习题2-IA32cpu.doc

习题二 IA-32结构微处理器主要内容：主要介绍80868088CPU内部结构。了解80X86CPU的特点。(1.2.1 8086 CPU在内部结构上由哪几部分组成?其功能是什么? 【答】 8086的内部结构成两部分:总线接口部件BIU，负责控制存储器读写。执行部件EU,EU从指令队列中取出指令并执行。8086是16位微处理器，有16根数据线、20根地址线，内部寄存器、算术逻辑部件为16位。2.2 8086的总线接口部件有那几部分组成? 【答】8086的总线接口部件主要由下面几部分组成：4个段寄存器CS/DS/ES/SS, 一个16位的指令指针寄存器IP, 一个20位地址加法器, 6字节的指令队列,内部暂存器以及输入输出电路组成.2.3 8086的执行部件有什么功能?由那几部分组成?【答】8086的执行部件主要由下面几部分组成：（1）四个16位通用寄存器AX、BX、CX、DX, 四个16位专用寄存器,包括二个指针寄存器SP、BP, 二个变址寄存器SI、DI, 算术逻辑单元ALU,标志寄存器。2.4 8086CPU状态标志和控制标志又何不同?程序中是怎样利用这两类标志的? 8086的状态标志和控制标志分别有哪些? 【答】标志分两类：状态标志（6位）,反映刚刚完成的操作结果情况，包括零标志ZF、符号标志SF、奇偶标志PF、进位标志CF、辅助进位标志AF、溢出标志OF。控制标志（3位），在某些指令操作中起控制作用,包括单步运行标志TF、方向标志DF与中断允许标志IF。利用状态标志可以掌握当前程序操作的结果，例如了解是否产生进位，是否溢出等。2.5 8086/8088和传统的计算机相比在执行指令方面有什么不同?这样的设计思想有什么优点? 8086CPU执行转移指令时，指令队列寄存器内容如何变化？【答】传统的计算机一般按照取指令、指令译码/执行指令的步骤工作。在8086/8088中,指令的提取与执行分别由总线接口部件BIU与执行部件EU完成,8086/8088可以在取指令同时又可以执行指令,这种并行工作方式有力的提高了CPU的工作效率。2.6 将两数相加，即0100 1100加 0110 0101，CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值？【答】0100 1100+0110 0101=10110001 CF=0，PF=1，AF=1，ZF=0，SF=1，OF=12.7 存储器的逻辑地址由哪几部分组成？存储器的物理地址是怎样形成的？一个具有20位地址线的CPU，其最大物理地址为多少？【答】存储器的逻辑地址由段地址与段内偏移地址组成。存储器的物理地址：将16位段地址左移4位后加上16位段内偏移地址，形成20位物理地址。一个具有20位地址线的CPU，其最大物理地址为=1MB。2.8 现有6个字节的数据分别为11H，22H，33H，44H，55H，66H，已知它们在存储器中的物理地址为400A5H400AAH若当前（DS）= 4002H，请说明它们的偏移地址值。如果要从存储器中读出这些数据，需要访问几次存储器，各读出哪些数据？【答】由于：物理地址=400A5H=段地址*16+偏移地址=40020H+偏移地址偏移地址=400A5+40020=85H 从奇地址400A5H中读出：11H；从偶地址400A6H读出一个字：22H，33H；从偶地址400A8H读出一个字：44H，55H；从偶地址400AAH中读出：66H。共读4次。2.9 已知当前数据段中存有如下图所示的数据，现要求将最后两个字节改成ODH，OAH，请说明需给出的段基值和偏移地址值，并说明其写入过程。14800 150A1150A2150A3150A4150A5数据段首地址 【答】数据段段地址=150AH，偏移地址=0004H。CPU的总线接口部件根据数据段寄存器的内容150AH，左移4位，在加上偏移地址0004H，形成20位物理地址150A4H，由总线接口送出，选中物理存储单元150A4H、150A5H，数据0DH通过数据总线送入150A4H，数据0AH通过数据总线送入150A4H。 2.10 在 8088/8086中，逻辑地址FFFF0001, 00A237F和B800173F的物理地址分别是多少？2.11 在 8088/8086中，从物理地址388H开始顺序存放下列三个双字节的数据，651AH, D761H和007BH，请问物理地址388H, 389H, 38AH, 38BH, 38CH和38DH 6个单元中分别是什么数据？【答】物理地址388H38DH单元中的数据如下表：地址388H389H38AH38BH38CH38DH数据1AH65H61HD7H7BH00H2.12 8086CPU的形成三大总线时，为什么要对部分地址线进行锁存？用什么信号控制锁存？【答】 为了确保CPU对存储器和I/O端口的正常读/写操作，要求地址和数据同时出现在地址总线和数据总线上。而在8086CPU中AD0AD15总线是地址/数据复用的，因此需在总线周期的前一部分传送出地址信息，并存于锁存器中，而用后一部分周期传送数据。8086CPU中是通过CPU送出的ALE高电平信号来控制锁存的。 2.13 段寄存器CS=1200H,指令指针寄存器IP=4000H,此时,指令的物理地址为多少?指向这一物理地址的CS值和IP值是唯一的吗?【答】此时，指令的物理地址为16000H；这一物理地址的CS值和IP值不是唯一的，例如：CS=1000H，IP=6000H。 2.14 80386最重要的技术特点是什么?【答】(1) 速度大大提高：时钟达12MHZ/16MHZ， (2)寻址空间大大扩展：4GB物理空间，64TB (64GGB)虚拟空间， (3) 除了保持80286的实地址方式和保护方式外，增加了虚拟8086方式。 (4) 80386 设置了转换检测缓冲器，大大加快了存储器访问速度。2.15 80386的内部有哪些部件？【答】80386功能部件包括总线接口部件BIU、指令预取部件IPU、指令译码部件IDU、指令执行部件EU、存储器管理部件MMU：即分页部件PU与分段部件SU。 2.16 80386 CPU有几种工作方式？【答】80386的实地址方式、80386的虚拟保护方式与虚拟8086方式。2.17 简述 80386 CPU的实地址方式特点。【答】80386上电或复位时,处于实地址方式，主要为80386进行初始化工作。特点：（1）实地址方式采用类似8086体系结构，寻址机构、存储器管理与中断处理机构与8086一样。（2）操作数默认长度为16位，但允许访问80386的32位寄存器组，在使用时指令中要加上前缀以表示越权存取。（3）存储器寻址空间最大1M字节。（4）实地址方式下，存储器中保留两个固定区域，一个为初始化程序区：FFFF0FFFFFH，另一个为中断向量区00000003FFH。(5)80386具有4个特权级，实地址方式下，程序在最高级（0级）上执行。2.18 简述80386的虚拟保护方式特点。【答】80386的存储器的虚拟保护方式：80386上电或复位后,先进入实地址方式完成初始化，然后转到保护方式。在保护方式，虚存空间可达 4GB16K =64MMB =64GB。程序员借助于存储管理部件(MMU)功能将磁盘等存储设备映射到内存，使逻辑地址大大超过实际物理地址空间。在保护方式，可以使用80386的4级保护功能，为多任务操作系统提供支持。2.19 虚拟8086方式有什么特色？为什么要设置这种方式？【答】（1）可以执行8086的应用程序。（2）段寄存器的用法和实地址方式时一样，即段寄存器内容左移4位加上偏移量为线性地址。（3）存储器寻址空间为一兆字节，但可以使用分页方式，将一兆字节分为256个页面，每页4K字节。在80386多任务系统中，可以使其中一个或几个任务使用虚拟8086方式。此时，一个任务使用的全部页面可以定位于某个物理地址空间，另一个任务的页面可以定位于其他区域，即每个虚拟8086方式下的任务可以转换到物理存储器的不同位置。（4）虚拟8086方式中，程序在最低特权级（3级）上运行，因此，80386指令系统中的一些特权指令不能使用。虚拟8086方式是80386中很重要的设计特点，可以使大量的8086软件有效的与80386保护方式下的软件并发运行。2.20 80386有哪两种模拟8086的方式？【答】80386有两种模拟8086的方式，一种是实地址方式，一种是虚拟8086方式。80386上电或复位时,处于实地址方式。在保护方式下，可以通过软件切换到虚拟8086方式，运行8086程序。2.21 80386采用几种描述符表?这些表的设置带来什么优点?【答】80386共设计三中描述符表即：全局描述符表，局部描述符表，中断描述符表。采用描述符表带来如下三方面的优点：1可以大大扩展存储空间；2 可以实现虚拟存储；3 可以实现多任务隔离。2.22 80386在3种工作方式下,段的长度有什么差别?实地址方式，段的大小固定 64K字节。保护方式，段的大小是可以选择的，从1字节到4千兆字节。虚拟8086方式，对程序员来说，段长度固定为64K。2.23 Intel86系列CPU是从哪一种芯片开始采用RISC技术的?你能说说RISC技术最重要的特点和优点吗?【答】80486是首次采用RISC技术的。80486把80386和浮点运算协处理器80387及8KB的超高速缓存器集中到一个芯片中，且支持二级Cache。80486能在一个时钟周期执行一条指令。2.24 80486和80386相比,有什么技术特点?【答】（1） 80486是首次采用RISC技术的；（2）采用片内高速缓存和片内浮点运算协处理器；（3） 80486采用一种突发式总线方式实现CPU和内存的高速数据交换；（4）80386可以模拟多个8086来实现多任务功能。2.25 Pentium有哪些技术特点?你认为在Pentium基础上主要应从哪几个方面可再作改进?【答】 采用超标量双流水线结构，每个流水线包含5个步级。 内部采用2个彼此独立的8KB数据高速缓存，这两个高速缓存可以同时被访问。 Pentium内部数据总线为32位，但是cpu和内存进行数据交换的外部数据总线为64位,使一个总线周期的数据传输量提高一倍。 采用36位地址总线，扩展了寻址空间。 对mov、push、dec、inc等常用指令不用微程序而用硬件实现；采用分支预测技术提高流水线效能。 采用分支预测技术提高流水线效能。 浮点运算执行过程分为8个流水步级。pentium也存在一些缺点,如功耗大，达15w，浮点运算功能仍低于一些RISC处理器。2.26 选择题（1）80386共有（ ）个引脚信号，采用（ ）封装。 A128，PGA B132，LCC C132，PGA D128，LCC【答】C (2) 80386内部可以分为（ ）个部件。 A8 B6 C4 D2【答】B（3） 80386有（ ）条地址信号线和（ ）条数据信号线 A32，32 B32，24 C24，32 D20，32【答】A（4） 外部CLK2的频率是80386内部时钟信号频率的（）倍. A5 B