微机系统原理与接口技术答案

第1章习题解答1、冯诺依曼计算机的内涵是什么？这种计算机程序运行是由指令流驱动的还是数据流驱动的？答：冯诺依曼计算机的内涵：由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。

数据和计算机指令采用二进制数形式表示，存储在计算机内部存储器中。

计算机工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。

事先编制好的由计算机指令组成的程序在执行前先装入存储器，控制器依据程序中的指令顺序周而复始地取出指令、分析指令、执行指令，根据指令的功能进行相应的运算，直到完成全部指令操作为止.程序的运行是通过指令流来驱动的。

2、微型计算机系统有哪三个层次？试简述它们的内涵及其联系和区别。

答：微型计算机系统的三个层次：微处理器、微型计算机和微型计算机系统。

三者的内涵：微处理器是利用大规模集成电路技术，将组成计算机的核心部件——运算器和控制器集成在一块硅片上的集成电路，简称MPU，习惯上称CPU。

微型计算机则是以微处理器为核心，配以内存储器、输入/输出（I/O）接口电路，通过总线结构连接而构成的裸机。

微型计算机系统是由微型计算机配以相应的外围设备（如键盘、显示器、打印机、外存储器等）、电源和其他辅助设备(如面板、机架等)，以及控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。

它们三者之间是从局部到全局的关系。

单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作。

只有微型计算机系统才是完整的计算系统，才可正常工作。

3、为什么把微型计算机的基本结构说成是总线结构？试简述总线结构的优点。

答：在微型计算机中，各组成部分之间是通过总线（包括地址总线、数据总线、控制总线）连接在一起而构成一个整体的，它们之间的信息交换也是通过总线进行。

CPU通过总线与存储器和I/O接口电路连接，I/O接口和外设也是通过总线连接，即使在CPU内部，它的各功能部件也是通过总线相连的。

因此微型计算机的基本结构就是总线结构。

微型计算机采用总线结构后，系统中各功能部件之间的相互关系变为各部件面向总线的单一关系。

一个部件只要满足总线标准，就可直接连接到采用这种总线标准的系统中。

这使得系统的设计与构造非常方便，同时也便于系统的扩充、升级和维修。

4、微型计算机硬件系统由哪些部分组成？各组成部分的功能是什么？答：微型计算机硬件系统主要由CPU、存储器、I/O接口电路、输入/输出设备、总线，以及电源和一些辅助设备构成。

CPU：微机系统的核心部件，是运算和指挥控制中心。

存储器：包括内存和外存，是微机系统的存储和记忆部件，用以存放数据和程序。

I/O接口电路：CPU与输入/输出设备的连接与信息交换不能直接进行，I/O接口电路充当了二者之间的“桥梁”。

输入/输出设备：计算机与外界（人或其他设备，包括另一台计算机）联系和沟通的桥梁，用户通过输入/输出设备与微机系统互相通信。

总线：以上各组成部分是通过总线连接在一起构成一个整体的，各部件之间的信息运载和传输由总线承担。

5、计算机分那几类？各有什么特点？答：传统上分为三类：大型主机、小型机、微型机。

大型主机一般为高性能的并行处理系统，存储容量大，事物处理能力强，可为众多用户提供服务。

小型机具有一定的数据处理能力，提供一定用户规模的信息服务，作为部门的信息服务中心。

微型机一般指在办公室或家庭的桌面或可移动的计算系统，体积小、价格低、具有工业化标准体系结构，兼容性好。

6、微处理器应包含的最基本功能部件是哪些?答: 算术逻辑单元,寄存器阵列,控制器部件。

7、微计算机应包含的最基本功能部件是哪些?答: 微处理器,内存储器, 外围接口电路 , 系统总线。

8、微型计算机系统有哪几部分组成，简述各部分功能特点？答：运算器、控制器、存储器、输入输出设备及其接口电路。

9、一个完整的计算机系统通常包括系统软件和应用软件、硬件系统和软件系统、计算机及其外部设备、系统硬件和系统软件这四种组合中的哪一种？答：硬件系统和软件系统。

10、通常我们所说的32位机，指的是这种计算机CPU是什么样的？答：总线的数据宽度为32位。

第2章习题解答1、8086/8088的CPU由哪两部分组成？它们的主要功能各是什么？答：由总线接口部件BIU和执行部件EU组成。

BIU主要负责CPU内部与存储器和I/O接口之间的信息传送，包括取指令、传送EU 执行指令过程中需要的操作数和EU的执行结果。

EU则主要负责分析和执行指令，并产生相应的控制信号。

2、8086/8088 CPU中有哪些寄存器？其主要作用是什么？答：1）8个通用寄存器：AX、BX、CX、DX：暂存运算过程中的操作数、计算结果和其他信息。

BP、SP、SI、DI：主要用于访问内存时提供16位偏移地址。

BP、SI、DI也可用于暂存运算过程中的操作数。

2）4个段寄存器：CS、DS、SS、ES：专门用于存放段地址。

3）IP：存放代码段中指令的偏移地址。

在程序执行过程中，它始终指向下一条要执行的指令，从而控制着程序的执行流程。

4）标志寄存器FLAGS：记录CPU的工作状态。

3、状态标志和控制标志有何不同？8086/8088的状态标志和控制标志有哪些？答：8086/8088的状态标志有6个：CF、AF、SF、PF、OF、ZF，控制标志有3个：TF、DF、IF。

状态标志用于表示执行某种操作后ALU所处的状态，例如运算结果是否有溢出、最高位是否有进位等，这些状态是执行指令操作后自动设置的；而控制标志是人为设置的，每个控制标志将对某种特定的功能起控制作用，例如IF控制着CPU是否响应外设申请的可屏蔽中断请求。

4、8086/8088系统中存储器的逻辑地址和物理地址之间有什么关系？写出存储器地址：3FB0H：0053H的段地址、偏移地址和物理地址。

答：8086系统中，逻辑地址由段地址和段内偏移地址构成，是用户编写程序时所用的地址。

物理地址则是CPU与内存交换数据时所使用的地址。

CPU在执行存储在内存中的程序时，需要将逻辑地址转换为物理地址：物理地址＝段地址×16＋段内偏移地址。

存储器地址3FB0H：0053H段地址：3FB0H 偏移地址：0053H 物理地址：3FB53H5、什么是引脚的分时复用？请说出8086/8088CPU有哪些引脚是分时复用引脚？其要解决的问题是什么？答：引脚的分时复用指的是同一引脚在同一总线周期的不同状态（时钟周期）内功能不同，例如地址/数据引脚在总线周期的T1态作为地址总线使用，而在其他状态则作数据总线使用。

8086CPU的分时复用引脚有：AD0-AD15：地址/数据引脚A19/S6-A16/S3：地址/状态引脚BHE/S7：高8位数据总线允许/状态引脚引脚复用技术主要是解决8086CPU封装芯片引脚数目受限制，引脚比较紧张而采取的措施。

6、若8086CPU工作于最小模式，试指出当CPU完成将AH的内容送到物理地址为91001H 的存储单元操作时，以下哪些信号应为低电平：M/ IO、RD、WR、BHE/S7、DT/R。

若CPU 完成的是将物理地址91000H单元的内容送到AL中，则上述哪些信号应为低电平。

答：当CPU完成将AH的内容送到物理地址为91001H的存储单元操作时，CPU执行的是将AH中的一个字节写入内存奇地址单元（91001H）的操作，此时M/IO=1（CPU访问内存），RD=1，WR＝0 （写操作），BHE/S7＝0（选中奇地址单元，数据通过高8位数据总线传送，BHE=0），DT/R=1（写操作）。

若CPU完成的是将物理地址为91001H的存储单元的内容送到AL中，CPU执行的是从内存偶地址单元（91000H）读取一个字节送入AL的操作，此时M/IO=1（CPU访问内存），RD=0（读操作），WR＝1，BHE/S7＝1（选中偶地址单元，数据通过低8位数据总线传送，BHE=1，A0＝0），DT/R=0（读操作）。

7、什么是指令周期？什么是总线周期？什么是时钟周期？它们之间的关系如何？8086/8088 CPU读/写总线周期各包含多少个时钟周期？什么情况下需要插入Tw周期？应插入多少个Tw取决于什么因素？答：指令周期：一条指令从其代码被从内存单元中取出到其所规定的操作执行完毕，所用的时间称为相令的指令周期。

总线周期：CPU通过总线与内存或I/O端口之间，进行一个字节数据交换所进行的操作，称为一次总线操作，相应于某个总线操作的时间即为总线周期。

时钟周期：微机系统工作的最小时间单位，它取决于系统的主频率，系统完成任何操作所需要的时间均是时钟周期的整数倍。

对以上三个概念分析后可知，指令周期应包含若干个总线周期，因为指令周期中进行的取指令、读/写内存或I/O端口操作都需要执行总线周期。

而总线周期又包含若干时钟周期。

一个基本的8086读写总线周期通常包含4个时钟周期：T1态、T2态、T3态、T4态。

T1态：CPU输出地址信息，指示所要读写的内存单元或I/O端口的地址。

T2态-T4态：CPU读写内存单元或I/O端口。

如果系统中的内存或I/O端口读写速度较慢，不能及时进行数据传送，CPU将检测到READY引脚为低电平，此时CPU需要在T3态之后插入一个或若干个TW等待周期。

插入多少个TW取决于READY引脚何时变为高电平，一旦CPU检测到READY引脚变为高电平，便会马上脱离TW，进入T4态。

8、8086在结构上引入的最重要概念是什么？以后从8086到80286，到80386，到80486，直到Pentium4，每更新一代CPU，主要有什么改进？答：8086CPU在结构上引进的两个主要概念是：指令流水线和存储器分段管理。

从8086到Pentium4，每更新一代CPU，主要的改进有：80286：指令流水线级数由8086的两级提高至4级，提高了数据的吞吐率；引进虚拟存储器概念，把外存当内存用，扩大了软件可使用的存储空间，解决了内存容量不足的问题；CPU的工作方式演变出两种：实方式和保护方式。

在保护方式下80286可支持多任务多用户操作。

80386：CPU芯片封装开始采用PGA封装，以适应高频率环境；CPU增加一种新的工作方式：虚拟8086方式。

80486：CPU芯片开始采用通过相应的接口（Socket插座）安装到主板上；芯片内部集成与CPU速度相当的高速缓冲存储器，提高了系统的运行速度；首次采用RISC技术，可在一个时钟周期内执行一条指令；采用突发总线方式提高与内存的数据交换速度；引入倍频技术。

Pentium：首次引进超标量结构，可在一个时钟周期内执行两条指令，极大地提高了程序的执行速度；采用双Cache结构；工作方式增加系统管理方式；采用分支预测技术。

Pentium Pro：超标量结构增加至3级，流水线级数增至14级，为设计和制造更高频率CPU创造了条件；引进动态执行技术，使程序执行效率更高。