微型计算机原理与接口技术学习指导：习题解答及实研说课材料.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。微型计算机原理与接口技术学习指导：习题解答及实研-微型计算机原理与接口技术学习指导习题解答及实验主编何宏副主编王云前言微型计算机原理与接口技术是目前高等学校普遍开设的一门公共课程。本书是与枟微型计算机原理与接口技术枠配套的教学参考书。学习微型计算机，实践是非常重要的环节。学习微型计算机不仅要掌握基本原理、基本概念、基本方法，更重要的是要学以致用。目前，微型计算机已经是各行各业中十分重要又十分普遍的工具，要用它来解决科技进步中各类专业中的许多问题，以促进各行各业的进一步发展。全书内容分为两部分。第一部分是

2、针对主教材各章的大纲要求、重点内容与考核要求、习题分析与解答，共章，主要内容包括IntelX桙Pentium系列CPU的微处理器、寻址方式和指令系统、汇编语言程序设计、半导体存储器、中断处理技术、输入输出接口、定时计数技术、并行桙串行通信、数桙模和模桙数转换器，对学生进一步理解教材内容并验证所学知识有一定的帮助，也可对从事该课程教学的教师提供一个巩固和深化课堂效果的教学环境。第二部分是与课程内容配套的实验指导，其中第章为汇编语言上机实验指导，较全面地介绍了汇编程序设计的实验环境和上机步骤，由浅入深地引入了汇编程序设计中的各类典型问题。第章是微机接口实验指导，介绍了实验使用的TPC-H实验装置及

3、个推荐的微机接口实验。在硬件接口电路实验中，是以清华大学同方集团教学仪器设备公司生产的TPC-H实验装置为基础，并且采用了他们设计的大部分实验编写而成的。在此向清华大学同方集团教学仪器设备公司TPC-H实验装置的开发者致谢！本书由何宏教授主编，王云为副主编，参加本书编写工作的人员还有刘瑞安、李鹏海、宋殿友、李季、李荭娜、王娟等。在本书编写过程中得到了陈希明、张秋燕等同志的大力支持和帮助，在此一并向他们表示衷心感谢。限于能力与水平，加上时间仓促，书中难免会出现错误和不妥之处，殷切期望能够听到广大读者的宝贵意见和建议。编者年月于天津理工大学目录第章计算机基础（）.畅大纲要求（）.畅考试必备知识与考

4、试要点（）.畅思考题与习题解答（）.第章X桙Pentium微处理器（）.畅大纲要求（）.畅考试必备知识与考试要点（）.畅思考题与习题解答（）.第章X桙Pentium指令系统（）.畅大纲要求（）.畅考试必备知识与考试要点（）.畅思考题与习题解答（）.第章汇编语言程序设计（）.畅大纲要求（）.畅考试必备知识与考试要点（）.畅思考题与习题解答（）.第章存储器（）.畅大纲要求（）.考试必备知识与考试要点（）.思考题与习题解答（）.第章微型计算机的中断系统（）.畅大纲要求（）.考试必备知识与考试要点（）.畅思考题与习题解答（）.第章输入输出接口（）.畅大纲要求（）.考试必备知识与考试要点（）.畅思考题与

5、习题解答（）.第章定时计数技术（）.畅大纲要求（）.畅考试必备知识与考试要点（）.畅思考题与习题解答（）.第章并行、串行（I桙O）接口（）.大纲要求（）.畅考试必备知识与考试要点（）.目录畅思考题与习题解答（）.第章数桙模转换及模桙数转换（）.畅大纲要求（）.畅考试必备知识与考试要点（）.畅思考题与习题解答（）.第章汇编语言程序设计实验（）.畅汇编语言程序设计的实验环境及上机步骤（）.畅程序设计实验（）.实验一数据传送（）.实验二算术逻辑运算及移位操作（）.实验三串操作（）.实验四字符及字符串的输入和输出（）.实验五直线程序设计（）.实验六分支及循环程序设计（）.实验七综合程序设计（）.第章接

6、口电路实验（）.TPCH实验装置介绍（）.接口实验（）.实验一I桙O地址译码（）.实验二简单并行接口（）.实验三可编程计数桙定时器（）（）.实验四可编程并行接口（一）（A方式）（）.实验五用可编程并行接口A控制七段数码管（）.实验六用可编程并行接口A控制继电器（）.实验七交通灯控制实验（）.实验八中断（）.实验九可编程并行接口（二）（A方式）（）.实验十数模（DA）转换器（）.实验十一模数（A桙D）转换器（）.实验十二数字录音机（）.实验十三串行通信（）.实验十四DMA传送（）.实验十五步进电机控制实验（）.实验十六小直流电机转速控制实验（）.附录一汇编语言部分实验的程序清单（）.附录二TPC

7、-H微机接口实验系统实验参考说明（）.附录三微机接口实验参考程序（）.参考文献（）.微型计算机原理与接口技术学习指导习题解答及实验第章计算机基础畅大纲要求畅畅学习目的与要求本章主要介绍有关微型计算机系统的基本概念以及微型计算机系统的组成及结构特点。通过学习，要求必须掌握计算机中数据的表示方法，理解微型计算机系统各组成部件的功能及相互关系，了解微处理器和微型计算机的发展历史。畅畅重点内容与考核要求计算机中数据的表示计算机中的数制。计算机中数据的表示方法。计算机中非数值数据信息表示。以上内容均要求达到“必须掌握”层次。微型计算机系统微处理器和微型计算机的发展特点，要求达到“了解”层次。微型计算机的

8、硬件系统，要求达到“理解”层次。微处理器的内总线结构，要求达到“理解”层次。引脚的功能复用、流水线技术，要求达到“理解”层次。微型计算机的软件系统，要求达到“理解”层次。畅考试必备知识与考试要点畅畅计算机中数据的表示二进制数一个二进制数具有两个基本特征：具有两个不同的数字符号，即和；逢进位。十六进制数在计算机中，最常用的是十六进制数。一个十六进制数的基本特点是：具有个数字符号，采用和AF；第章计算机基础逢进位。数制的转换重点掌握二进制数与十六进制数的转换。将二进制数转成十六进制数相当方便。整数部分从小数点向左，每位一分，组成位十六进制数，不足位的前面补，小数部分由小数点向右，每位一分，不足位的

9、后面补，每位用相应十六进制数代替，即转换成十六进制数。例如：（）转换为llEDC转换结果为：（EDC）。带符号数的表示方法（）原码表示方法正数的符号位用表示，负数的符号位用l表示。例如：xx原yy原（）反码表示方法正数的反码表示与原码相同，负数的反码表示为它的正数“按位取反”（连同符号位）。例如：反反反反反反（）补码表示方法正数的补码表示与原码相同，负数的补码表示为它的正数“按位取反”（包括符号位），并且在最低位加而形成。例如：补补补码的运算xy补x补y补xy补x补y补已知x补，求x补的方法是通过对x补“连同符号位在内一起变反加”得到。例如：y补y补十进制数的表示方法二进制编码的十进制数（BC

10、D码）是用位二进制数表示位十进制数。微型计算机原理与接口技术学习指导习题解答及实验压缩的BCD码是用一个字节即位二进制数表示位十进制数。高位可以表示十进制数的十位数，低位可以表示十进制数的个位数。非压缩的BCD码是用一个字节即位二进制数表示位十进制数，其中高位为，低位分别表示。西文信息的表示美国信息交换标准代码ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）是一种位代码，一般最高位可用于奇偶校验，其余位码代表字符信息，共可表示个字符，其中个起控制作用的称为“功能码”，其余个符号（个十进制数码、个英文大小写字母、个专用符号、.）供书写程序和

11、描述命令之用，称为“信息码”。中文信息的表示标准“国家标准信息交换用汉字编码基本字符集（GB）”规定一个汉字用两个字节（种状态）编码，同时用每个字节的最高位来区分是汉字编码还是ASCII字符码，这样每个字节只用低位，这就是所谓双位汉字编码（种状态），称作该汉字的交换码（又称国标码）。畅畅微型计算机系统计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成的。其中，存储器又分为内存储器和外存储器；输入设备、输出设备和外存储器统称为外围设备；运算器、控制器和内存储器合称为主机；而运算器和控制器这两部分又称为中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU）。微处理器指由

12、一片或几片大规模集成电路组成的中央处理器。微型计算机指以微处理器为基础，配以内存储器以及输入桙输出（I桙O）接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。微型计算机系统指微型计算机配以相应的外围设备及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件而构成的系统。软件系统包括系统软件和应用软件两大类。系统软件主要包括操作系统（OS）和系统实用程序。其中操作系统是一套复杂的系统程序，用于管理计算机的硬件与软件资源、进行任务调度、提供文件管理系统和人机接口等等。操作系统还包含了各种IO设备的驱动程序。应用软件是用户为解决各种实际问题（如数学计算、检测与实时控制、音乐播放等）而编制的程序。从大的方面来讲，它可以是

13、面向数据库管理、面向计算机辅助设计、面向文字处理的软件或软件包；从小的方面来说，它可以是为某个单位、某项工作的具体需要而开发的软件。畅思考题与习题解答简述计算机和微型计算机经过了哪些主要发展阶段？解答：微型计算机的发展是以微处理器的发展为表征的，到目前为止，微处理器的发展过程已经历了六代。第章计算机基础第一代：年到年为位或位低档微处理器和微型计算机时代。这一时期的典型产品是Intel和Intel。第二代：年到年为位中档微处理器和微型计算机时代。这一时期的典型CPU产品有Intel、Zilog公司的Z系列和Motorola公司的MC等。第三代：年到年为位微处理器和微型计算机时代。这一时期的典型C

14、PU产品有、Z和MC。第四代：年到年为位微处理器和微型计算机时代。这一时期的典型CPU产品是Intel、和Motorola公司的MC、等。与位微处理器相比，位微处理器从体系结构设计上有了概念性的改革与革新。第五代：年，Intel公司推出的Pentium微处理器。Pentium微处理器的推出，使微处理器的技术发展到了一个崭新的阶段，标志着微处理器完成从CISC向RISC时代的过渡，也标志着微处理器向工作站和超级小型机冲击的开始。第六代：年，Intel公司正式公布其高档Pentium产品PentiumPro（又称P，俗称高能奔腾），也是一种位CPU，该处理器采用畅m工艺，集成度是万个晶体管桙片，地

15、址线为条，寻址范围为GB，其主频已提高到MHz以上，具有两倍P的性能。年以后，Pentium系列进入市场，其CPU集成度达万个晶体管桙片，工作频率达GHz以上。今天，计算机及其应用技术的发展速度、深度及其广度，都远远超过了历史上任何一种技术手段和装备，在国防、科学研究、政治经济、教育文化等方面无所不及。计算机应用技术不仅引起社会各领域的巨大变革，反过来又推动计算机本身不断向前发展。什么叫微处理器？什么叫微型计算机？什么叫微型计算机系统？解答：（）微处理器：指由一片或几片大规模集成电路组成的中央处理器。（）微型计算机：指以微处理器为基础，配以内存储器以及输入桙输出（I桙O）接口电路和相应的辅助电

16、路而构成的裸机。（）微型计算机系统：指微型计算机配以相应的外围设备及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件而构成的系统。写出下列机器数的真值。（）（）（）（）解答：（）x（）（）（）x（）（）（）x（）（）（）x（）（）写出下列二进制数的原码、反码和补码（设字长为位）。（）（）（）（）解答：（）x原x反x补（）x原x反x补（）x原微型计算机原理与接口技术学习指导习题解答及实验x反x补（）x原x反x补当下列各二进制数分别代表原码、反码和补码时，其等效的十进制数值为多少？（）（）（）（）解答：（）x原x反x补x（）x原xx反xx补x（）x原xx反xx补x（）x原xx反xx补x已知x，y，x，

17、y，试计算下列各式（字长位）。（）xy补（）xy补（）xy补（）xy补（）xy补解答：x补y补x补y补（）xy补x补y补（）xy补x补y补（）xy补x补y补（）xy补x补y补（）xy补x补y补用补码来完成下列计算，并判断有无溢出产生（字长为位）：（）（）（）（）解答：补补补补溢出位反映带符号数（以二进制补码表示）运算结果是否超过机器所能表示的数值范围的情况。对位运算，数值范围为；对位运算，数值范围为。若超过上述范围，称为“溢出”，OF置“”。第章计算机基础“溢出”和“进位”是两种不同的概念，对于某次运算结果，有“溢出”不一定有“进位”；反之，有“进位”也不一定有“溢出”。溢出位：OFDcy磑D

18、cy（）补补OFDcy磑Dcy磑有溢出（）补补OFDcy磑Dcy磑无溢出（）补补OFDcy磑Dcy磑无溢出（）补补OFDcy磑Dcy磑有溢出在微型计算机中存放两个补码数，试用补码加法完成下列计算，并判断有无溢出产生。（）x补y补（）x补y补解答：（）x补y补OFDcy磑Dcy磑有溢出（）x补y补OFDcy磑Dcy磑无溢出试将下列各数转换成BCD码。（）（）（）（）（）B（）H解答：（）（）（）BCD（）（）（）BCD（）B（）（）BCD（）H（）（）BCD试查看下列各数代表什么ASCII字符？（）H（）H（）H（）H解答：（）A；（）r；（）e；（）空格字符。试写出下列字符的ASCII码。，倡

19、，！解答：ASCII码分别为H，AH，DH，H，H。若加上偶校验，题字符的ASCII码又是什么？解答：ASCII码分别为H，AAH，BDH，H，H。通用微型计算机硬件系统结构是怎样的？请用示意图表示。说明各部分作用。解答：通用微型计算机硬件系统结构主要是由微处理器CPU、存储器、I桙O接口和I桙O设备组成，各组成部分之间通过地址总线（AddressBus，AB）、数据总线（DataBus，DB）、控制总线微型计算机原理与接口技术学习指导习题解答及实验（ControlBus，CB）联系在一起。AB、DB和CB这三者统称为系统总线，如图所示。微处理器（CPU中央处理器）包括控制器、运算器、寄存器组

20、。主要功能是执行指令并根据指令发出相应的控制信号，以使微机各部件协调工作。此外还完成各种算术逻辑运算功能。存储器包括RAM和ROM。主要功能是存放当前运行的程序和数据。I桙O接口在外部设备与主机之间实现数据信息、控制信息和状态信息的缓存、变换、传送以及信号电平、速度的匹配等功能。外部设备主要实现人机交互（信息的输入输出）。总线把微机中各部件连接在一起的公共信息传输通道。通用微型计算机软件包括哪些内容？解答：通用微型计算机软件包括系统软件和应用软件两大类。系统软件主要包括操作系统（OS）和系统实用程序。操作系统是一套复杂的系统程序，用于管理计算机的硬件与软件资源、进行任务调度、提供文件管理系统和

21、人机接口等等。操作系统还包含了各种I桙O设备的驱动程序。系统实用程序包括各种高级语言的翻译桙编译程序、汇编程序、数据库系统、文本编辑程序以及诊断和调试程序，此外还包括许多系统工具程序等。应用软件是用户为解决各种实际问题（如数学计算、检测与实时控制、音乐播放等）而编制的程序。典型微型计算机有哪几种总线？它们传送的是什么信息？解答：数据总线DB传输数据信息。地址总线AB传输存储器地址和I桙O地址。控制总线CB传输控制信息和状态信息。第章计算机基础第章X桙Pentium微处理器畅大纲要求畅畅学习目的与要求微处理器是微型计算机的控制核心。本章主要讲述典型的微处理器的内部结构、引脚信号和总线时序，重点是

22、要掌握CPU结构与特点、引脚信号，特别是一些控制信号的功能应深刻理解和熟练掌握。执行指令涉及三种周期指令周期、总线周期和时钟周期。首先要掌握这三种周期的区别和相互之间的关系；其次要掌握几种基本总线周期的时序关系，结合引脚信号的功能来理解和掌握三总线信号，以及在这些典型的总线周期中出现的时间关系，从而为微处理器同内存储器及I桙O设备的接口做好准备。同时，在理解和掌握的结构和特性的基础上，进一步了解从到Pentium微处理器的结构和特点，对当前在PC机中所采用的微处理器芯片的发展情况有所了解。本章的难点是总线时序。畅畅重点内容与考核要求微处理器CPU的结构与特点，要求达到“理解”层次。CPU的内部

23、寄存器，要求达到“必须掌握”层次。系统中的存储器分段与物理地址的形成，要求达到“理解”层次。的工作模式和引脚特性的最大工作模式与最小工作模式的区别。总线分时复用的特点。常用控制信号的功能，这些控制信号的应用。以上内容要求达到“综合应用”层次。的总线操作和时序三种周期时钟周期、指令周期和总线周期的区别及联系。几种主要的总线周期时序图，有关信号的时序关系。以上内容要求达到“理解”层次。从到Pentium、的结构特点以及这三种微处理器的关系。Pentium系列的结构特点以及相互之间的联系。以上内容要求达到“了解”层次。微型计算机原理与接口技术学习指导习题解答及实验畅考试必备知识与考试要点畅畅微处理器

24、CPU结构与特点为了提高程序的执行速度，微处理器被设计为两个独立的功能部件：执行部件和总线接口部件。（）总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）总线接口部件由个段寄存器、指令指针寄存器、地址加法器、总线控制逻辑和指令队列等组成。BIU与外部总线连接为执行部件（EU）完成所有的总线操作，并计算形成位的内存物理地址。（）执行部件EU（ExecutionUnit）执行部件EU由通用寄存器、状态标志寄存器、算术逻辑部件（ALU）和EU控制系统等组成。EU负责全部指令执行，向BIU提供数据和所需要访问的内存或I桙O端口的地址，并对通用寄存器、标志寄存器和指令操作数进行管理。（）与的区别In

25、tel微处理器内部采用位结构，实质上与基本上相同。与的区别：第一，的指令队列是字节长，而的指令队列为字节长；第二，是真正的位机，与BIU相连的总线中数据总线是位总线，而是准位机，与BIU相连的总线中数据总线为位总线。CPU的内部寄存器在微处理器中可供程序员使用的有个位寄存器。这个寄存器按用途可分为通用寄存器、指令指针、标志寄存器和段寄存器等类。（）通用寄存器有个通用寄存器，可分为两组。）数据寄存器数据寄存器有个，包括累加器AX（Accumulator）、基址寄存器BX（Base）、计数寄存器CX（Count）和数据寄存器DX（Data）。）指针寄存器和变址寄存器另外个通用寄存器是堆栈指针SP（

26、SackPointer）、基址指针BP（BasePointer）、源变址寄存器SI（SourceIndex）和目的变址寄存器DI（DestinationIndex）。（）指令指针IP（InstructionPointer）指令指针IP是一个位专用寄存器，它指向当前需要取出的指令字节。当BIU从内存中取出一个指令字节后，IP就自动加，指向下一个指令字节。注意，IP指向的是指令地址的段内地址偏移量，又称偏移地址（OffsetAddress）或有效地址（EA，EffectiveAddress）。（）标志寄存器FR（FlagRegister）有一个位的标志寄存器FR，但有定义的只有位，其中位是状态位，

27、位是控制位。（）段寄存器SR（SegmentRegister）段寄存器分为代码段寄存器CS、堆栈段寄存器SS、数据段寄存器DS和附加数据段寄存器ES。第章X桙Pentium微处理器系统中的存储器组织及物理地址的形式（）存储器组织微处理器有条地址线，可以配置MB的内存储器。存储空间都按位（即字节）进行组织，每个存储单元存储一个字节数据，若存放“字”数据（位），则存放在相邻两个存储单元中，高字节存放在高地址单元，低字节存放在低地址单元。（）存储器分段程序把MB的存储空间看成一组存储段，各段的功能由具体用途而定，分别为代码段、堆栈段、数据段和附加段。一个存储段是存储器的一个逻辑单位，长度可达kB，每

28、个段由连续的存储单元构成，并在存储器中是独立的、可分别寻址的单位。在具有地址变换机构的计算机中，有两种存储器地址：一种是允许在程序中编排的地址逻辑地址（LogicalAddress）；另一种是信息在存储器中实际存放的地址物理地址（PhysicAddress）。在系统中每个存储单元也有两种地址。微处理器与内存储器之间所有信息交换都要使用位的物理地址，而在程序中所涉及的地址都是位的逻辑地址。对给定的任一存储单元而言，有两部分逻辑地址：段基址决定该段第一个字节的位置；段内偏移量（Offset）该存储单元相对于该段起始单元的距离。存储单元的位物理地址是通过将位的段基址左移位再加上位的段内偏移量（又称偏

29、移地址）而生成的。最小方式与最大方式（）最小方式下的基本配置当CPU的MNMN引脚接V电源时，CPU工作于最小方式，用于构成小型的单处理机系统。在这种方式中，除CPU、存储器和I桙O接口电路外，还有三部分支持系统工作的器件时钟发生器、地址锁存器和数据收发器。（）最大方式下的基本配置当CPU的MNMN引脚接地时，CPU工作于最大方式，用于构成多处理机和协处理机系统，同最小方式下系统配置相比较，最大方式系统增加了一片专用的总线控制芯片。微处理器的总线时序指令周期（）指令周期每条指令的执行由取指令、译码和执行等操作组成，执行一条指令所需要的时间称为指令周期（InstructionCycle），不同指

30、令的指令周期是不等长的。（）总线周期CPU与外部交换信息总是通过总线进行的。CPU的每一个信息输入、输出过程所需要的时间称为总线周期（BusCycle）。一个指令周期由一个或若干个总线周期组成。（）时钟周期时钟脉冲的重复周期称为时钟周期（ClockCycle）。时钟周期是CPU的时间基准，由计算微型计算机原理与接口技术学习指导习题解答及实验机的主频决定。几种基本时序（）总线读操作当CPU进行存储器或I桙O端口读操作时，总线进入读周期。基本的读周期由个T周期组成T、T、T和T。当所选中的存储器和外设的存取速度较慢时，则在T和T之间插入个或几个等待周期Tw。（）总线写操作当CPU进行存储器或I桙O端口写操作时，总线进入写周期。总线写操作的时序与读操作时序相似。（）中断响应操作当CPU的INTR引脚上有一有效电平（高电平）且标志寄存器IF时，则CPU在执行完当前的指令后响应中断，在响应中断时CPU执行两个中断响应周期。（）总线保持与响应当系统中有其他总线主设备请求总线时，向CPU发出请求信号HOLD，CPU接收到HOLD有效的信号后，在当