《现代微型计算机原理与接口技术》习题解答

《现代微型计算机原理与接⼝技术》习题解答

习 题 ⼀1.

8086CPU 由哪⼏个部件构成？它们的主要功能各是什么？

8086 CPU 由指令执⾏部件EU 和总线接⼝部件BIU 两个部份组成。指令执⾏部件主要功能是执⾏指令。总线接⼝部件的主要功能是完成访问存储器或I/O 端⼝的操作： 形成访问存储器的物理地址；

访问存储器取得指令并暂存到指令队列中等待执⾏；

访问存储器或I/O 端⼝以读取操作数参与EU 运算，或存放运算结果。 2.

什么是逻辑地址？什么是物理地址？它们各⾃如何表⽰？如何转换？

程序中使⽤的存储器地址称为逻辑地址，由16位“段基址”和16位“偏移地址”（段内地址）组成。段基址表⽰⼀个段的起始地址的⾼16位。偏移地址表⽰段内的⼀个单元距离段开始位置的距离。访问存储器的实际地址称为物理地址，⽤20位⼆进制表⽰。将两个16位⼆进制表⽰的逻辑地址错位相加，可以得到20位的物理地址：

物理地址＝段基址×16 + 偏移地址

在32位CPU 的保护模式下，“逻辑地址”的表⽰产⽣了⼀些变化，请参考第8章的相关内容。3.

什么是“堆栈”？它有什么⽤处？在使⽤上有什么特点？

堆栈是内存中的⼀块存储区，⽤来存放专⽤数据。例如，调⽤⼦程序时的⼊⼝参数、返回地址等，这些数据都按照“先进后出”的规则进⾏存取。SS 存放堆栈段的段基址，SP 存放当前堆栈栈顶的偏移地址。数据进出堆栈要使⽤专门的堆栈操作指令，SP 的值在执⾏堆栈操作指令时根据规则⾃动地进⾏修改。4.

设X=36H ，Y=78H ，进⾏X+Y 和X －Y 运算后FLAGS 寄存器各状态标志位各是什么？

5.

按照传输⽅向和电⽓特性划分，CPU 引脚信号有⼏种类型？各适⽤于什么场合？ CPU 引脚传输的信号按照传输⽅向划分，有以下⼏种类型：

输出：信号从CPU 向外部传送；

输⼊：信号从外部送⼊CPU；

双向：信号有时从外部送⼊CPU，有时从CPU向外部传送。

双向信号主要⽤于数据信号的传输；输出信号⽤于传输地址信号和⼀些控制信号；输⼊信号主要⽤于传输外部的状态信号（例如READY）和请求（中断、DMA）

信号。按照信号的电器特性划分，有以下⼏种类型：

⼀般信号：⽤来传输数据/地址信号时，⾼电平表⽰“1”，低电平表⽰“0”；⽤来

表⽰正逻辑的控制/状态信号时，“1”表⽰有效，“0”表⽰信号⽆效；

⽤来表⽰负逻辑的控制/状态信号时，“0”表⽰有效，“1”表⽰信号⽆

效。

三态信号：除了⾼电平、低电平两种状态之外，CPU内部还可以通过⼀个⼤的电

阻阻断内外信号的传送，CPU内部的状态与外部相互隔离，也称为“悬

浮态”。CPU放弃总线控制权，允许其他设备使⽤总线时，将相关信

号置为“悬浮态”。6.8086CPU以最⼩模式⼯作，现需要读取内存中⾸地址为20031H的⼀个字，如何执

⾏总线读周期？请具体分析。

为了读取内存中⾸地址为20031H的⼀个字，需要执⾏⼆个总线读周期。

第⼀个总线周期读取20031H字节内容，进⾏的操作如下。T1状态：IO

M= 1，指出CPU是从内存读取数据。随后CPU从地址/状态复⽤线/

（A19/S6～A16/S3）和地址/数据复⽤线（AD15～AD0）上发出读取存储器的20位地址20031H。

为了锁存地址，CPU在T1状态从ALE引脚输出⼀个正脉冲作为地址锁存信号。

由于需要读取⾼8位数据线上的数据（奇地址），BHE= 0。

为了控制总线收发器8286接受数据，RDT= 0。

/

T2状态：地址信息撤消，地址/数据线AD15～AD0进⼊⾼阻态，读信号RD开始变为低电平（有效），DEN=0，⽤来开放总线收发器8286。T3状态: CPU检测READY引脚信号。若READY为⾼电平（有效）时，表⽰存储器或I/O端⼝已经准备好数据，CPU在T3状态结束时读取该数据。若READY为低电平，则表⽰系统中挂接的存储器或外设不能如期送出数据，要求CPU在T3和T4状态之间插⼊1个或⼏个等待状态Tw。T W状态：进⼊T W状态后，CPU在每个T W状态的前沿（下降沿）采样READY信号，若为低电平，则继续插⼊等待状态TW。若READY信号变为⾼电平，表⽰数据已出现在数据总线上，CPU从AD15~AD0读取数据。

T4状态：在T3（T W）和T4状态交界的下降沿处，CPU对数据总线上的数据进⾏采样，完成读取数据的操作。

第⼆个总线周期读取地址为20032H字节的内容。CPU发出的信号与第⼀个周期类似，区别在于T1状态CPU发出存储器地址为20032H，由于只需要读取低8位数据线上的数据（偶地址），BHE=1。

在CPU内部，从20031H读⼊的低位字节和从20032H读⼊的⾼位字节被拼装成⼀个字。7.8086CPU有⼏种⼯作⽅式？各有什么特点？

8086/8088 CPU有两种⼯作模式：最⼤⼯作模式和最⼩⼯作模式。

所谓最⼩⼯作模式，是指系统中只有⼀个8086/8088处理器，所有的总线控制信号都由8086/8088 CPU直接产⽣，构成系统所需的总线控制逻辑部件最少，最⼩⼯作模式因此得名。最⼩模式也称单处理器模式。

最⼤模式下，系统内可以有⼀个以上的处理器，除了8086/8088作为“中央处理器”之外，还可以配置⽤于数值计算的8087“数值协处理器”、⽤于I/O管理的“I/O协处理器”8089。各个处理器发往总线的命令统⼀送往“总线控制器”，由它“仲裁”后发出。CPU两种⼯作模式由MX

MN接⾼电平，CPU⼯作在最⼩模式；

/

MN引脚决定，MX

/

将MX/

MN接地，CPU⼯作在最⼤模式。

8.分析8086CPU两个中断输⼊引脚的区别，以及各⾃的使⽤场合。

INTR⽤于输⼊可屏蔽中断请求信号，电平触发，⾼电平有效。中断允许标志IF= 1时才能响应INTR上的中断请求。

NMI⽤于输⼊不可屏蔽中断请求信号，上升沿触发，不受中断允许标志的限制。CPU⼀旦测试到NMI请求有效，当前指令执⾏完后⾃动转去执⾏类型2的中断服务程序。NMI引脚⽤于连接CPU外部的紧急中断请求，例如内存校验错，电源掉电报警等。INTR 引脚⽤于连接⼀般外部设备的中断请求。9.什么是时钟周期、总线周期、指令周期？它们的时间长短取决于哪些因素？

时钟周期：CPU连接的系统主时钟CLK⼀个周期的时间。CLK信号频率越⾼，时钟周期越短。

总线周期：CPU通过外部总线对存储器或I/O端⼝进⾏⼀次读/写操作的过程称为总线周期。8086CPU总线周期⼀般由四个时钟周期组成，存储器/IO设备（接⼝）速度不能满⾜CPU要求时，可以增加⼀个或多个时钟周期。

指令周期：CPU执⾏⼀条指令的时间（包括取指令和执⾏该指令所需的全部时间）称为指令周期。指令周期的时间主要取决于主时钟的频率和指令的复杂程度，它也受到存储器或IO设备接⼝⼯作速度的影响。10.在⼀次最⼩模式总线读周期中，8086CPU先后发出了哪些信号？各有什么⽤处？

T1状态：IO

/

M指出CPU是从内存（1）还是从IO端⼝（0）读取数据。随后CPU从地址/状态复⽤线（A19/S6～A16/S3）和地址/数据复⽤线（AD15～AD0）上发出读取存储器的20位地址，对IO端⼝访问时从AD15～AD0上发出16位地址。

为了锁存地址，CPU在T1状态从ALE引脚输出⼀个正脉冲作为地址锁存信号。

如果需要读取⾼8位数据线上的数据（奇地址/读取⼀个字），BHE= 0。

为了控制总线收发器8286数据传输⽅向，RDT= 0。

/

T2状态：读信号RD开始变为低电平（有效），DEN=0，⽤来开放总线收发器8286。

T3状态: CPU检测READY引脚信号。若READY为⾼电平（有效），表⽰存储器或I/O 端⼝已经准备好数据，进⼊T4状态；若READY为低电平（⽆效），表⽰存储器或I/O端⼝尚未准备好数据，插⼊⼀个或多个T W状态，直到READY变为⾼电平。

T4状态：在T3（T W）和T4状态交界的下降沿处，CPU对数据总线上的数据进⾏采样，完成读取数据的操作。

11.结合指令“OUT 21H, AL”，具体叙述最⼤模式“总线写周期”总线上的相关信号。

T1状态：地址/数据复⽤线（AD15～AD0）上出现访问IO端⼝的16位地址21H。由于地址为奇数，需要通过⾼8位数据线访问端⼝，BHE= 0。T2状态：IOW= 0，表⽰本周期对IO端⼝进⾏写操作。地址/数据复⽤线（AD15～AD0）上出现来⾃AL的8位数据。T3状态：若READY为⾼电平（有效），表⽰I/O端⼝已经准备好接收数据。反之，表⽰I/O端⼝尚未准备好接收数据，需要CPU插⼊T W周期进⾏等待，直到READY出现⾼电平（有效）。

T4状态：CPU结束本周期。

习题⼆1.内存储器主要分为哪两类？它们的主要区别是什么？

内存储器分为随机存取存储器RAM（Radom Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）两类。RAM中信息可以按地址读出，也可以按地址写⼊。RAM具有易失性，掉电后原来存储的信息全部丢失，不能恢复。

ROM 中的信息可以按地址读出，但是在普通状态下不能写⼊，它的内容⼀般不能被改变。ROM具有“⾮易失性”，电源关闭后，其中的信息仍然保持。2.说明SRAM、DRAM、MROM、PROM和EPROM的特点和⽤途。

SRAM：静态RAM，读写速度快，但是集成度低，容量⼩，主要⽤作Cache或⼩系统的内存储器。

DRAM：动态RAM，读写速度慢于静态RAM，但是它的集成度⾼，单⽚容量⼤，现代微型计算机的“主存”均由DRAM构成。

MROM：掩膜ROM，由芯⽚制作商在⽣产、制作时写⼊其中数据，成本低，适合于批量较⼤、程序和数据已经成熟、不需要修改的场合。PROM：可编程ROM，允许⽤户⾃⾏写⼊芯⽚内容。芯⽚出⼚时，所有位均处于全“0”或全“1”状态，数据写⼊后不能恢复。因此，PROM只能写⼊⼀次。EPROM：可擦除可编程只读存储器，可根据⽤户的需求，多次写⼊和擦除，重复使⽤。⽤于系统开发，需要反复修改的场合。3.已知⼀个SRAM芯⽚的容量为8K×8b，该芯⽚有⼀个⽚选信号引脚和⼀个读/写控制

引脚，问该芯⽚⾄少有多少个引脚？地址线多少条？数据线多少条？

根据存储芯⽚地址线数量计算公式，k＝log2（1024*8）= log2（213）=13，即总计有13根地址线。另有8根数据线、2根电源线。所以该芯⽚⾄少有25（=13+8+1+1+2）根引脚。4.巳知⼀个DRAM芯⽚外部引脚信号中有4根数据线，7根地址线，计算它的容量。

根据存储容量计算公式S＝2k×I，可得该芯⽚的存储容量为：214*4=16K×4bit（位），也可表⽰为64Kb=8KB（字节）。5.32M×8b的DRAM芯⽚，其外部数据线和地址线为多少条?

根据存储芯⽚地址线数量计算公式，k＝log2（1024*1024*32）= log2（225）=25，即需要25根地址线。但是，由于DRAM芯⽚的地址采⽤分时输⼊的⽅法，所以实际需要的地址线只有理论值的⼀半，此处为13根。数据线8根。6. DRAM 为什么需要定时刷新?

DRAM 靠MOS 管极间电容存储电荷的有⽆决定所存信息是0还是1，由于漏电流的存在，它存储的信息不能长时间保存，需要定时重新写⼊，称为“刷新”。7. 74LS138译码器的接线如图2.28所⽰，写出0Y 、2Y 、4Y 、6Y 所决定的内存地址范