2022年微机原理课后习题参考答案 .pdf
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1、1 上册第一章P9 1.1 微处理器、微型计算机、微型计算机系统的区别是什么?答:(1) 微型计算机中的运算器和控制器合起来称为中央处理器,也就是微处理器,又称微处理机。(2) 微型计算机是由 cpu、主存储器、输入 /输出接口电路和系统总线构成。(3)微型计算机系统由微型计算机、输入/输出设备、外存储器、系统软件、电源、面板和机架等组成。1.2 微型计算机由哪些基本部分构成?微型计算机是由 cpu、主存储器、输入 /输出接口电路和系统总线构成。1.4 说明 CISC、RISC 及其主要区别。CISC 是指复杂指令系统计算机,RISC 是指精简指令系统计算机。他们的区别在于不同的CPU 设计理
2、念和方法。 RISC 指令系统仅包含哪些必要的经常使用的指令, 不经常使用的功能, 往往通过基本指令组合来完成。完成特殊功能时效率比较低。 CISC 的指令系统比较丰富, 一些特殊功能都有相应的指令。处理特殊任务效率较高。RISC 对存储器操作相对简单,使对存储器访问的控制简化;而CISC 机器的存储器操作指令较多, 对存储器的访问有更多的指令直接操作,要求的控制逻辑比较复杂。 RISC 在一条指令执行的适当地方可以响应中断;而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。RISC CPU 的电路构成比 CISCCPU 简单,因此面积小、功耗也更低;CISC 电路CPU 电路复杂,同水平比RI
3、SC CPU 面积大、功耗大。 RISC CPU 结构比较简单,布局紧凑规整,设计周期较短,比较容易采用一些并行计算的最新技术;CISC CPU 结构复杂,设计周期长,技术更新难度大。从使用角度看,RISC 微处理器结构简单,指令规整,性能容易把握,易学易用;CISC 微处理器结构复杂,功能强大,实现特殊功能容易。第二章2.1 8086CPU 由哪两大部分组成?简述它们的主要功能。总线接口部件 BIU 跟执行部件 EU。总线接口部件( BIU )是联系微处理器内部与外部的重要通道,其主要功能是负责微处理器内部与外部的信息传递。主要任务:(1)取指令( 2)形成物理地址(3)传送数据EU 完成控
4、制器的功能,它负责执行指令并对相应的硬件部分进行控制,它的主要功能就是完成全部指令的执行。EU 完成以下主要任务:(1)指令译码(2)执行指令( 3)向 BIU 传送偏移地址信息( 4)管理通用寄存器和标志寄存器2.2 8086CPU 有哪些类型的寄存器?有 14 个 16 位寄存器。分为五类,通用寄存器组、指示器和变址寄存器组、段寄存器组、指令指示器、标志状态寄存器。2.3 8086CPU 段寄存器的作用是什么?当前段的基址存放在段寄存器中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
5、- 第 1 页,共 25 页 - - - - - - - - - 2 代码段寄存器 CS:内容指出当前代码段基地址堆栈段寄存器 SS:内容指出当前程序所使用的堆栈段的基地址数据段寄存器 DS:指出了当前程序使用的数据段基地址,存放程序中的变量附加段寄存器ES:指出了当前程序使用的附加段,附加段用来存放数据或存放处理后结果。2.4 通 用 寄 存 器中 ,八 位 寄 存 器 与对 应十 六位寄 存器 有 什 么 关 系? 如果AX=89ABH,AH 、AL 的内容各是什么?16 位通用的寄存器可以分成两个8 位寄存器,即可将每个通用寄存器的高8 位和低 8 位,作为独立的 8 位通用寄存器使用。
6、AH:89H AL:ABH2.5 标志寄存器各个位的作用是什么?进位标志 CF:当进行加法运算时结果使最高位产生进位,或在减法运算时,结果使最高位产生借位,则CF=1,否则 CF=0,也有其他一些指令会影响CF。辅助进位标志 AF:当加法运算时,如果低四位向高位有进位,或者低四位向高位有借位, AF=1,否则 AF=0。奇偶标志位 PF:运算结果低 8 位所含 1 的个数为偶数, PF=1;否则为 0。零标志位 ZF:运算结果为零时ZF=1;否则为 0。符号标志 SF:运算结果为负SF=1,否则为 0。溢出标志 OF:当运算结果超出了本条指令数据长度所能表示的数据范围时,OF为 1,表示溢出,
7、否则为0。方向标志 DF:串操作的地址变化方向控制标志,当 DF=0,地址递增,DF 为 1,地址递减中断允许标志IF:如果 IF=1,则允许微处理器响应可屏蔽中断,IF=0,则禁止可屏蔽中断。陷阱标志 TF:若 TF 为 1,则微处理器按单步方式执行指令,执行一条指令就产生一次类型为 1 的内部中断。2.6 指令指针的作用是什么?如果CS 内容为 2000H,IP 内容为 0200H,下一条执行的指令码存放的对应物理地址是多少?IP 指向当前代码中下一条要执行的指令的偏移地址。下一条指令物理地址为:20200H2.10 什么是物理地址、逻辑地址?逻辑地址2000:2345H 对应的物理地址是
8、多少?物理地址:CPU 对物理的存储器系统访问时, 通过地址线给出在1M 字节地址空间里每一个存储单元的唯一20 位地址,称为该存储单元的物理地址。逻辑地址:编程结构里使用的地址。22345H2.12 8086CPU最大模式最小模式有什么区别?为什么设置不同的模式?当组成简单的微型计算机时,8086CPU 处于一种最小结构,为最小模式;当组成复杂的微型计算机系统时,8086处于一种最大结构,称为最大模式。原因:适用于不同环境下使用的微型计算机系统。2.13 什么是时钟周期、总线周期、指令周期?它们有什么关系?时钟周期:时钟脉冲信号的一个周期时间叫一个时钟周期总线周期:经外部总线执行信息的输入/
9、输出过程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 25 页 - - - - - - - - - 3 指令周期:执行一条指令所需要的时间指令周期包含总线周期,总线周期包含时钟周期。第三章 Pentium 系列微处理器的基本结构课后答案:3.3 Pentium 的寄存器组包括哪些类型的寄存器?简要说明基本结构寄存器、系统级寄存器的用途是什么?答:Pentium 微处理器的寄存器组主要包括以下几个部分:基本结构寄存器、系统级寄存器。调试寄存器。模型专用寄存器和浮点寄存器。
10、Pentium微处理器有 16个基本机构寄存器,这16 个寄存器按其用途可分为通用寄存器、专用寄存器和段寄存器三类。通用寄存器有 8 个,即累加器 EAX 、机制寄存器 EBX、计数寄存器 ECX、数据寄存器 EDX、堆栈指针 ESP、基址指针 EBP、源编制寄存器 ESI 以及目的变址寄存器 EDI。通用寄存器中, 32 位寄存器EAX 、EBX 、ECX、EDX、EBP、ESP、ESI和 EDI,他们既可保存算术和逻辑运算中的操作数,也可保存地址。专用寄存器有指令指针指示器和标志寄存器。指令指针 EIP是 32位寄存器,他的低 16 位成为 IP,用与兼容 16 位 CPU,其内容是下一条
11、要取入CPU 的指令在内存中的偏移地址。标志寄存器EFLAGS 是 32 位寄存器,可分为三类:状态标志,控制标志和系统标志。段寄存器有两部分。一部分是编程可见的6 个 16位选择符寄存器,即 8086、80286处理器中有 CS、DS、ES、SS四个段寄存器, 80386 以上的处理器中增添了 FS 和 GS 两个段寄存器。在80286 以上的处理器中,每一个段寄存器都有一个与之相对应的段描述符寄存器, 用来描述一个段的段基地址、 段限和段的属性。系统级寄存器包括四个系统地址寄存器,用与控制分段存储器管理中数据结构的位置,所以也成为存储管理寄存器。Pentium 用这四个寄存器保存保护方式下
12、时常使用的数据结构的基地址,界限以及相关属性保护起来,以便快速访问。Pentium微处理器由于控制管理的需要, 又配备了和控制寄存器,在这五个控制寄存器中保存着全局性和任务无关的机器状态。3.4 说明寄存器 EAX 、AX 、AH 、AL 之间的关系。答:累加器 EAX 既可以保存算术和逻辑运算的操作数,也可以保存地址。它的名称来源于 8086 处理机的通用寄存器AX ,所以,EAX 的低 16位可按原来的名字访问。16 位寄存器 AX 每个字节均有另一个名字,字节寄存器命名为AH(高字节)和 AL (低字节),这些 8 位通用寄存器也可以按原来的名字访问。3.5 IP/EIP 寄存器的用途是
13、什么?答:指令指针 EIP 是 32 位寄存器,它的低16 位称为 IP,用与兼容 16 位 CPU,其内容是下一条要取入CPU 的指令在内存中的偏移地址。当一个程序开始运行0CR1CR2CR3CR4CR名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 25 页 - - - - - - - - - 4 时。系统把 EIP 清零,每取入一条指令,EIP 自动增加取入 CPU 的字节数目,所以称 EIP 为指令指针。3.7 Pentium 段寄存器由哪几部分构成?与8086 段
14、寄存器有什么区别?答: 段寄存器由两部分, 一部分是编程课件的6 个 16 位选择符寄存器,即 8086、80286处理器中有 CS、DS、ES、SS四个段寄存器, 80386 以上的处理器中增添了 FS 和 GS 两个段寄存器。 对应在另一部分的、 是编程不可见的 6 个 64 位的描述符寄存器。 在 80286以上的处理器中, 每一个段寄存器都有一个与之相对应的段描述符寄存器,用来描述一个短的段基地址、段限和段的属性。3.9 Pentium 有那几个系统地址寄存器?为什么设置这些寄存器?答:由于系统存储管理的需要,Pentium有 4 个系统地址寄存器,用与控制分段存储器管理中数据结构的位
15、置, 所以也称为存储管理寄存器。 他们分别是全局描述符表寄存器 GDTR,中断描述符表寄存器IDTR,局部描述符表寄存器LDTR和任务状态寄存器TR。Pentium 微处理器用这四个寄存器保存保护方式下市场使用的数据结构的基地址、界限以及相关属性保护起来,以便快速访问。3.10 说明 Pentium 引脚、的作用。答:ADS:地址选通,有效时表示CPU 启动 1 个总线周期, T1 有效BE7BE0:字节允许,对应每个字节,由地址A2-A0 产生。BRDY:突发就绪,类似Ready,结束一个总线周期,此时外设准备好,将进入总线流水,可用于确定是否插入等待状态。Cache :Cache控制,指示
16、目前处于Cache周期。KEN:Cache允许,有效时,指示进入突发读周期,将外部数据复制到内部Cache 。NA:下一地址有效,用于支持地址流水线操作。采样到NA 有效的两个时钟周期后, CPU 可送出新地址。3.11 说明 INIT 、RESERT 信号的作用。设置INIT 的目的是什么? Pentium 复位后从什么位置开始执行程序?答:INIT :初始化,热复位,与RESET 类似,不清 0 Cache 、浮点寄存器。RESET:复位,冷复位,1)实地址方式; 2)A31-A20 为 FFFH(12 个) ,3)CS=F000H,EIP=0000FFF0H;4)清 0 Cache和浮点
17、寄存器; 5)清 0 相关寄存器。Pentium复位后从内存 0FFFFFFFOH处开始执行软件。3.12 Pentium 总线操作有几种时钟状态?、与一般的始终状态有什么区别?答:Pentium 微处理器总线操作有6 中时钟状态: Ti、T1、T2、T12、T2p、TD。T12:表示总线上有两个进行的总线周期,在第一个周期传输数据中启动了第二个总线周期。 T12 对于第一个总线周期是T2,对于第二个总线周期是T1。T2p:表示总线上有两个进行的总线周期,两个总线周期都处于T2 或后续的时钟状态。TD:表示总线上有一个在进行的总线周期。这个总线周期的地址和状态信息在前面 T12 时钟送上总线,
18、但由于从读操作到写操作,或者从写操作到读操作要ADSBRDY7BE0BECACHEKENNA12T2T PTD名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 25 页 - - - - - - - - - 5 一个时钟的缓冲, 或者前一个总线周期的操作占用了数据线和BRDY,使得数据和 BRDY 信号不能再第二个周期在T1 之后的时钟状态进入T2,这时插入一个时钟状态 TD。3.16 说明 Pentium 实地址模式的特点。8086 的工作模式、Pentium 是地址模式、
19、Pentium 虚拟 8086模式之间的异同?答:Pentium实地址模式特点:能有效地使用8086 所没有的寻址方式、 32 位寄存器和大部分指令。实地址方式, Pentium与 8086兼容,基本体系结构相同。虚拟 8086 方式与实地址方式的不同:1)虚拟 8086 方式是一个程序的运行方式。2)实地址方式是处理器的工作方式。3.17 说明 Pentium 保护虚拟地址模式特点。为什么引入保护机制?有几个特权级?答:在保护方式下, 逻辑地址由选择符和偏移地址两部分组成,选择符存放在段寄存器中,但它不能直接表示段基地址, 而由操作系统通过一定的方法取得段基地址,再和偏移地址相加,从而求得所
20、选存储单元的物理地址。在程序运行过程中, 应防止应用程序破坏系统程序、 某一应用程序破坏其他应用程序、错误地把数据当做程序运行等情形的出现。为避免出现这些情形, 采取的保护机制。Pentium 微处理器有多种保护方式,其中最突出的是环保护方式。环保护是在用户程序与用户程序之间、用户程序与操作系统之间实行隔离,通过特权级实现。特权级: 4 级,03(高低),0 级分配给操作系统核心。第四章4.2 DRAM 的特点:动态RAM是利用电容存储电荷的原理来保存信息的。运行中需要不断刷新,单片存储容量高刷新:将存储单元的内容重新按原值设置一遍,而不是将所有单元都清零为什么要刷新:因为读/ 写操作本身是随
21、机的,有可能某些存储单元长期得不到访问,无读出就无重写,原信息会丢失。所以必须采用定时刷新的方法。刷新的方法: 利用动态RAM 控制器来实现刷新的问题;在每个动态RAM 芯片上设置刷新逻辑电路4.3 SRAM 的特点: SRAM 是用触发器存储信息,因此即使信息读出后,它仍保持其原状态。但电源掉电时,原存信息丢失,故它属易失性半导体存储器。运行中不需要刷新,速度快,功耗大当微型计算机系统的存储器容量较小时宜采用SRAM 芯片而不宜采用DRAM 芯片4.4 SRAM的引脚类型:地址信号输入引脚、双向数据输入/ 输出信号引脚、输出允许信号、读/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
22、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 25 页 - - - - - - - - - 6 写控制信号输入引脚8K*8 存储器芯片有8 根数据线, 13 根地址线4.5 只读存储器的类型:掩膜 ROM :适合于批量生产和使用可编程的只读存储器(PROM ) :只能实现一次编程不可修改可擦除、可编程的只读存储器(EPROM) :长期保存信息,可多次擦除和重新编程电可擦除的可编程只读存储器(EEPROM) :用加电的方法进行在线的擦除和编程,长期保存数据快速擦写存储器:整片擦除,擦除、重写的速度快存储什么类型的信息适合使用
23、只读存储器:常用来保存固定的程序或数据4.6 由于多个芯片连接需要选择,片选是CPU高位地址选择存储器芯片4.7 总线驱动能力时序配合数据线的连接地址线的连接读写控制线的连接ROM 与 RAM 在存储器中的地址分配对多种宽度数据访问的支持4.8 高位地址信号(片选)最低位地址信号(体选)低位地址信号(自选)4.9 RAM 存放临时数据和当前的应用软件,非易失的ROM 存放核心系统软件。80X86微处理机复位后从物理地址高端开始运行,所以总是在物理地址空间的高地址位置使用只读存储器ROM 。4.11 (题目有问题。 。 。今天问过您了)4.13 当访问的数据是一个对准数据时,一个总线周期可以完成
24、读写,如果访问的数据不是对准的数据时,要通过两个总线周期完成读写过程,因此编程时应当应尽量使数据对准存放。4.14 高速缓存:弥补主存速度,在CPU与主存之间设置的高速、小容量的存储器,构成Cache-主存存储层次,速度是Cache的,容量是主存的。主存速度不够引出Cache 不可以取代主存,此时引出虚拟存储器4.15 CPU访问存储器是通过主存地址进行的。首先进行主存与Cache 的地址变换。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 25 页 - - - - -
25、- - - - 7 变换成功( Cache 块命中),就得到Cache块号 ncb,并由 nmr 直接送 ncr 以拼接成nc,这样, CPU就直接访问Cache ache 块未命中(Cache 块失效), 就通过相关的Cache 表,查看有无空余的Cache 块空间,当有空余的Cache 块空间,就从多字节通路把所需信息所在的一块调入Cache,同时把被访问的内容直接送给CPU Cache 中无空余空间,就需根据一定的块替换算法,把Cache 中一块送回主存,再把所需信息从主存送入Cache. 4.17 从 Cache 的地址和主存的地址可以看出,Cache的容量远远小于主存,一个Cache
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