2022年微型计算机原理及其接口技术部分习题答案 .pdf
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1、6-7:微机系统的数据线为8 位,地址线为16 位,CPU 外部扩展EPROM,有一片27128和一片 2764,如图 6-36 所示,请说明这两片存储器的地址范围(包括地址重叠区)。解:由图所示,可知27128 与 2764 进行的是字扩展题目分析:27128 存储容量为16KB,片内地址线14 根,占 16 位地址的A13-A0,片内地址线的变化范围可以从全“0”到全“1”,即可遍历内存的每个单元,在剩余的片外地址线中选择 A15 与 27128 的 CE 引脚直接连接,做线选方式的片选信号线,低电平有效,A14 悬空,可选任意状态27128 的地址范围如下表:A15 A14 27128
2、的地址范围0 0 0000H-3FFFH 0 1 4000H-7FFFH 同样的,2764 存储容量为8K,片内地址线13 根,占用A12-A0,A15 经过取反后与2764的 CE 引脚直接相连,所以A15=1 时才会选中2764,A14、A13 悬空,可选任意状态2764 地址范围如下:A15 A14 A13 2764 的地址范围1 0 0 8000H-9FFFH 1 0 1 A000H-BFFFH 1 1 0 C000H-DFFFH 1 1 1 E000H-FFFFH 6-8:某微机系统的数据线8 位,地址线16 位,利用74LS138 同时扩展一片EPROM2764和一片 SRAM62
3、64,如图 6-37 所示,请分析这两片存储器的地址范围。解:由图所示,可知2764 与 6264 进行的是字扩展题目分析:2764 存储容量为8KB,片内地址线13 根,占 16 位地址的A12-A0,片内地址线的变化范围可以从全“0”到全“1”,即可遍历内存的每个单元,在剩余的片外地址线中利用 A15-A13 位通过 74LS138 译码器进行片选,当 A15-A13=000 时选通 2764,A15-A13=101时选通 6264,没有悬空位所以 6264 的地址范围如下表:A15 A14 A13 2764 的地址范围0 0 0 0000H-1FFFH 同理,6264 的地址范围如下表:
4、A15 A14 A13 2764 的地址范围1 0 1 A000H-BFFFH 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 18 页 -6-9:在图 6-38 中,说明所连接的存储器SRAM 的地址范围。解:由图所示,62256 的存储容量为32K,片内地址线为A14-A0,A17-A15 作为译码器74LS138的选择端,译码出来的Y6 作为 62256 的片选端 CE,即当 A17-A15=110 时选通 62256。另外,62256 通过中间的74LS245 作中转交换数据D7-D0,74LS245 可双向传输数据。所以 62256 的地址范围如下表:A19 A18 A
5、17 A16 A15 62256 的地址范围0 0 1 1 0 30000H-37FFFH 6-11:某微机系统的数据线16 位,地址线为16 位,现有4 片 6116,请设计该微机的存储系统,要求将这4 片 6116分为 2 组,每组2 片,每组中的2 片实现位扩展,然后将这2 组实现字扩展,并且这个存储系统的首地址为2000H,采用 74LS138 译码器。解:题目分析:6116 存储容量为2K,字长为8,地址线的A10-A0 为 4 片 6116 公用,数据线D15-D0,其中 2 组公用该 16 位数据线进行字扩展,每组有2 片 6116,分别接数据线的高8位 D15-D8 和低 8
6、位 D7-D0 进行位扩展。74LS138 译码器通过A13-A11 译码 作为 2 组芯片的片选端,A15、A14 用于译码器的选通端,即A15A14=00 时,选通译码器。题目要求这个存储系统的首地址为2000H,因此其中一组芯片的片选端接译码器的Y4 端,另一组芯片的片选端接Y5,接线图如下:CPU DB(D7-D0)A10-A0 A10-A0 AB(A15-A0)DB(D15-D8)RDWRCE 6116 OE WECE 6116 OE WECE 6116 OE WECE 6116 OE WE74LS138ABCA11A12A13A14A15Y4Y5名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师
7、精心整理-第 2 页,共 18 页 -存储系统的地址表如下:A15 A14 A13 A12 A11 地址范围组 1 0 0 1 0 0 2000H-27FFH 组 2 0 0 1 0 1 2800H-2FFFH 所以存储系统的地址范围为2000H-2FFFH 6-12:什么是虚拟存储器管理?在微机应用中有什么意义?答:虚拟存储管理是采用硬件、软件相结合的方法,由系统自动分批将程序调入内存,不断地用新的程序段来覆盖内存中暂时不用的老程序段。虚拟存储技术的主要优点有:(1)扩大了程序可访问的存储空间;(2)便于实施多任务的保护和隔离;(3)便于操作系统实现内存管理。6-13、什么是描述符?什么是描
8、述符表?他们之间的关系如何?答:每一段的段基地址、段限以及存储器的保护特性等称为段描述符。每个描述符存于一个表中,称为描述符表。6-15、什么是段式、页式、段页式管理机制?请简述段页式结构的寻址过程?答:虚拟存储器的管理调度方式分:分页式、段式、段页式3 种。(1)页式调度是将逻辑和物理地址空间都分成固定大小的页。优点:页内零头小,页表对编程者来说是透明的,地址变换快,调入操作简单;缺点:各页不是程序的独立模块,不便于实现程序和数据的保护。(2)段式调度是按程序的逻辑结构划分地址空间,段的长度是随意的,并且允许伸长。优点:消除了内存零头,易于实现存储保护,便于程序动态装配;缺点:调入操作复杂。
9、(3)段页式调度:把物理空间分成页,程序按模块分段,每个段再分成与物理空间页同样小的页面。段页式调度综合了段式和页式的优点。缺点:增加了硬件成本,软件也较复杂。段页式结构的寻址过程:虚拟地址通过分段管理机制转换成线性地址,然后得到的线性地址通过分页管理机制转换成物理地址。分页管理机制是可选的,如果没有采用分页管理机制,那么得到的线性地址就是物理地址。其中 80286 虚拟地址指针格式如下:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 18 页 -其高 16 位是一个段选择符,段选择符的高13 位是某段选择符在描述符表中的偏移地址,左移 3 位后与段基址相加,便可得到描述符在描述
10、符表中的物理地址了。低16 位仍表示某段内的偏移,当找到描述符在描述符表中的位置后,就相当于找到了某段的基地址,然后该段基地址再与低16 位的偏移量结合,便可得到相应的物理地址了。(当 TI=0 时,表示访问全局描述符,TI=1 时,表示访问局部描述符,共可以寻址16K 个描述符,而每个描述符又可以定义长度为64KB 的逻辑段,所以,80286 的最大虚拟空间为16K64K=1GB。RPL 表示访问某段时所请求的特权层的级别)80286 虚拟地址转换为线性地址的过程如下:基址MemoryGDT基址LDT之n段限基地址段限23 015 0选择符LDTR16权基地址段 限8 24 16LDT-CA
11、CHE影像LDT LDT1L描述符LDT2L描述符段限低地址高地址装入LDT-CacheGDTRTI=0(1)首先,从实地址方式转入保护方式之前由操作系统用装载指令对GDTR 进行初始化设置,或从主板上的ROM 中复制。GDT 的基地址和段限由全局描述符表寄存器GDTR(40位)提供(2)然后局部描述符表寄存器LDTR 的高 16 位(段选择寄存器)提供被访问任务的LDT在 GDT 中的偏移地址(LDTR 的段选择器中的TI 位必定为0,以指向GDT)。(3)通过 GDTR 提供的基地址和LDTR 提供的偏移地址,便可找到 LDT 描述符在GDT 表中的地址,把该LDT 描述符装入LDT-Ca
12、che(LDT-Cache 中的基地址字段确定LDT 的基地址,LDT-Cache 的段限字段确定LDT 的段限)0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 031 19 18 17 16 15 0TIRPL0 0 4 0 H描述符的偏移地址段选择字地址偏移值(即变址值 Index)格式:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 18 页 -200000H23 0LDTR基址寄存 器0 0 4 010100 010131 19 18 16 15 0虚地址指针0100H15 0LDTR 段限寄存器
13、00 0101 000B3 30 00 000 0 80200000H200028H300040H300000H300041H数据段首址存储器第 0号描述符008 00000 B3 30保留第5号描述符221111 22操作数数据段末址描述符地址偏移值左移3位AXDSLDT首址对应的Cache访问权字节描述符表索引图2.25 80286在保护方式下访问LDT 的过程示意图(4)LDT-Cache 提供了所要找的LDT 的基地址(即上图中所说的LDTR 基址寄存器)(5)然后根据CPU 提供的 32 位虚地址指针,由其段选择字的高13 位左移 3 位后,与基地址相加,便可得到段描述符在LDT 中
14、的位置(6)找到该段描述符后,该描述符自动装入到对应的Cache,其中包括了段的基地址(7)然后把该段基地址与虚拟地址指针的低16 位偏移量相加,便可得到要访问单元的线性地址。至此,通过虚拟地址得到了相应的线性地址,上面所说的是不采用分页机制的情况,那么该线性地址就等于物理地址。如果采用了分页机制,线性地址转换为物理地址的过程如下:(下面说所的是针对80386 段页式结构的寻址过程,在段式管理方面和80286 基本上是一致的,只是 80386 的虚拟地址指针为 48 位,所得到的线性地址是32 位的,而80286 的虚拟地址指针为32 位,所得到的线性地址是24 位的。另外80386 的页式结
15、构采用了两级的页表结构)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 18 页 -虚地址指示器段选择字偏移地址47 32 31 010位10位12位中间地址+线性地址表基地址寄存器+段描述符段描述符表32位TI页目录基地址寄存器+页目录描述符页目录表(4KB)+页描述符页表(4KB)+CR3存储数被访问页(4KB)段基址4KB(1)通过分段管理机制,得到了32 位的线性地址(2)该线性地址的高10 位用作选取页目录条目的变址,通过与页目录基地址相加后,便可得到相应的页目录描述符在页目录描述符表中的位置,并将该页目录描述符的信息装入到CR3 寄存器中(3)CR3 寄存器提供了页表
16、的基地址,该基地址与线性地址的中间10 位相加后,便可得到相应的页描述符(4)然后通过该页描述符便可得到被访问页的基地址,该基地址与线性地址的低12 位相加后,便可得到存储数的物理地址。6-16、如果存储起始地址为1800H,末地址为1FFFH,求该存储器的容量?答:1FFFH-1800H=7FFH,可以看出该存储器的可寻址范围为000 0000 0000111 1111 1111,即存储器的地址线一共11 位,所以存储器的容量为211=2K 字节6-17:某 8088 系统用 2764ROM 芯片和 6264RAM 芯片构成16KB 的内存。其中,RAM 的地址范围为FC000H-FDFFF
17、H,ROM 的地址范围为FE000H-FFFFFH.试利用 74LS138 译码,画出存储器与CPU 的连接图,并标出总线信号的名称。.解:由题意可知,2764 存储容量为8K,6264 存储容量为8K,公用地址线A12-A0、数据线 D7-D0进行字扩展构成16KB 的内存,片内地址线的变化范围可以从全“0”到全“1”,即可遍历内存的每个单元,但控制线的片选端CE 分开,利用地址线的A15、A14、A13 和 74LS138译码器译码,由于题目要求RAM的地址范围为FC000H-FDFFFH,ROM的地址范围为FE000H-FFFFFH,所以 Y6、Y7 分别与 6264、2764 的片选端
18、相连,即当A15A14A13=110时,选通6264,当 A15A14A13=111时,选通 2764。8088 系统的地址线有20 位,A19-A16 为悬空位,本来可任意设置,但由于题目要求的地址范围固定,因此A19-A16 只能取全1。地址表如下:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 18 页 -A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 地址范围2764 1 1 1 1 1 1 0 FC000H-FDFFFH 6264 1 1 1 1 1 1 1 FE000H-FFFFFH 存储器与 CPU 的连接图如下:CPU DB(D7-D0)A19-A16悬空
19、 A12-A0 A12-A0 AB(A19-A0)RDWR74LS138ABCA13A14A15CE 6264 OE WE OECE 2764Y6Y77-1、I/O 接口的信号有哪几种?各有什么特点?答:接口信号通常有以下四种:1、开关量:只有2 种状态,用一位二进制数(0 或 1)表示开或关。2、数字量:二进制形式的数据或是已经过编码的二进制形式的数据。3、脉冲量:脉冲信号是以脉冲形式表示的一种信号。关注的是信号发生的跳变情况。4、模拟量:用模拟电压或模拟电流幅值大小表示的物理量。7-2、什么是接口?接口的主要功能是什么?答:接口是CPU 与外设之间进行数据传输的桥梁。接口的主要功能:1、信
20、号形式转换2、电平转换和放大名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 18 页 -3、锁存器缓冲4、I/O 定向5、并行及串行I/O 转换7-3、什么是端口?端口和存储单元有什么区别?答:端口指输入/输出接口中的寄存器。区别:I O单元地址使用的是绝对地址,而内存单元需要使用段地址和偏移地址来寻址。7-4、I/O 端口编址有几种方式?他们各有什么特点?答、I/O 端口有两种编址方式:统一编址方式是将I/O 端口与内存单元统一起来进行编号。该方式优点是不需要专门的I/O 指令,对I/O 端口操作的指令类型多;缺点是端口要占用部分存储器的地址空间,不容易区分是访问存储器还是外部
21、设备。独立编址的端口单独构成I/O 地址空间,不占用存储器地址。优点是地址空间独立,控制电路和地址译码电路简单,采用专用的I/O 指令,使得端口操作的指令在形式上与存储器操作指令有明显区别,程序容易阅读;缺点是指令类别少,一般只能进行传送操作。7-5、I/O 接口的控制方式有几种?简述各个方式的特点?答:CPU 和外设之间的数据传送方式通常有四种:程序传送方式、中断传送方式、DMA 传送方式和I/O 处理机方式。1、程序控制方式:在程序控制下进行信息传送,分为有条件传送方式和无条件传送方式。无条件传送方式主要用于对简单外设进行操作,或者外设的定时是固定的或已知的场合。条件传送方式主要用于不能保
22、证输入设备总是准备好了数据或者输出设备已经处在可以接收数据的状态。2、中断控制方式:中断传送方式下,当外设要求交换数据时,向CPU 发中断请求,CPU在执行完当前指令后,即可中断当前任务的执行,并根据中断源转入相应的中断处理服务程序,实现对请求中断外设的管理。中断控制方式主要用于需要提高CPU 利用率和进行实时数据处理的情况。3、直接存储器存取方式(DMA方式):DMA方式是在存储器与外设间开辟一条高速数据通道,使外设与内存之间直接交换数据,不需要 CPU 的干预。DMA 控制方式主要用于快速完成大批的数据交换任务。4、输入/输出处理器方式:(1)拥有自己的指令系统,可以独立执行自己的程序。(
23、2)支持 DMA 传送。7-6、什么叫DMA 传送方式?DMA 控制器 8237A 的主要功能是什么?答:DMA 方式是在存储器与外设间开辟一条高速数据通道,使外设的数据不经过CPU直接送入内存储器,或者,从内存储器不经过CPU 直接送往外部设备。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页,共 18 页 -8237A 的主要功能:1、8237A 中有 4 个独立的DMA 通道,但需要一片8 位地址锁存器配合使用2、每一个通道的DMA 请求都可以分别被允许和禁止3、每一个通道的DMA 请求有不同的优先权,优先权可以固定的,也可以是旋转的4、每一个通道一次传输数据最大长度可达64KB
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