体固定与高8位数据总线相连，和A0相互配合，使CPU可以访问一个存储体中的一个字节或同时访问两个存储体中的一个字。和A0的控制作用如下表所示：A0总线使用情况0 0 16位数据总线上进行字传送 0 1 高八位数据总线上进行字节传送 1 0 低八位数据总线上进行字节传送 1 1 无效 请求分页管理系统中，假设某进程的页表内容如下表所示 页面大小为4KB，一次内存的访问时间是100ns，一次快表(TLB)的访问时间是10ns，处理一次缺页的平均时间为108ns(已含更新TLB和页表的时间)，进程的驻留集大小固定为2，采用最近最少使用置换算法(LRU)和局部淘汰策略。假设TLB初始为空；地址转换时先访问TLB，若TLB未命中，再访问页表(忽略访问页表之后的TLB更新时间)；有效位为0表示页面不在内存，产生缺页中断，缺页中断处理后，返回到产生缺页中断的指令处重新执行。设有虚地址访问序列2362H、1565H、25A5H，请问： （1）依次访问上述三个虚地址，各需多少时间？给出计算过程。 （2）基于上述访问序列，虚地址1565H的物理地址是什么？请说明理由。答案（1）根据页式管理工作原理，应先考虑页面大小，以便将页号和页内位移分解出来。页面大小为4KB，即212，则得到页内位移占虚地址12位，页号占剩余高位。可得三个虚地址的页号P如下：2362H:P=2,访问块表10ns，因初始为空，访问页表100ns得到页框号，合成物理地址后访问主存100ns，共计10ns+100ns+100ns=210ns。1565H：P=1，访问块表10ns，落空，访问页表100ns，落空，进行缺页中断处理108ns，合成物理地址后访问主存100ns，共计10ns+100ns+108ns+100ns=318n。25A5H：P=2，访问块表，因第一次访问已将该页号放入块表，因此花费10ns便可合成物理地址，访主存100ns，共计10ns+100ns=110ns。（2）当访问虚地址1565H时，产生缺页中断，合法驻留集为2，必须从页表中淘汰一个页面，根据题目的置换算法，应淘汰0号页面，因此1565H的对应页框号为101H。由此可得1565H物理地址为101565H。某计算机的主存地址空间大小为256MB，按字节编址。指令Cache和数据Cache分离，均有8个Cache行，每个Cache行大小为64B，数据Cache采用直接映射方式。现有两个功能相同的程序A和B，其伪代码如下所示：程序A:int a256256;.int sum_array1() int i, j, sum = 0; for (i = 0; i 256; i+) for (j= 0; j 256; j+) sum += aij; return sum;程序B:int a256256;.int sum_array2() int i, j, sum = 0; for (j = 0; j 256; j+) for (i= 0; i 256; i+) sum += aij; return sum;假定int类型数据用32位补码表示，程序编译时i,j,sum均分配在寄存器中，数组a按行优先方式存放，其首地址为320（十进制数）。请回答下列问题，要求说明理由或给出计算过程。（1）若不考虑用于Cache一致性维护和替换算法的控制位，则数据Cache的总容量为多少？（2）数组元素a031和a11各自所在的主存块对应的Cache行号分别是多少（Cache行号从0开始）？（3）程序A和B的数据访问命中率各是多少？哪个程序的执行时间更短？ 答案（1）数据Cache的总容量为：4256位（532字节）。（2）数组a在主存的存放位置及其与Cache之间的映射为： a031所在主存块映射到Cache第6行，a11 所在主存块映射到Cache第5行。（3）编译时i, j, sum均分配在寄存器中，故数据访问命中率仅考虑数组a的情况。程序A的数据访问命中率为93.75%；程序B的数据访问命中率为0。程序A的执行比程序B快得多。解析（1）主存容量256MB，按字节寻址的地址位数应为28位，数据Cache分为8行（用3位地址），每行64B（用6位地址），因此Cache中每个字块的Tag字段的位数应是28-9=19位，还要使用一个有效位，二者合计为20位；因此数据Cache的总容量应为：64B8+(20/88)B = 532B。（2）数组a在主存的存放位置及其与Cache之间的映射关系如下图所示。数组A031所在的主存块对应的Cache行号是：（320+314）div 64 = 6，数组A11所在主存块对应的Cache行号：(320+2564+ 14) div 64) mod 8 = 5。所以a031所在主存块映射到Cache第6行，a11所在主存块映射到Cache第5行。（3）编译时i, j, sum均分配在寄存器中，故数据访问命中率仅考虑数组a的情况。这个程序的特点是数组中的每一个int 类型的数据只被使用一次。数组A按行优先存放，数据Cache正好放下数组半行中的全部数据，即数据的存储顺序与使用次序有更高的吻合度，每个字块存16个int类型的数据，访问每个字块中头一个字不会命中，但接下来的15个字都会命中，访问全部字块都符合这一规律，命中率是15/16，即程序A的数据访问命中率为93.75%；程而程序B是按照数组的列执行外层循环，在内层循环过程中，将连续访问不同行的同一列的数据，不同行的同一列数据使用的是同一个Cache单元，每次都不会命中，命中率是0，程序执行特别慢。根据上述计算出的命中率，得出程序B每次取数都要访问主存，所以程序A的执行比程序B快得多。1. 存储器的片选信号有哪几种构成方式？各有何优缺点？答：一共有4中构成方式。分别是线选法、全译码法、部分译码法和混合译码法。线选法：连法简单，不必加片选译码器。缺点1、整个存储器的地址常常不连续2、同一个单元可对应不同的地址。全译码法：存储器单元的地址是唯一的，不会有地址重叠的问题，也可以保证地址的连续。部分译码法：会有地址重叠问题，因为没有选用高地址为1或0时，可能选择了同一个存储单元。选择不同的高位地址产生片选信号，会产生不同的地址空间。混合译码法：会有地址不连续和重叠问题。2. 存储器访问中的对准状态的含义是什么？程序设计中避免非对准状态有何好处？如何做到？答：所谓对准存放，即我们所说的标准存放方式。非对准存放，即非标准存放方式。存储器中一个单元只能存放一个8位的数据，而微处理器如8086一次可处理16位的数据（当然8位亦可）。当我们处理16的数据时，就必须访问存储器的两个单元（共16位）。16位数据在存储器中有两种存放方式。第一种（标准存放）：16位的低8位存放在偶地址单元，高8位存放在奇地址单元。如数据1122H存放在4400H，与4401H单元中。22H在4400H中，11H在4401H中。第二种（非标准存放）：16位的低8位存放在奇地址单元，高8位存放在偶地址单元。如数据1122H存放在4401H，与4402H单元中。当数据为标准存放方式时，使用16位数据只需访问存储器一次。而非标准存放方式，则需要访问两次存储器。对准状态下，一个对准字的访问只需要一个总线周期即可完成，而非对准字需要两个总线周期。故编写程序时应尽量安排字地址为偶地址。3. 区域性定律（局部性原理）适用于哪一方面？它包含哪两类特征答：区域性定理适用于存储体设计的层次结构，即把存储体分为几层。包含两个方面：（1）时间区域性，即存储体中某一个数据被存取后，可能很快又被存取。（2）空间区域性，即存储体中某个数据被存取了，附近的数据也很快被存取。第五章 接口1. 外设为什么需要通过接口与主机系统相连？存储器需要接口与总线相连么？为什么？答： 微机的外部设备多种多样, 例如打印机、扫描仪、硬盘等，它们的功能、工作原理、信息格式、以及工作速度等方面彼此差别很大，因此不能与CPU直接相连，必须经过接口与系统相连。即输入输出接口是为了解决计算机和外设之间的信息转换问题而提出的。 存储器不需要接口与总线相连。因为存储器功能单一，速度与CPU相当，因此可以直接挂在总线上。2. CPU和外设之间传送的信息有哪几类？答：CPU和外设之间传送的信心有3类，分别是数据信息、控制信息和状态信息。CPU和外设交换的基本信息就是数据。状态信息反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过接口送往CPU的控制信息是CPU通过接口传送给外设的，以此控制外设的工作。3. 8086/8088系统中，用哪种方法对I/O端口编址？地址如何形成？试举例说明。答：在8080/8088系统中，采用I/O独立编址方式对I/O端口编址。 I/O端口地址的形成：8086使用A0A15或者A0A7寻址I/O端口 地址的形成包括（片选和片内寻址）4. 设一个接口的输入端口地址为0100H，状态端口地址为0104H，状态端口的第5位为1表示输入缓冲器有一个字节准备好，可输入。设计程序实现查询式输入。STATE: MOV DX,0104HINAL,DX ；从端口地址为104H处，发送一个字节到alTEST AL,00100000B ；检测 al中的第五位是否是1JZSTATE ；当上一步的结果为0时，跳转，否则，顺序执行MOVDX,0100H ； 第5位是1的时候 INAL,DX ；从端口地址为0100H处发送一个字节到AL第六章 串并行接口1. 对8255A设置工作方式。控制口地址为0C6H。要求：端口A工作在方式1，输入；端口B工作在方式0，输出；端口C的部分位配合A工作，其余设置为输出。 8255A并行通信接口答：控制字： MOV AL,10110000B OUT 0C6H,AL2. 设8086系统中8255A的地址为0C0H0C6H。用置0/置1方式对PC6置1，PC4置0.答： 控制字：PC6 00001101 PC4 00001000代码：MOV AL,00001101B ;PC6置控制字 OUT 0C6H,AL MOV AL,00001000B；PC4置控制字 OUT 0C6H,AL 3.若采用查询式实现8255A与打印机接口，用PB口传送内存DATA单元开始的100个字节数据，PC7用作STB信号、PC3作为BUSY信号，如下图所示。试完成控制程序设计。说明：当CPU通过接口要求打印机打印数据时，先查看BUSY信号，当BUSY=L时，才向打印机输出数据，在把数据送上DATA线后，先发STB选通打印机，打印机接到STB 后，发BUSY=H,接收数据，当数据接收号并存入内部打印缓冲区后，送出ACK信号，表示打印机已准备好接收新数据，并撤销BUSY(0)按照要求，8255A的工作方式为：端口B：方式0、输出；端口C上半部分：输出；端口C下半部分：输入。控制字为：1*0010B，可取10000010B（82H） （此处的控制字应该有错误吧）DSEGSEGMENTDATADB12H,34H,DSEGENDSCSEGSEGMENTASSUMEDS:DSEG,CS:CSEGSTART:MOVAX,DSEGMOVDS,AXLEASI,DATAMOVCX,100MOVAL,82HOUT86H,AL ；8255A的初始化 控制端口的地址为86HPRINT:INAL,84H ；84H为端口C的地址， 从端口C输入一个字节到ALTESTAL,00001000B ；判断PC3是否为零 TEST按位与运算JNZPRINT ；JZ当结果为零时跳转 若结果为0则表示busy为0，此时可以打印MOVAL,SI ；将第一个数据送往ALOUT82H,AL ； 送往端口地址82H处，即送到端口B处INCSI ；指向下一个数据MOVAL, 00001110B；端口C置0置1控制字， 使PC7复位OUT 86HCALL DELAY;DELAY是延时子程序LOOPPRINTMOVAX,4C00HINT21HENDSCSEGENDSTART1. 在数据通信系统，什么情况下可用全双工方式，什么情况下可用半双工方式？答：如果一个通信系统中，对数据的两个传输方向采用不同的通道，这样的系统就可以同时进行发送和接收，即采用全双工方式。 输入和输出过程使用相同的通道，这种情况下可以使用半双工方式。如果一个数据通信系统中，对数据的两个传输方向采用不同的路这样的系统就可以工作在全双工方式。对于只进行单方向数据传输的外部设备时，故用半双工就能满足。2. 什么叫同步通信方式？什么叫异步通信方式？它们各有什么优缺点？答：同步通信方式：双方采用同一个时钟信号来定时，此时，将许多字符组成的一个信息组，这样字符可以一个接一个传输。在每组信息的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，必须填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。 异步通信方式：收发双发不用统一的时钟进行定时，两个字符之间的传输间隔是任意的。所以每个字符的前后都要用若干位分别作为分隔位来进行识别。同步通信：不同的通信设备间保持一致性，收发双方具有同频同相的时钟信号。优点是通信即时性能好，能获得较高的传输速率，缺点是对同步时钟要求严格，必须严格的同步异步通信：收发双方采用帧用一定的帧头。帧尾来确定数据包，不需要收发双发同步。优点是设备简单，便宜，缺点是传输速率不高同步通信，即交许多字符组成一个信息组，字符一个接一个地传输，每组信息的开始要加上同步字符，没有信息传输出时，要填上空字符，同步通信不允许有间隙。异步通信，两个字符之间的传输间隔是任意的，每个字符的前后都要用一些数位来作为分隔位。比较起来，在传输率相同时，同步通信方式下的住处有效率要比比方式下的高，因为同步方式下的的非数据信息比例要较小。但是，在同步方式下，要求进行信息传输双方必须用同一个时间进行协调，在传输数据的同时，还必须传输时钟信号。而在异步方式下，接收方的时钟频率和发送方的时钟频率不必完全一样。3. 什么叫波特率因子？什么叫波特率？设波特率因子为64，波特率为1200，那么时钟频率为多少？答：发送时钟与接收时钟的频率与位传输率的比称为波特率因子而位传输率称为波特率。 时钟频率=波特率*波特率因子=1200*64=76800传输率即每秒传输多少位，串行传输率也叫做波特率4. 设异步传输时，每个字符对应1个起始位、7个信息位、1个奇偶校验位和1个停止位。如果波特率为9600，则每秒钟能传输的最大字符数为多少个？答： 总的信息位数：7+1+1+1=10. 每秒中能传输的最大字符数=9600/10=960。5. 8251A的状态字格式如何？哪几位和引脚信号有关？状态为TxRDY和引脚信号TxRDY有何区别？它们在系统设计中有什么用处？ 答：DSRAYNDETFEOEPETxERxRDYTxRDY状态寄存器的第1、2、6位分别与引脚信号有关。状态位TxRDY不受输入信号CTS/和控制位TxEN的影响。引脚信号TxRDY必须在发送缓冲器空，CTS/为低电平且TxEN为1时，才为高电平。状态位RxRDY为1指出接口中已经收到1个字符，当前正准备好输入到CPU。不管是 状态位还是引脚，都可以在程序中用来实现对8251A数据发送过程和接收过程的测试。 参考初始化流程，用程序段对8251A进行同步模式设置。奇地址端口为66H，规定用内同步方式，同步字符为2个，用奇校验，7个数据位。同步字符分别为16H、17H。6. 同步模式下的初始化流程，模式字、同步字符和控制字MOVAL,18H ；模式字 18HOUT66H,ALMOVAL,16H ；两个同步字符16HOUT66H,ALMOVAL,17H ；两个同步字符17HOUT66H,ALMOVAL,97H ;控制字 怎么得到的？OUT66H,AL7. 设计一个采用异步通信方式输出字符的程序段，规定波特率因子为64，7个数据位，1个停止位，偶校验，端口地址为40H、42H，缓冲区首地址为4000H：3000H。共需输出100个字符。答:模式控制字：01111011 7BHMOV AL,7BH ；设置模式字，异步模式，波特率OUT 42H,AL ；因子为64，7个数据位，1个停止 位，偶校验MOV AL,33HOUT 42H,AL ；设置控制字，并启动 MOVAX,4000HMOVDS,AXMOV BX,3000H ；地址初始化MOV CX,100 ；共发送100个字符BEGIN: IN AL,42HTEST AL,01H ;TEST与运算，JZ BEGIN；读状态字并测试TxRDY 当上一步的结果为0，跳转，否则顺序执行MOVAL,BXINCBXOUT40H,ALLOOPBEGIN第8章 中断控制器8259A1. 8259A的初始化命令字和操作命令字有何不同？它们分别对应编程结构中的哪些内部寄存器？哪些写入奇地址？哪些写入偶地址？编程时如何区分它们？ 答： 8259A中断控制器 初始化命令字是计算机启动时由初始化程序设置的，一旦设定，在系统工作过程中不再改变。 操作命令字则是由应用程序设置的，用来对中断处理过程作动态控制，在一个系统运行过程中，操作命令字可以被多次设置。初始化 命令字对应的寄存器：ICW1ICW4操作命令字对应的寄存器：OCW1OCW3ICW1 必须写入偶地址， ICW2ICW4必须写入奇地址 OCW1 必须写入奇地址，OCW2 OCW3必须写入偶地址怎样区分?。2. 8259A的中断屏蔽寄存器IMR和8086/8088的IF有何区别？在中断响应过程中，它们怎么配合起来工作？ 答：IMR的8位对应8个中断级,其中置为1的位所对应的中断级的输入线IR处于被屏蔽方式,被屏蔽的中断级请求不能使8259A的INT输出端产生有效的请求信号.所以即使当中断允许IF=1时也无法响应. IF是CPU的中断允许标志,当IF=0时所有可屏蔽中断被禁止.在中断响应过程中,通过设置IF,IMR可灵活控制中断的优先次序.3. 8259A的全嵌套和特殊嵌套方式有何不同？分别用在什么场合？ 答：全嵌套是最常用的工作方式，若初始化后没有设置其他优先级方式，那么就按全嵌套方式，如果新收到的中断的优先级较高则相应新的中断。特殊全嵌套基本与全嵌套方式相同，只有一点， 就是在特殊全嵌套方式下，当处理某一级中断时，如果有同级的中断请求，也会给予相应，从而实现一种对同级中断请求的特殊嵌套。一般用在级联方式下。4. 8259A的优先级自动循环和特殊循环方式有何差别？ 答：优先级自动循环中，优先级是从IR0IR7依次减小，并循环的。在特殊循环方式下，一开始最低的优先级是编程确定的，从而最高优先级页由此确定。如果确定最低优先级为IR5那么IR6一定是最低优先级的。 而在优先级自动循环中，一开始最高的优先级一定是IR05. 8259A有几种结束中断处理的方式？各自应用在什么场合？ 答：8259A中一共有3中结束中断的处理方式，分别是 （1）中断自动结束方式，一般使用在系统中只有一个8259A并且多个中断不会嵌套的情况下。（2）一般的中断结束方式，一般使用在全嵌套方式下。（3）特殊的中断结束方式，一般使用在非全嵌套方式下。6. 试按照如下要求对8259A编程设置初始化命令字：系统中有一片8259A，中断请求信号采用电平触发方式，下面要用ICW4，中断类型码为6067H，用特殊全嵌套方式，不用缓冲方式，采用中断自动结束方式。端口地址为90H、92H。 奇地址高 偶地址低答： MOVAL,1BH(00011011B) 且ICW1要被送入偶地址OUT90H,AL；设置ICW1 MOVAL,60HOUT92H,AL；设置ICW2 MOVAL,17H(00010111B) ；ICW2 ICW4 要被送入奇地址 ICW3仅在级联方式下才要求设置控制字OUT92H,AL；设置ICW4第九章 计时器/定时器. 8253计数器/定时器中，时钟信号CLK和门控信号Gate分别起什么作用？ 答：输入时钟信号CLK决定了计数速率， 门控脉冲GATE决定了对时钟的控制信号。2 . 8253工作于模式4和模式5时有何不同？ 答：模式4和模式5相似，但是触发方式和再触发方式都不同。模式4采用电平触发，而模式5采用上升沿触发模式4是靠写入初值来触发计数器工作，产生一个负脉冲作为选通信号，即软件触发的选通信号模式5是用外部电路产生的门控上升沿触发3. 编程将8253计数器0设置为模式1，计数初值为3000H；计数器1设置为模式2，计数初值为2010H，计数器2设置为模式4，计数初值为4030H；计数器3设置为模式3，计数初值为5060H。 端口地址？答： MOV AL,12HOUT 76H,AL ； 对计数器0 设置模式字MOV AL,3000HOUT 70H,AL