南航《微机原理与接口技术》复习(2014～2015(I)闭卷)

1、1 / 14微机原理与接口技术复习要点本课程讲授的主要章节有：第 1 1 章、第 2 2 章、第 5 5 章、第 6 6 章、第 7 7 章、第 8 8 章，第 1010 章、第 1111 章和第 1212 章，第 3 3和第 4 4 章在于应用之中(编程基础)。重点章节：第 2 2 章、第 5 5 章、第 6 6 章、第 7 7 章和第 1010 章。第一部分内容回顾第 2 2 章处理器2.12.1 微处理器概述一、 微处理器的性能指标(1)功耗=动态电容X电压X电流X频率(2)性能=核心频率X每个周期执行指令的条数理解性能与功耗公式的含义，能回答相关问题二、 处理器的几种工作方式1. In

2、teI 微处理器具有的工作方式：实地址方式、保护地址方式、虚拟8 6方式、系统管理方式及IA-32E 方式。2. 不同处理器具有的工作方式(1) 8086/8088 仅实地址方式(2) 80286 :实地址方式、保护地址方式(3) 80386/486 :实地址方式、保护地址方式、虚拟8 6方式(4) PentiumPentium 4：实地址方式、保护地址方式、虚拟8 6方式、系统管理方式(5)Cure 系列：实地址方式、保护地址方式、虚拟8 6方式、系统管理方式、IA-32E 方式(支持 64 位操作)3. 不同模式之间的切换方法：会有汇编语言程序在实地址方式和保护地址方式间来切换三、流水线及

3、超标量结构1.超标量(Superscalar)是指在 CPU 中有一条以上的超级流水线， 并且每时钟周期内可以执行一条及以 上的指令，这种设计技术称为超标量技术，对应处理器的结构，称为超标量结构。2.不同处理器的超标量结构处理器80486 Pentium Pentium Pro PentiumIIPentiumII IPentium4Core 2 Duo Core 2 QuardCore i3/5/72 / 14流水线级数5512121220(478) 31(775)141414流水线个数123333（2 个倍速）4X24X46X2/4/单周期执指条数123335 (1+2X2)81612/2

4、43.常用核心架构 把 Intel 微处理器的核心体系结构分为：（1）80X86 架构（8086/8088、80286、80386 和 80486）（2）P5 架构（Pentium、MMX Pentium ）（3）P6 架构（Pentium Pro、Pentiumn和 Pentium 川）（4）NetBurst 架构（Pentium 4）（5）Core 架构（Pentium Dual-Core、Core 2 Duo、Core 2 Quad 和 Core 2 Extreme 以及 Corei3/5/7 二 四代等）。2.22.2 微处理器内部结构一、 8086 :两个部件=BIU+EUBIU :

5、负责内外信息交换。还负责物理地址合成。EU :执行全部指令二、 80286:四个部件=BU+EU+AU+IUBU :负责内外信息交换。EU :执行全部指令AU :计算物理地址IU :指令译码三、 80386:六个部件=SU （分段）+PU （分页）+BU （总线）+IPU （预取）+IDU （译码）+EU （执行）四、 80486:八个部件=整数部件+浮点部件+分段部件+分页部件+总线部件+指令预取部件+指令部件+Cache 部件五、 Pentium :两条超标量指令流水线U （复杂）+V （简单）1、 主要特点：RISC 型超标量结构、高性能浮点运算器、双重分离高速缓存、64 位数据总线（外

6、部）、分支预测、系统管理方式等。2、 内部关键部件及其功能（1） BTB （ Branch Target Buffer）:分支目标缓冲器 ， 可对分支指令进行预测， 目的是提高流水线执 行效率。在 Pentium 微处理器中，使用了 BTB 预测分支指令，这样可在分支指令进入指令流水线之前预 先安排指令的顺序，而不致使指令流水线的执行产生停滞或混乱。（2）两重分离 Cache: 8KB 指令 Cache+8KB 数据 Cache（3 ）两条超标量指令流水线（整数部件）：U-流水线+V-指令流水线U-流水线可执行复杂指令和简单指令V-指令流水线仅能执行简单指令）1 个时钟周期可执行两条简单指令六

7、、 Pentium II/Pentium III:Pentium II 和 Pentium III 内部有三条超标量指令流水线，在一个时钟周期可执行三条简单指令七、 Pentium 4 :P4 的核心特点：内有高速执行引擎（ALU 倍速工作），如主频 2GHz,则内部 ALU 可工作在 4GHZ内部三条指令流水线，其中两条倍速工作，因此一个时钟周期可执行简单指令5 条八、 Cure 架构处理器：多核结构，每个核 4 个（i3、5、7 系列 6 个）超标量指令流水线。主要特点：（1） 4/6 个超标量指令流水线，每个核心内建4/6 组指令编译器3 / 14(2)支持 EM64T (支持 64 位

8、指令集)以及虚拟化技术(3)多核心架构，共享 2MB/4MB/6MB/8MB/12MB二级缓存(4)低功耗，高性能1、通用寄存器(8 位、16 位、32 位、64 位寄存器表示)AH,AL,AX,EAX.RAXBH,BL,BX,EBX.RBXCH,CL,CX,ECX.RCXDH,DL,DX,EDX.RDX2、控制寄存器 CR0,CR3,CR43、段寄存器：CS/DS/SS/ES/FS/GS4、系统地址寄存器 GDTR、IDTR5、标志位的含义及其判断方法复习相关判断指令 JC、JNC、JS、JNS、JZ、JNZ、JO、JNO, JP、JNP无符号数比较：大于：JA小于：JB 等于：JE 或 J

9、Z 大于等于：JAE 小于等于：JBE、重要寄存器中的相关位CR0 中的 PE、PG，CR4 中的 PSEFLAGS、EFLAGS 中的 CF、SF、OF、PF、ZF、IF累加器基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器 堆栈指针 基址指针 源变址寄存器 目标变址寄存器指令指针标志寄存器 机器控制寄存器页故障地址寄存器页目录表基址寄存器 扩展控制寄存器代码段寄存器 堆栈段寄存器数据段寄存器 扩展数据段寄存器 扩展数据段寄存器 扩展数据段寄存器GDT 和 IDT 寄存器LDT 寄存器任务状态段寄存器数据寄存器地址寄存器控制寄存器段寄存器系统地址寄存器通用寄存器、要掌握的寄存器4 / 142.42.4 引

10、脚信号与总线时序一、8086 引脚信号DT / R,M / IO,RD,WR,INTR、#INTA、RESET、ALEDT / RM /IORDWR对应的操作对应外部信号0001读 I/OIORC0101读存储器MRDC1010写 I/OIOWC1110写存储器MWIC二、80386Pentium 引脚信号ADS地址数据选择，第一个状态选择地址，第二个状态选择数据。BE3 BEL字节控制信号，分别控制 32 位的 4 个存储器体或 4 个 I/O 体，并隐含地址信号 A1 和 A0。 在字节控制信号的配合下数据总线可以按以下形式传送：BE0为低电平，传送D7 D0；BE1 为低电平，传送D15

11、 D8 ；B 为低电平，传送D23 D16；B为低电平，传送D31 D24；总线操作与引脚信号的关系M/IOW/RD/C操作类型对应的外部信号指令示例000中断响应INTA001读 I/OIORCIN AL,DX011写 I/OIOWCOUT DX , AL101读存储器数据MRDCMOV AX , SI111写存储器数据MWTCMOV DI,AX三、80386 总线时序80386 总线读周期时序四、Pentium 总线时序T1T2T2T2T2T1CLK2jfwwvvvvvnjrmrADSW/R_:_ :_ :_ *r(b)流水线方式下读总线时序CLKA31-A3ADSW/RD63-D0tBR

12、DYT1T2T1T2CLK- 厂r_y(a)非流水线方式下读总线时序图 2.32 PentiumA31-A3ADSW/RD63-D0taBRDYT1 T2 T2 T2 T2T1x:If乂1:l:iI-i11二.z(b) 4 个 64 位数据读猝发周期总线时序 处理器读总线周期D31-D0READYADSW/RT1T2T1T2CLA2一HJVVirCriJULTA31 -A3D31-D0READY(a)非流水线方式下读总线时序5 / 14五、P6Cure 总线时序6 / 14P6 到 Core 2 Due 基本的时序周期2.52.5 对存储器管理概述一、物理地址空间及虚拟地址空间地址线条数物理地

13、址空间=2，女口 386 : 232=4GB索引位数虚拟地址空间=2*2*段大小=214*最大段2.62.6 实地址方式物理地址实方式下的物理地址=段地址*16+偏移地址2.72.7 保护方式下(分段、段页)物理地址求法要求掌握 32 位 4KB 页转换(其它类型的页转换不要求) 所以重点是如何找段描述符和页相关项，能定义段描述符段描述符格式访问权字节31.24 23 22 212019 1615 14 131211 10 98 7. 0注意 Type 三个位的含义！位 3E ( Excutable )： E=0 为数据段描述符，E=1 为代码段描述符。位 2 ED (Expansion Di

14、rection ):数据段描述符用，ED=0 向上生长段，要求偏移量小于等于段限,ED=1 向下生长段，段偏移量应大于段限。位 2 C (Conforming ):代码段用，C=0 忽略描述符特权级，C=1 描述符特权级有效。位 1 W (Write ):数据段用，W=1 数据可以写入， W=0 不能写入。位 1 R ( Read):代码段用，R=1 代码段可以读，R=0 不能读。段基址(B31-B24 )GD/B0AVL段界(L19-L16)PDPLSTypeA段基址(B23-B16)段基址(B15-B0 )段界(L15-L0)40A35-A3 * 地址 | .ADSREQ4:0D63-D0

15、taDRDY_ i_ _ L_ = _Ij-：-:_ -L x_L_:_ :_ :DBSY寻址阶段，数据阶段状态：A15-A8产生体选择信号BE7-BE07 / 14、由逻辑地址到线性地址的转换48 位（80 位）逻辑地址段选择子：段内偏移地址第 5 5 章存储器一、存储器性能指标1. 存储器容量及引脚关系：存储容量 V 与 m、n 之间的关系为：V=2mXn掌握存储芯片容量与引脚的关系：特别注意DRAM 弓I脚与容量与其它芯片的不同2. 存储器带宽：带宽=存储器总线频率X数据宽度 /8 （单位：字节/S）二、 半导体存储器基本原理1. SRAM :双稳态触发器两个稳定状态记录信息2. DRA

16、M : MOS （场效）管极间电容充放电存放信息。3. 掩膜 ROM :字线与位线间是否跨接 MOS 管来决定信息 0 和 1。4. PROM :开关管与位数间的熔丝是否熔断决定信息0 和 1。5. EPROM:根据 FAMOS 管浮置栅是否有足够的电荷积累存储信息。6. FRAM :靠铁电晶体构成的铁电电容存储信息的。三、 掌握存储器扩展方法1.地址译码方法：会根据电路求地址或根据地址要求画译码电路（门电路及译码器自行选择）2.扩展容量地址求法：已知一个地址（首地址或末地址）和容量，求另一个地址。153 21 031(63)页转换示意图32位线性地址12 113 2 1031 . 22 21

17、DIR（10位页目录索Table（10位页表索引）Offset （12位页内偏移量）10位10位页表12位.物理地址4KB页目录表X4页表项主存储器CR3押目录项地址页目录表基地址页目录项页表基地址页基地址1KX1K=1M页因此共可寻址1MX4KB=4GB二、由线性地址到物理地址的转换：通过两次页的变换得到8 / 143.扩展方法及应用（编写访问程序或阅读程序说明功能等）9 / 14位扩展、字扩展和字位全扩展三种基本方法4 存储器组织（8 位、16 位、32 位和 64 位是如何组织的）四、掌握 CMOSCMOS RAMRAM 的读写操作两个端口地址：70H 为地址端口， 71H 为数据端口，

18、对 CMOS 操作分两步骤:MOV AL，CMOS 内部地址号OUT 70H，ALINT AL，71H ;读 CMOS 指定单元内容MOV AL，CMOS 内部地址号OUT 70H，ALMOV AL，DATA 数据OUT 71H，AL ;写数据到 CMOS 指定单元内容第 6 6 章基本输入输出接口技术一、基本知识1 处理器与 I/O 间的接口信息：数据信息、状态信息和控制信息。2 I/O 端口编址方法及 I/O 组织形式：（1 ）存储器映射编址（统一编址） +I/O 映射编址端口地址：0000HFFFFH，使用 A0A15 共 16 条地址线：（2）对于 8 位和 16 位存储器和 I/O

19、组织使用 A0A15 地址线对于 32 位存储器和 I/O 组织使用 A2A15 （A0 和 A1 隐含在/BE0/BE3 中）对于 64 位存储器和 I/O 组织使用 A3A15 （A0A2 隐含在/BE0/BE7 中）共 64K 个 8 位端口、32K 个 16 位端口、16K 个 32 位端口访问存储器使用/MRDC 和/MRWC 控制信号，访问 I/O 使用/IORC 和/IOWC 控制信号3 输入输出控制方式：直接程序控制方式+中断控制方式+DMA 控制方式+IO 处理机方式4简单 I/O 接口读写技术（输入缓冲、输出锁存）缓冲器常用三态门，锁存器常用D 触发器输入一定要缓冲，输出可

20、以锁存。5 熟练掌握串行通信的波特率计算与字符格式确定6 UART 以及 RS-232C 逻辑电平及波形识别（结合字符格式）结合题 6.10 和 6.121 掌握波特率的求法及波特率与除数值的关系，了解 16550/8250 的功能2 熟练掌握 8255 及其应用（包括与其它要求掌握的芯片的综合应用）、掌握接口芯片及其应用，两个控制字要记住!10 / 14（2）端口 C 置复位命令字1D6D5D4D3D2D1D0方式选择控制字标志A组方式 00=方式 0 01=方式11X =方式2C 下半口 I/OT 1=输入（0=输出A 口 I/O1=输入0=输出C 上半口 I/O1=输入 10=输出B 组

21、方式0=方式 01=方式 1（1 ） 方式选择控制字B 口 I/O1=输入0=输出11 / 14PC 引脚配合的信号标识和含义:如输入时：STB、IBF 以及 INTR,输出时有OBF、ACK及 INTR（2）熟练掌握 8254/8253 原理及其应用（重点方式23和 4）,包括对 8254 的操作顺序的要求（1） 8253/8254 命令字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0（2 ）不同模式下最值最大值：所有方式，最大计数值为0 （二进制表示 10000H , BCD 码计数表示 10000）最小值：除方式 2 和 3 夕卜，最小计数值为 1,方式 2, 3 的最小计数值为 2含最

22、大计数值和不同方式最小计数值等， 比如让你在规定时间之后产生一个选通信号 （负脉冲） 你采 用什么方式？（方式 4）三、知晓常用接口在微机系统中的地址1. CMOS RAM 的地址：70H 71H2. 8253/8254 的地址：40H 43H3. 主 8259 地址：20H21H，从 8259 的地址：A0HA1H第 7 7 章中断系统一、中断的五个过程及可屏蔽中断响应过程1、中断响应过程：中断请求、中断判优、中断响应、中断处理及中断返回五个过程2、可屏蔽中断中断响应过程：（1）进入中断响应周期（2）发两个中断响应脉冲（占两个总线周期）（3） 标志寄存器压入堆栈，并使 IF = 0, TF

23、= 0 （占一个总线周期）（4）断点地址压入堆栈（占两个总线周期）（5）CPU 得中断类型号后通过中断类型号获取中断服务程序入口地址，转入口地址。A） 对于实地址方式：找中断服务程序入口地址是从中断量表中读取中断向量的，因此要花费2 个总线周期的时间；B）对于保护方式：找中断服务程序入口地址是从中断描述符表中寻求中断描述符的，如果第一次访问，则需要从内存中找出 8 个字节的描述符，对于 32 位处理器，需要 2 个总线周期的时间，而通过中断描述 符中描述的段选择子，还要从内存表寻求 8 个字节的段描述符，这又要花费 2 个总线周期的时间，因此：保护方式从中断类型号获取中断服务程序入口地址就需要

24、4 个总线周期的时间。这样在保护方式下，可屏蔽中断响应过程共要花费2+1+2+4 = 9 个总线周期的时间。三、中断类型号与中断服务程序入口地址的关系1中断向量：中断服务程序入口地址的简称(用于实方式)，占四个字节，注意格式。SC1通道选择【0 0=计数器器 00 仁计数器器 11 0=计数器器 21 仁 8253 非法8254 读回命 操作类型M1M0BCDI I0=二进制计数1=BCD 码计数0 0=计数器锁存0 仁读/写低字节1 0=读/写高字节1 仁读/写 16 位（字先低字节 后咼字节0=复位仁置位注意方式 1 输入和输出三个SC2 RL1 RL0 M2方式选择0 0 0=万式 0

25、0 01=方式 1x 1 0=方式2 x1仁方式 31 0 0=方式 41 0 1=方式 512 / 142中断向量表：实方式下存放256 个中断向量的内存区域，共1KB , 00000H-003FFH3中断描述符：保护方式下描述中断服务程序入口地址相关信息咼地址帕移地址IR1IR73、操作命令字全部要求( 0CW1、0CW2 和 0CW3 )控制中断及优先级循环操作命令字OCW2D7D6D5D4D3D2D1D0RSLEOI00L2L1L0屏蔽查询状态命令字 OCW3D7D6D5D4D3D2D1D00ESMMSMM01PRRRIS4、8259 寄存器状态的读取IRR、ISR 和 IMR 的读取

26、方法读主片 IMR 的值：IN AL , 21H;读 IMR读主片 IRR 的值MOV AL , 0AHOUT20H , ALIN AL , 20H读主片 ISR 的值MOV AL , 0BHOUT 20H , AL13 / 14IN AL , 20H读从片 IMR 的值：IN AL , 0A1H;读 IMR读从片 IRR 的值MOV AL , 0AHOUT0A0H , ALIN AL , 0A0H读主从片 ISR 的值MOV AL , 0BHOUT0A0H , ALIN AL , 0A0H能够利用汇编语言判断多个中断请求还没有被响应或多个中断被响应但中断还没有结束的情况第 1010 章模拟输

27、入输出接口技术、DACDAC1 .D/A 转换器的数模关系：Vo=-KVref*D=-Vref*D/2n2 熟练掌握 DAC0832 应用能按要求编程产生相关波形，并能根据实际连接，注意模拟量与数字量的关系如三角波、锯齿波、倒锯齿波、梯形波等信号的发生方法，会编程应用，与课程设计有关。、ADCADC1. A/D 转换器模数关系：Do= KVin/Vref=(2n-1)*Vin/Vref2 熟练掌握 ADC0809 和 AD574 的应用会编程，采集模拟信号的方法(1 )锁存地址并启动 AD 变换(ADC0809:ALE 和 START 正脉冲；AD574:R/C=0)(2) 判断是否转换结束(

28、ADC0809:EOC = 1 为转换结束,AD574:STS=0 转换结束)(3) 读取转换结果(ADC0809:OE = 1;AD574:R/C=1)结合已学第 6 章中的接口芯片，并能应用实际中能进行综合应用(8255+8254+DAC0832+AD574 或 ADC0809+8259 等)第 1111 章总线-、总线信号类型电源+数据线+地址线+控制线二、总线层次处理器总线(最快)；存储器总线；系统总线；外部总线(最慢)三、总线带宽(数据传输率)的求法(1) 并行总线带宽或数据传输率 =(总线宽度/8 位)x总线工作频率(2) 串行总线带宽或数据传输率 =(1/10)x总线工作频率x通

29、道数第 1212 章 微机硬件系统1了解主板硬件系统基本组成14 / 142掌握芯片组的功能及 MCH （北桥）和 ICH （南桥）的概念及作用。 重点掌握： MCH 以及 ICH 的含义及功能，能区分哪些部件归哪个芯片管理 3 了解主板结构种类 （AT/ATX/BTX）4了解计算机系统的构成 从微机技术发展看，趋向串行技术（总线由并行变串行、硬盘接口也由并行变串行等等）第二部分 重点例题及习题：、重点例题：第 2 章【例 2.3】、【例 2.4】第 5 章【例 5.3】、【例 5.4】第 6 章【例 6.3】、【例 6.4】、【例 6.5】、【例 6.6】及 6.7.5 应用实例第 7 章【例 7.1】、【例 7.2】第 10 章 P3.79ADC0809 应用以及 P.380 AD574 应用、典型习题第 2 章 2.1, 2.2 , 2.9，2.10， 2.11,2.22,2.28, 2.30,2.44,2.46,2.48, 2.49第 5 章 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.10, 5.11,5.14,5.17,5.23第 6 章 6.2,6.6,6.10, 6.12, 6.15,6,16, 6.17,6,19,6.20第 7 章 7.1(2),(5),7.5, 7.6,7