第7章 微机原理习题答案.pdf

一 选则题一 选则题 1 C 2 B 3 A 4 C 5 C 6 A 7 B 8 B 9 C 10 C 11 D 12 C 13 D 14 B 15 D 16 C 17 D 18 A 19 C 20 C 二 填空题二 填空题 21 数据传送 控制任务 22 统一编址方式 独立编址方式 23 独立编址方式 24 数据信息 状态信息 控制信息 三 判断题三 判断题 25 对 26 对 27 对 28 错 29 对 四 简答题四 简答题 30 答 1 微机的外部设备多种多样 2 工作原理 驱动方式 信息格式 以及工作速度方面彼此差别很大 每一类设备本身可能又包括了多种工作原理不同的具体设备 对于一个具体设备所使用 的信息可能是数字式的 也可能是模拟式的 而非数字式信号必须经过转换 使其成为对应 的数字信号才能送到计算机总线 这种将模拟信号变为数字信号 或者反过来将数字信号变 为模拟信号的功能是 A D D A 接口来完成的 有些外设的信息是并行的 有些外设的信息是串行的 串行设备只能接收和发送串行的 数字信息 而 CPU 却只能接收和发并行信息 这样 串行设备必须通过接口将串行信息变 为并行信息 才能送给 CPU 反将 CPU 送出的并行信息变为串行信息 能送给串行设备 这 种变换由串行接口来完成 可见接口也起到并行数据和串行数据的变换作用 3 它们不能与 CPU 直接相连 因为 CPU 通过总线要和多个外设打交道 而在同一个时刻 CPU 通常只和一个外设交换 信息 就是说 一个外设不能长期和 CPU 相连 只有被 CPU 选中的外设 才接收数据总线 上的数据或者将外部信息送到数据总线上 除了上面这些原因外 外设的工作速度通常比 CPU 的速度低得多 而且各种外设的工 作速度互不相同 这就要求接口电路对输入输出过程能起一个缓冲和联络的作用 31 答 接口是 CPU 与外界的连接电路 并非任何一种电路都可以叫做接口 它必须具备一些 条件或功能 才称得上是接口电路 那么 接口应具备哪些功能呢 从解决 CPU 与外设在 连接时存在的矛盾的观点来看 一般有如下功能 寻址能力 对送来的片选信号进行识别 输入 输出功能 根据读 写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作 数据转换功能 并行数据向串行数据的转换或串行数据向并行数据的转换 联络功能 就绪信号 忙信号等 中断管理 发出中斯请求信号 接收中断响应信号 发送中断类型码的功能 并具 有优先级管理功能 复位 接收复位信号 从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动 可编程 用软件来决定其工作方式 用软件来设置有关的控制信号 错检测 一类是传输错 另一类是覆盖错 注 一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息 32 答 I O 设备的组成与实现原理不同 其内部组成结构也有差异 但基本功能部分比较相似 可以将接口分为两大部分 一部分用来与设备相连接 一部分用来与系统相连接 与系统相 连的功能部件包括数据总线缓冲 驱动器 地址缓冲译码逻辑 联络控制逻辑等 在端口中 需要配置共能不同端口寄存器 用来存放不同类型信息 33 答 一 I O 接口是位于系统与外设间 用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑控制电路 是 CPU 与外界进行信息交换的中转站 按功能分为两类 1 使微处理器正常工作所需要的辅助电路 通过这些辅助电路 使处理器得到所需 要的时钟信号或接收外部的多个中断请求等 2 输入 输出接口电路 利用这些接口电路 使微处理器可以接收外部送来的信息或 将信息发送给外部设备 二 根据微机系统的体系结构不同 I O 接口电路与存储器的编址方式也不相同 不同 微型计算机系统中存储器与 I O 端口的编址方式通常有两种形式 1 统一编址方式 这种方式又称为无重复编址方式 在这种方式中把外设的一个端 口与存储器的一个单元作同等对待 每一个 I O 端口都有一个确定的端口地址 CPU 与 I O 端口之间的信息交换 与存储单元的读写过程一样 内存单元与 I O 端口的不同 只在于它 们具有不同的地址 这种编址方式的实质是存储器的连接与接口电路的连接共用同一套译码 电路 统一编址方式的优点 CPU 对 I O 端口的读 写操作可以使用全部存储器的读 写操作指 令 也可以用对存储器的寻址方式来对 I O 端口中的信息进行访问 直接进行算术 逻辑运 算及循环 移位等操作 内存与外设地址的统一分配 可以用统一的译码电路 减少了系统 中的电路控制 不需要专门的输入 输出操作指令 计算机的指令系统相对简化 统一编址方式的缺点 内存与 I O 端口统一编址时 在地址总线数目一定的情况下 外设端 口占用一部分地址空间 使系统中可以直接寻址的内存单元数减少 一般情况下 系统中 I O 端口数远小于内存单元数 所以在用直接寻址方式来寻址这些端口时 要表示一个端口 地址 必须用与表示内存单元地址相同的字节数 使得指令代码较长 相应地读 写执行时 间也较长 这对提高系统的运行速度是不利的 程序的可读性降低 难以区分指令中的地址 是访问内存还是外设端口 2 独立编址方式 这种编址方式也叫做重复编址 这种编址方式存储器与外设接口 电路都有自己的译码电路 这样 CPU 与外设进行数据交换需要专用的 I O 指令 独立编址方式优点是 CPU 对 I O 端口的读 写操作与存储器的读 写操作指令分开 增强了程 序的可读性 内存与外设地址的分配 都有独立的译码电路 外设不占用内存空间 专门的 输入 输出操作指令可以加快外设的访问速度 独立编址方式的缺点在于内存与 I O 端口统 一编址时 需要两套译码电路 增加了系统的复杂性 需要专门的输入 输出操作指令 使 指令系统复杂 三 Intel 系列 CPU 都是采用独立编址方式 34 答 I O 端口译码电路设计可采用基本逻辑电路 专用译码器 开关式译码器及可编程器件 等来实现 1 采用基本逻辑电路的译码电路设计 在简单 I O 接口电路设计中 常采用与门 或门 非门等基本逻辑电路 设计步骤如下 1 将端口的地址范围采用二进制表示 将地址信号分成两组 地址线的低位与接口 芯片地址线相连接 作为芯片的片内地址线 2 根据地址线高位特征建立译码电路的逻辑函数 函数的参数由地址线高位的状态 生成 3 用地址线高位实现译码电路的逻辑函数 2 采用译码器的译码电路设计 在接口电路中需要输出多个端口地址的译码信号 可采用译码器实现 这种连接方式 译码 电路设计更简单 且多个接口电路可以共用一个译码电路 3 采用开关式地址译码设计 在实现上可以用一个多位地址开关来设置一个多位的地址值 然后使用一个比较电路对地址 线上的地址值与设定的开关值进行比较 如果相符则输出一个有效信号 该信号可作为片选 信号 如果接口中需要多个端口地址 则可以结合专用译码器进行地址译码 35 答 地址线的低位与接口芯片地址线相连接 作为芯片的片内地址线 根据地址线高位特征 建立译码电路的逻辑函数 函数的参数由地址线高位的状态生成 用地址线高位实现译码电 路的逻辑函数 在接口电路中需要输出多个端口地址的译码信号 可采用译码器实现 如果接口电路分 配的端口数目不同 需要考虑端口地址数目最大的接口电路 对于数目较少的接口电路来说 就会出现部分地址线不使用 产生地址空间不连续问题 空闲的地址空间是端口地址较少芯 片的映射地址 36 答 1 采用基本逻辑电路的译码电路设计 1 1 2 采用译码器的译码电路设计 1 1 3 采用开关式地址译码设计 1 2 8 7 6 5 4 3 6 5 4 3 2 1 37 答 CPU 与外设间数据传输时 根据外设特点 控制方式通常有程序控制 中断控制 直 接存储器存取 DMA Direct Memory Access 控制和 I O 处理机控制 4 种方式 程序控制方式是指直接在程序控制下 用 I O 指令来控制信息传输 是一种软件控制方 式 根据程序控制方法不同 可以分为无条件传送方式和条件传送方式 无条件传送方式的 硬 软件设计都比较简单 但应用的局限性较大 因为很难保证外设在每次信息传送时都处 于 准备好 状态 这种输入 输出方式适合于专用控制系统 不考虑 CPU 效率问题 条件传 送方式 CPU 运行效率较低 CPU 需要等待外设 当 CPU 执行程序操作时 外设数据已存入输入数据寄存器或数据输出寄存器已空 外 设向 CPU 发出中断请求信号 CPU 在一定条件下 暂停正在执行的程序 转入执行相应的 输入 输出子程序 待输入 输出完毕后 CPU 返回原来的程序继续执行 CPU 避免了把时间 耗费在等待 查询操作上 工作效率得以提高 38 答 DMA 控制器应有 DMA 请求输入线 接收 I O 设备的 DMA 请求信号 DMA 控制器应 有向主机发出总线请求的信号线和接收主机响应的信号线 DMA 控制器在取得总线控制权 以后应能发出内存地址 I O 读写命令及存储器读写命令控制 I O 与存储器间的数据传输过 程 39 答 1 写屏蔽字 阻止某通道的 DMA 请求 2 写命令字 8 号地址 确定信号有效电平 优先级方式 通道工作允许等 3 写模式字 B 号地址 确定某通道传送方式 传送类型