课后习题1-8章(不包括3,4章)

陈俊周 微机原理与接口技术 课后习题 第一章 习题 1 微型计算机有哪些主要特征 微型计算机与早期的小型计算机 甚至中型 大型 计算机在性能上区别有着很强的时间性 例如目前 的微机不仅已超过了以前的许多小型机而且在某些 性能上超过了一些中型 大型机 但微型计算机与 它们相比还是有一些主要特征 如CPU集成 字长 仅为4 64位 地址空间64K 64G 且外设相对简 单 2 微机系统的硬件结构主要有哪些 组成部分 微型计算机的硬件结构从原理上看是由四大功能部 件组成的 它们分别是微机硬件核 系统总线 存 储器 外设接口及外设 3 微机硬件核的主要作用是什 么 1 1 1 1 微机硬件核 微机硬件核 硬件核是微机内可以产生各类规范的系统总线信号 并由此操控微机内的其它组成部件的最基本的硬件 组成部分 由CPU和必要的外部辅助器件 芯片组 构成 由8086 8088CPU构成的台式系统中 微机硬件 核内除了CPU外还包括系统时钟产生电路以及系统 总线生成电路 用于产生各类独立系统总线信号的 电路 包括产生地址总线信号的地址锁存器 用于 产生数据总线信号的双向数据收 发器 用于产生 控制总线信号的控制总线器件 4 什么是微机的三总线 它们各自 的作用是什么 1 地址总线AB Address Bus 是主控部件用于寻址受控部 件每个字节单元地址的信号线的集合 地址总线的数量将决定主控 部件的寻址能力或寻址空间的大小 例如20根地址线的寻址范围为 220 1024K字节单元 1K 1024 地址总线俗称Where Bus 意指其作用是用于指定数据存放的地点 第 1 章 概 述 4 2 数据总线DB Data Bus 是主控部件与用地址总线所寻 址的受控部件数据单元进行数据传送的信号线的集合 数据总线的 数量 位数 将决定主控部件与受控部件之间一次最多可交换的二 进制数据的位数 通常称为微机的字长 数据总线俗称What Bus 意指其作用是承载传送的具体内容 3 控制总线CB Control Bus 是那些用于操控地址总线和 数据总线信号的生成和时机 实现主控部件指定数据传送过程所需 的全部控制信号的集合 同样的微机中不同的操作过程所用到的控 制信号子集是有差异的 控制总线俗称When Bus 意指其作用是确定信息传送的严格时序 以上的三总线也有3W总线或W3总线的俗称 5 微机内常有的半导体存储器有哪 些类型 各自有什么特点 3 3 3 3 存储器 特指半导体存储器 存储器 特指半导体存储器 微型计算机中必备的存储器有两种 ROM和RAM 1 ROM为只读存储器 用于固化存放微机启动时所需的 系统自检 系统初始化 操作系统引导等程序 以及一些常 用的可供上层程序调用的最底层硬件操作子程序 这部分程 序在PC系列微机中称为BIOS Basic Input Output System 它们是在主机出厂时由生产厂写入的 其内容 除了必要的升级之外是不允许用户改动的 作为ROM的芯 片 可以是EPROM E2ROM或者FLASH ROM 2 RAM 为可读写存储器 是微机当前所运行的系统程序 和用户程序及数据的存放体 出于器件集成度和制造成本的 考虑 目前微机中的RAM都采用的是动态存储器DRAM 具 体表现为内存条的形式 6 微机中的外设有哪两种类型 各 自的主要作用是什么 1 数据中转类型接口部件的主要任务是使CPU通过 系统总线能够和不同反应速度 不同数据格式 如串行 数据 不同信号电平 如RS 232电平 不同信号形 式 如模拟信号 的各种外设进行可靠的数据传输 所 以也就存在着各式各样的数据中转类型的接口电路 如 串行接口 并行接口 模拟 数字转换接口等 2 辅助控制类型接口部件的作用是按照CPU的命令 完成某种系统管理或控制功能的部件 如中断控制器 8259 定时计数器8253等 这类功能部件由于CPU采 用了与数据中转类型接口部件完全相同的寻址和访问方 式 所以归类于外设接口功能部件类 尽管它们并不衔 接任何外设 7 微型计算机有哪些主要技术指 标 它们的意义是什么 字长 计算机内部一次可处理的二进制数的最多位数 前有4 位 8位 16位 32位 64位 速度 常用每秒执行的指令数衡量 有每秒百万次定点指令MIPS Million Instructions Per Second 每秒百万次浮点指令操作MFLOPS Million Floating point Operations Per Second 内存空间 CPU地址线可直接寻址的内存字节数目 目前有64K 16位 1M 20位 16M 24位 4G 32位 64G 36位 系统结构及外部设备配置情况 CPU芯片组结构 系统总线结构 ISA EISA VESA PCI等 主板上高速缓存 二级Catch 多少 可配置的内存类型及最大容量 第 1 章 概 述 6 支持硬盘的工作模式 ATA PIO DMA SCSI等 支持显示模式 ISA EISA VESA PCI AGP等 支持串口模式 RS232 USB 1394等 第二章 练习 1 8086 CPU由哪两部分组成 它们的主要功 能是什么 8086与8088的主要区别是什么 8086 8088微处理器的内部组成结构按照功能可 分成总线接口部件BIU Bus Interface Unit 和指令执行部件EU Execution Unit 两大部 分 BIU的主要作用是实现CPU对外部三总线的控制并 与外部进行数据交换 具体的操作主要是根据指令 的要求合成20位的地址信号及产生与外部总线数 据传输需要的控制信号时序 最终实现与外部的数 据交换 1 8086 CPU由哪两部分组成 它们的主要功 能是什么 8086与8088的主要区别是什么 EU的作用则是执行指令 指令队列中的指令经EU 控制系统转换成具体的操作控制信号并实现指令规 定的运算或操作 8088与8086在芯片内部是完全一样的 主要区别 是在外部将数据线缩减成了8位 另有几根外部引 脚定义不同 2 8086 8088 CPU内部有哪 些寄存器 其主要作用是什么 通用寄存器 AX BX CX DX AX AH AL 累加器 Accumulator 是寄存 器中最忙的一个 大多数的算术和逻辑运算以及输入 输出都必须经由它进行 BX BH BL 基地址寄存器 Base 在间接寻 址中作为偏移地址寄存器 在基址寻址中作为基地址 寄存器 CX CH CL 计数寄存器 Count 在块传送 和循环等指令中固定的充当计数器 DX DH DL 数据寄存器 Data 在乘除法指 令中固定充当辅助的操作数寄存器 在输入 输出指 令中固定作为外设口地址寄存器 2 8086 8088 CPU内部有哪 些寄存器 其主要作用是什么 SI 源变址寄存器 Source Index 用于在 数据块传送类指令中固定与DS一起提供源数据块 地址 其值可自动加减 另外它还可以为DS或ES 提供偏移地址或变址值 DI 目的变址寄存器 Destination Index 用于在数据块传送类指令中固定与ES一起提供目 的数据块地址 其值可自动加减 由标志寄存器 FR中的DF位指定 另外它还可以为DS或ES提供 偏移地址或变址值 2 8086 8088 CPU内部有哪 些寄存器 其主要作用是什么 CS 代码段寄存器 Code Segment 固定 与IP一起寻址内存代码区 SS 堆栈段寄存器 Stack Segment 固定 与SP或BP寻址内存的堆栈区 DS 数据段寄存器 Data Segment 可与 SI DI BP等寻址内存数据区 ES 附加段寄存器 Extra data Segment 可与SI DI BP等寻址内存数据 区 3 试述8086 8088 CPU中的 SP BP SI DI有何种特殊用途 SP 堆栈指针 Stack Pointer 固定配合 SS来指定 寻址 内存中的堆栈区栈顶的当前偏 移地址 当执行完入栈 出栈指令后 SP的值会自 动减2 加2 其值将始终指向栈顶位置 BP 基数指针 Base Pointer 用于提供多 种寻址方式中的偏移地址或基地址 还用于配合 SS提供堆栈区的非栈顶单元偏移地址 3 试述8086 8088 CPU中的 SP BP SI DI有何种特殊用途 SI 源变址寄存器 Source Index 用于在 数据块传送类指令中固定与DS一起提供源数据块 地址 其值可自动加减 另外它还可以为DS或ES 提供偏移地址或变址值 DI 目的变址寄存器 Destination Index 用于在数据块传送类指令中固定与ES一起提供目 的数据块地址 其值可自动加减 由标志寄存器 FR中的DF位指定 另外它还可以为DS或ES提供 偏移地址或变址值 4 8086 CPU有哪些程序状态字 哪些属于状 态标志哪些属于控制标志 它们各自的作用是什 么 状态标志 CF 进位标志 Carry Flag 运算 操作结果产生进 借位时CF 1 反 之CF 0 PF 齐偶标志 Parity Flag 运算结果中低8位有偶数个1时PF 1 奇 数个1时PF 0 AF 辅助进位标志 Auxiliary Flag 两个字节运算若结果中低半个字 节有进 借位时AF 1 反之AF 0 ZF 零标志 Zero Flag 运算 操作结果为0时ZF 1 反之ZF 0 SF 符号标志 Sign Flag 运算结果最高位为0时SF 0 反之SF 1 OF 溢出标志 Overflow Flag 运算结果产生溢出时OF 1 反之 OF 0 4 8086 CPU有哪些程序状态字 哪些属于状 态标志哪些属于控制标志 它们各自的作用是什 么 控制标志 DF 地址方向标志 Direction Flag 用于数据块传送时控制 偏移地址指针的变化方向 DF 0 内存地址朝增加方向变化 DF 1 内存地址朝减小方向变化 IF 中断允许标志 Interrupt Flag 用于禁止 允许CPU对可 屏蔽中断请求的响应 IF 0 禁止 IF 1 允许 TF 自陷标志 Trap Flag 用于程序的单步调试 TF 1 每执 行一条指令就中断一下 以便运行检测程序 TF 0连续执行 5 设 AX 2345H DX 5219H 请指 出两数相加和相减后 6位状态标志位的状态 相加以后 2345H 5219H 755EH 0111 0101 0101 1110 CF 0 PF 0 AF 0 ZF 0 SF 0 OF 0 2345H 5219H D12CH 1101 0001 0010 1100 CF 1 PF 0 AF 1 ZF 0 SF 1 OF 0 6 以知给定堆栈区的地址范围为 1250H 0000H 1250H 0100H SP 0052H 问 1 栈顶地址是什么 2 栈底地址是什么 3 SS中的 内容是什么 4 若在堆栈中存入数据2345H 请画出堆栈区图 标明数据 存放位置及对应的段地址和偏移地址 45 23 12500H 12600H 12552H 12550H 7 8086 CPU是如何实现地址线与 数据线分时复用的 8086按16位传输数据的 有16个地址 数据复用 引脚 作为地址 数据复用引脚 在总线周期的T1 状态用来输出要访问的存储器或I O端口的地 址 T2 T3状态 对于读周期来说 是处于浮空状 态 而对于写周期来说则传输数据 在最小模式下ALE信号为地址锁存允许信号输出 在任一总线周期的T1状态 ALE输出有效电平 以 表示输出的是地址信息 ALE信号不可浮空 第二章 练习 8 什么是总线周期 基本总线周期和时钟周 期 CPU每完成一次总线操作 与外部更换一次数据 一次读或一次写 称为一个 总线周期 CPU与外部交换一次数据至少需要4个时钟周期 被称为基本总线周期 CPU主时钟周期也简称为 时钟周期 是计算机内 部的最小计时单位 是CPU主时钟频率的倒数 9 8086 8088 CPU的引脚可分为 哪些类型 各引脚的作用是什么 9 8086 8088 CPU的引脚可分为 哪些类型 各引脚的作用是什么 10 CPU是如何选择存储器齐 偶地址单元的 为什么 存取存储单元字数据时一定要从偶数地址开始 11 一个总线周期会有哪些状态 这些状态对应 哪些引脚操作 其中的TW状态有什么作用 TW等待存储器或外设准备就绪 12 8086 8088最小模式和最大模式在功能上 有哪些主要不同点 表现在引脚上有哪些不同 最大模式的主要特点是 CPU的主要控制信号不是 独立的信号引脚形式 而是信号组合的形式 例如 用3根引脚的000 111电平组合表示8个不同的独 立控制信号 但由于大多数受控部件内部不具有控 制信号译码功能 只能接受独立的控制信号 因此这种方式必须在外部增配信号译码电路 将组 合信号变换为独立的控制信号线 虽然需要增加外 部器件 但可换来以下好处 1 扩充了控制信 号的类型和数量 2 使得系统可以构建两套 层 总线 外部增加的专用器件称为总线控制器 主要用于组合控制信号的译码及总线管理 13 什么是局部总线工作方式和系统总线 工作方式 14 请说明地址锁存器8282和数据收发器8286的主要 作用 为什么最大模式下必须要用总线控制器 地址锁存器8282 1 锁存地址信号 2 提供较大的地址总线驱动能力 3 在需要时隔离CPU地址线与系统总线的联系 OE 接高电平 Intel8286主要作用 1 选通 隔离CPU数据线与系统总线 2 选择数据传送方向 3 提供较大的数据总线驱动能力 在最大模式需要支持多个主控部件 处理器 对总线 共享 如果没有总线控制器 系统最多只能支持两个 主控部件 15 为什么最大模式下需要LOCK信号 而 最小模式下则不要 在最大模式下 多个主控部件通过系统总线仲裁器共享 系统总线 CPU需要通过LOCK信号通知系统总线仲裁 器是否锁定或释放系统总线 最小模式下实现多处理器共享总线的方法是通过CPU的 HOLD和HLDA引脚联络另一个主控部件的总线请求信号 CPU不需要与系统总线仲裁器通讯 16 总线控制器8288的主要作用是什么 其引脚CEN IOB和AEN的功能是什么 8288的主要功能为 1 对CPU最大模式下的组合控制信号进行译码 产生多 个独立的控制信号 扩展CPU控制总线的功能 2 对自身译码后的控制信号 以及地址锁存器和数据收发器进行管理 使CPU能够独占系统总线或者与其它主 控部件共享系统总线 隔离或开通CPU与系统总线的联系 17 微机系统中为什么要设置总线仲 裁部件 当系统总线上挂接有多个主控部件时 必须保证任 意时刻只能有一个主控部件行使对系统总线的控制 权 这种保障机制就是总线仲裁 当某个主控部件 正在使用总线 则其它主控部件必须与系统总线隔 离 实现的方法是将其它主控部件与系统总线相连 的地址锁存器 数据收发器及各控制总线的输出端 设为高阻态 18 HOLD HLDA与RQ GT0 RQ GT1引脚功能有何不同 第五章 练习 1 本课程中所说的外设是什么含义 在本课程中所提到的外设实际上仅指CPU用 IN OUT指令通过其三总线可以直接访问到的那部 分功能电路 即接口电路部分 2 外部设备为什么要通过接口电路和主机系统相连 存储器需要接口电路和总线相连吗 为什么 3 微机硬件核直接通过系统三总线相连进行数据交换的 有哪两大类功能部件 它们在共用一套地址及数据总线 的情况下是如何保证寻址及数据传送正确性的 4 为了实现微机硬件核与不同类型外设的数据 交换 接口电路通常需解决哪些问题 5 一个具有一定智能的接口电路 芯片 其内部通常 具有哪些寄存器 这些寄存器的作用是什么 接口电路芯片内具有独立端口地址的寄存器通常 有以下几类 1 输入数据寄存器和输出数据寄存器组 数据中 转型接口中用于暂存数据 2 控制寄存器组 用于接受CPU 的控制命令 3 状态寄存器组 用于提供CPU 可查询的状态信 息 6 什么是外设端口 或I O 端口 通常有哪 些类型的外设端口 接口电路内部必须具备一些不同功能的可以由CPU 三总线按特定地址进行访问的单元 寄存器 通 常将它们称之为外设端口或I O 端口 1 输入数据寄存器和输出数据寄存器组 数据 中转型接口中用于暂存数据 2 控制寄存器组 用于接受CPU 的控制命令 3 状态寄存器组 用于提供CPU 可查询的状态 信息 第五章 练习 练习 7 CPU 与外设的数据传送有哪几种 方式 它们各有哪些优缺点 7 CPU 与外设的数据传送有哪几种 方式 它们各有哪些优缺点 8 查询式传送方式有什么优缺点 中断 方式为什么能弥补查询方式的缺点 查询传送方式需要CPU不断的查询 读取 接口芯片提供的就绪信号来决定是否执 行下一条IN OUT 指令的传送方式 这样浪费了大量的CPU资源 中断传送方式CPU 在没有中断请求的时候会运行主程序或其它程序 当外设准备 好后发中断请求 CPU响应中断并转入中断处理程序内去执行一次IN OUT 操作 中断处理程序结束后又返回主程序运行 直到下一次中断的产生 这使得CPU资源 能够得到充分的利用 9 80X86 CPU 最多可寻址多少个I O 端口 如果微机内共有7 个接口芯片 其中一个接口芯片有6 个独立端口地址 CPU 应如何 寻址这些端口 请画出原理性电路 并写出读写这些端口的指令 80X86 系列CPU用于外设数据传送的IN OUT指令 最多可以驱使A15 A0 共16 根地址线 即I O空 间为216 65536 I O端口地址 IN AL 0H OUT 0H AL IN AL 0H OUT 0H AL 10 如果一个通用的接口芯片其内部有一个8 位的数据输入寄存器 一个8 位的数据输出寄存器 一个8 位的控制命令寄存器和一个 8 位的状态寄存器 则这个芯片应该具有哪些引脚 11 如果只采用A5 A0 共6 根地址线对8255 和8259 进行地址 译码 且要求8255 口地址为10H 12H 14H 16H 8259 的口 地址为18H 1AH 请在下图画出正确连线 208H 20FH 1 0 0 0 0 0 0 1 第六章 练习 1 8255 的三个端口在编程使用中 有什么主要区别 2 8255 有哪几种工作方式 各适用哪些端口 在这些方式中端口C 各起什么作用 1 1 1 1 方式方式0 0 0 0 无固定信号联络线的输入 无固定信号联络线的输入 输出方式 输出方式 2 2 2 2 方式方式1 1 1 1 有信号联络线的输入 有信号联络线的输入 输出方式 输出方式 3 3 3 3 方式方式2 2 2 2 双向数据传送方式 只适用于端口 双向数据传送方式 只适用于端口A A A A 3 若8255 端口A 设定为方式0 端口B 设定为方式1 则端口C 还有哪些引脚可分别编程为输入和输出 对应的控制字是怎样的 1 0 0 X X 1 X X PC3 PC7 011 PC3 4 一个可以双向传输数据的并口 要想可靠的与外设交换 数据 至少应该配置几根信号联络线 它们的作用各是什么 5 如果设定8255 端口A 工作于方式1 输出数据 且CPU 采用查询方式 而非中断方式向端口A 写数据 请画出CPU 与8255 之间 8255 与外设 之间的原理性电路连接图并写出有关的程序段 设端口A B C 及控制寄 存器口地址为0D0H 0D2H 0D4H 0D6H MOV CX 100 设置计数值 LEA SI BUF 取数据缓冲区偏移地址 MOV DX 0D6H 控制寄存器口地址 MOV AL 10101001B A 口方式1 输出 PC7 PC4 输入 PC3 PC0 输入 OUT DX AL MOV AL 00001101 位设置命令字 将 PC6 置1 OUT DX AL 用于打开A 口方式1 下8255 内部的中断允许位 L0 MOV DX P8255 A 口地址 MOV AL SI 取打印数据 INC SI 指向下一数据 OUT DX AL 向8255 的A 口送打印数据 MOV DX P8255 2 L1 IN AL DX 读PC0 状态 AND AL 00000001B 判断PC0 是否为1 PC3 INTR 1 表示输出缓冲器空 JZ L1 PC0 不为1 继续查询 LOOP L0 PC0 为1 进行下一次数据输出 程序结束 数据全部输出完毕 5 如果设定8255 端口A 工作于方式1 输出数据 且CPU 采用查询方式 而非中断方式向端口A 写数据 请画出CPU 与8255 之间 8255 与外设 之间的原理性电路连接图并写出有关的程序段 设端口A B C 及控制寄 存器口地址为0D0H 0D2H 0D4H 0D6H MOV CX 100 设置计数值 LEA SI BUF 取数据缓冲区偏移地址 MOV DX 0D6H 控制寄存器口地址 MOV AL 10101001B A 口方式1 输出 PC7 PC4 输入 PC3 PC0 输入 OUT DX AL MOV AL 00001101 位设置命令字 将PC6 置1 INTE 1 OUT DX AL 用于打开A 口方式1 下8255 内部的中断允许位 L0 MOV DX 0D0H A 口地址 MOV AL SI 取数据 INC SI 指向下一数据 OUT DX AL 向8255 的A 口送数据 MOV DX 0D4H L1 IN AL DX 读PC0 状态 AND AL 00000100B 判断PC3 是否为1 PC3 INTR 1 表示输出缓冲器空 JZ L1 PC3不为1 继续查询 LOOP L0 PC3为1 进行下一次数据输出 程序结束 数据全部输出完毕 1010 0000 0000 1101 A口工作于方式1 输出 B口工作于方式0 输出 PCA从属于端口A PC6 1 C口工作于中断方式 PC0 1 第六章 练习 7 请画出3 行 3 列 行列式键盘的电路原 理图并说明其工作原理 9 若采用8255 的CA 口作为行线 CB 口作为列线 设计一个4 4 的键盘电 路 请画出8255 与键盘矩阵的电路连接图并编写行反转法实现的按键识别程序 8255地址为320H 1 首先判别是否有键按下 向行线A3 A0 输出全0 MOV DX 323H 口地址指向8255 控制寄存器 MOV AL 81H 设定A B口为方式0 输出 C 口C3 C0 为输入 C7 C4 为输出 OUT DX AL ABC MOV AL 00 向CA口输出全 0 行值 MOV DX 322H OUT DX AL IN AL DX 从CB 口读入列值 AND AL 0FH CMP AL 0FH 判断是否有键按下 JZ ABC 无键按下则继续查询 MOV AH AL 保存CB值 CALL DELAY 有键按下则延迟一定时间 一般为5 20ms 用于消除键抖动 2 反向查找 MOV DX 323H 口地址指向8255 控制寄存器 MOV AL 88H 设定A B口为方式0 输出 C 口C3 C0 为输出 C7 C4 为输入 OUT DX AL MOV AL