微机接口与通讯》平时作业
1. 从微型计算机的结构分析微处理器与存储器及 I/O 的关系，并说明总线结构的 优点。
答：微型计算机是以微处理器即 CPU为核心，系统总线连接内存储器和 I/O接 口电路而构成的。微型计算机采用了总线结构，这种结构可以使得系统内部各 部件之间的相互关系变为各部件之间面向总线的单一关系。
2. 从计算机应用角度分析不同结构、规模、表现形式的微型计算机的应用目标以 及性能
指标。
答： 8 位机，在 80 年代初期和中期使用。字符、数字信息，适合于一般的数据 处理。 16 位机，可进行大量的数据处理的多任务控制。 32 位机，除用于过程 控制、事务处理、科学计算等领域、多媒体处理以及计算机辅助设计、计算机 辅助制造等。 单片机，体积小、功耗低，主要应用于智能仪器仪表以及其它 控制领域。个人计算机，适用于家用、商用、教育等各种应用领域。工程工作 站是一种微型化的功能强大的计算机，有速度快、内存大等特点，又有小巧灵 活、轻便价廉等优点。 3. 阐述并比较 8086、80286、80386、80486、Pentium CPU 的内容结构。
答：
80286:四个独立的处理部件，即执行部件 EU总线部件BU指令部件IU和 地址部件 AU。 采用流水线作业方式，使各部件能同时并行地工作。
80386：由六部分组成，即总线接口部件、指令译码部件、执行部件、分段部 件和分页部件。
80486：基本沿用 80386 的体系结构，由 8 个基本部件组成：总线接口部件、 指令预取部件、指令译码部件、执行部件、控制部件、存储管理部件、高速缓 存部 件和高性能浮点处理部件。
Pentium ：采用了许多过去在大型机中才采用的技术，迎合了高性能微型机系 统需要，其主要体现在超标量流水线设计、双高速缓存、分支预测、改善浮点 运算等方面。
4. 阐述指令周期、总线周期、时钟周期的相互关系，并举若干条 8086CPU机器指
令的执行过程来说明上述三种周期。
答：时钟周期是微处理器动作处理的最小时间单位，一个总线周期由若干个时 钟周期所组成。 一个指令周期通常由若个总线周期所组成， 对于读取指令代码， 就是一个存储器读总线周期。 将微处理器内部累加器中的值写入指定存储器
单元中，执行这条指令可能就需要二个总线周期：读总线周期和写总线周期
写总线周期: 读总线周期： :提供地址 T1:提供地址 T1
T2 :读信号有效 T2 :写信号有效 T3：数据有效 T3 :数据有效 T4 :读操作结束 T4 :写操作结束 5.给出8086CPU处于最小模式时的 CPU子系统结构图，并说明组成 CPU子系统的 各芯片的功能
答：结构图如下
8084 ：用于产生系统时钟信号；地址锁存器：用于暂存地址值； 数据 缓冲器，
用于驱动数据。
6. 说明一般微处理器的内部组成与外部主要引脚的功能，并说明执行加法指令过 程中指
令代码和加工的数据在 CPU 内部各部件流动和外部引脚的信号变化情 况。
答：组成微处理器的最基本的部件是运算部件、控制部件、寄存器组和内部数 据总线。 外部主要引脚功能：
地址线：输出，用于提供存储器或 I/O 接口的地址。地址线的位数决定了微处 理器的寻址范围。
数据线：双向，用于提供微处理器与外部交换数据的通道。
从累加器存入锁存器的数据和暂存器中的数据通过 ALU运算，结果通过内部数 据总线存回累加器，输出 CPU外部到存存储器或I/O。运算结果将影响标志寄 存器和十进制调整电路，并对下一次运算产生作用。
7. 相对实模式，说明保持模式的特点。 答：保持模式的特点：
(1) 地址由段描述表按“段地址”查到相应描述符，得到的真实地址 +偏移 (2) 32位地址线，拥有4GB的寻址
(3) 实现虚拟存储和代码保护 保持模式比实模式多了以下： (1) 寄存器 GDR， LDR， IDR， TR， CR3。 (2) 数据段，描述符表(GDT, LDT)，任务数据段(TS)，页表。
(3) 机制, 权限检测(利用选择子 /描述符 /页表项的属性位) ，线性地址到物理 地址的映射。
8. 阐述计算机三级存储体系中 Cache主存、辅存的特点与作用，并说明目前三 类存储器
由哪些类型的存储器承担，其存储器特性有什么特征。
答：Cache：组成：高速SRAM特点：快速的存取性能，用于存放 CPU访问频 度最高的数据。
主存：组成：DRAM特点：速度和容量介于 Cache和辅存，用于存放 CPU当前 执行的程序和所需要的数据。
辅存：组成：磁盘、磁带、光盘等；特点：存储容量大，用于后备的程序和数 据。 三级存储体系的目标：存储体系的速度入接近 Cache，存储体系的成本接近于 辅存。
9. 说明半导体存储器的内部结构，并比较静态 RAM和动态RAM在存储原理、外部
特性、性能指标等方面的异同。 答：半导体存储器芯片的内部结构基本相同，都是由存储体和外围电路二部分 组成。存储体是由一系列按行 / 列排列的基本存储单元所组成。外围电路由地 址译码器、 I/O 电路、片选控制和输出驱动电路所组成。
10. 以静态RAM乍为内存储器，比较并联组合和串联组合，说明地址线、数据线、 控制
线的连接要点。
答：并联组合： 8 片芯片为 1 组，一旦选中，则同时工作，或者输入，或者输 出。 数据线：每片存储器芯片数据线连至 CPU不同位的数据线。地址线：每片地址 线的连接都相同，与 CPU的地址线相连接。控制线：每片的控制线连接都是相 同。读写控制线连CPU的读写控制线。
串联组合：CPU用高位地址选择存储器芯片，用低位地址选择赶集器芯片中的
存储单元。同一时刻，CPU访问一个存储器芯片中的一个存储单元。 数据线：存储器芯片的数据线与 CPU的数据线直接相连。地址线：存储器芯片 的地址线与CPU低位
地址线直接相连，用于选择芯片内的存储单元。控制线： 存储器的读写控制线与 CPU的读写控制线直接相连，存储器的片选信号线由高 位地址线经译码产生。
11. 一般CPU地址总线可寻址的范围比系统实际使用的内存容量要大。 试举一地址 译码电路为例，说明地址译码器的片选端和译码输入端应连接 CPU的什么信号 线，并分析该译码电路的各译码输出端所对应的存储器地址范围。
答：用8K* 8的存储器芯片组成的16KB RAM电路，低位地址线 A12 — A0直接 连至每一片的 6264 芯片的地址输入端，高位地址线经译码以后产生片选信号， 分别连接到2片6264的片选输入端。地址译码器 74LS138是一个常用的3— 8 译码器，当地址 A19- A16= 1110时，该译码器选中，也就是说，该译码器 Y7 —Y0输出的地址范围为 EOOOOH— EFFFFH其中：当 A15- A13= 000时，Y0输 出有效，其地址范围为 E0000H— E1FFFH当A15- A13= 001时，Y1输出有效， 其地址范围为 E2000H— E3FFFH。
12. 针对动态RAM勺地址线分行列输入以及刷新行地址的输入， 与静态RAM的接口 电路相比较，说明其存储器接口电路有什么特点。
答：(1)同静态 RAM CPU输出的地址总线高位部分用于进行地址译码产生片 选信号，地址总线的低位部分用于选择存储器内部的存储单元。但是，由于动 态RAM勺地址输入是分行、列进行的，因此不能直接将 CPU的低位地址线直接 连至存储器的地址线输入，而是需要将这部分地址一分为二，按行、列分时输 入存储器。 (2) 由于动态RAM有刷新要求，既需要刷新控制信号，也需要为动态 RAM提
供刷新地址，因此，作为动态RAM勺连接，还需要有一个产生刷新地址的电路， 并通过选择电路，能在需要刷新时候将刷新地址送入动态 RAM 13. 通过通常 I/O 接口电路的结构，阐述 I/O 接口电路的功能。
答：I/O接口是为了协调CPU与各种外设间的矛盾(不匹配)而设臵的介于CPU 和外设之间的控制逻辑电路。 因此，接口电路要面对CPU和外设两个方面，I/O 接口有以下功能：
( 1)数据缓冲和锁存功能
(2)接收和执行CPU命令的功能 ( 3)信号电平转换功能 ( 4)数据格式变换功能 ( 5)中断管理功能 ( 6)可编程功能
对一个具体的接口电路来说，不一定都要求具备上述功能，不同的外设，不同 的用途，其接口功能和内部结构是不同的。
14. 与存储器映象寻址方式相比较，说明独立 I/O 寻址方式的特点。
答：（ 1）存储器映象寻址方式的编址方式是把系统中的每一个 I/0 端口都看作 一个存储单元，并与存储单元一样统一编址。而 I/O 单独编址方式对系统中的 输入输出端口地址单独编址，构成一个 I/O 空间；
（ 2）存储器映象寻址方式把 I/O 地址映射到存储空间，作为整个存储空间的 一小部分， 而 I/O 单独编址方式不占用存储空间， 而是用专门的 IN 指令和 OUT 指令来访
问这种具有独立地址空间的端口；
15. 比较无条件传送方式、程序查询方式、中断方式以及DMA方式这四种数据传送 方
式，在硬件电路、CPU乍用、应用范围等方面阐述其特征。
答：无条件传送方式主要应用于己知或固定不变的低速 I/O 接口设备或无须等 待时间的 I/O 设备。若是输入设备则直接使用三态缓冲器和数据总路线相连，
CPU在执行输入指令时，外设的数据是准备好的。若是输出设备，要求接口具 有锁存功能，以使 CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一些时间。 程序查询方式的接口电路除了有传送数据的端口以外，还要有传送状态的端 口。对于输入过程来说， 当外设将数据准备好时， 则使接口的状态端口中的 “准 备好”标志位臵成有效，表示当前输出数据端口己经处于“空闲”状态，可以 接收下一个数据。
DMA方式数据传送不需要 CPU介入，由DMA空制器直接控制数据完成存储器和 I/O之间的传送，采用DMA空制器的硬件代替了原来的软件来控制数据的传送， 且不需进行保护现场和恢复现场之类的额外操作，因此数据传送速度快、 I/O 响应时间短、CPU额外幵销小，但增加了系统硬件的复杂性和提高了系统的成 本。 16. 以8086CPU为例，说明中断响应和中断返回的过程。在说明此过程中，如何保 证优
先权最高的中断申请源能得到 CPU的中断服务。
答：CPLP向应中断：（1）关闭中断（为禁止 CPU响应其它中断申请）；（2）保 护断点现场信息（通常将断点和标志寄存器内容入栈） ；（ 3）获得中断服务入 口地址，转中断服务程序。
一旦CPJ向应中断，就可转入中断服务程序中： （1）保护现场；（2）幵中断； （ 3）中断服务； （4）关中断 ；（ 5）恢复现场；（6）开中断返回。 17. 叙述 Intel 8259 中断空制器的功能以及编程方法。
答：（1）单片8259A可以连接8个中断源， 多片8259A连接后，可以控制多 达 64 个中断源； （2） 可以设臵中断源的中断类型号； 在CPU应答后，能自动地向 CPU发送中
断类型号；
（3） 能管理中断源的优先级，并有固定优先级（自动嵌套方式）和循环优先级 （相等优先级）两种管理方式；
（4） 可以设臵中断请求的方式（电平方式和脉冲方式） 。 8259A必须先进行初始化编程，后进行工作编程。初始化命令共预臵
4个命令
字ICW1?ICW4工作编程用OCW仲断屏蔽操作命令字，OCW用来实现对中断 源的屏蔽功能，OCW的内容直接写入屏蔽寄存器IMR。 18. 以Intel 8237 为例，说明DMA空制器的一般结构及功能
答：In tel 82837 的DMA空制器结构有： ( 1)时序与空制逻辑； ( 2)优先级编码电路；
( 3)数据和地址缓冲器组； ( 4)命令空制逻辑； (5) 内部寄存器组； 8237 的引脚功能：
(1) CLK输入，时钟信号。 (2)
谿？ CHIP SELET：输入，片 选信号，低电平有效。
(3) RESET输入，复位信号，高电平有效。 ( 4) REDAY 输入，准备好信号，高电平有效。
(5) AEN :输出，DMA地址允许信号，高电平有效。 (6) ADSTB输出，地址选通，高电平有效。
(7) ?????????输出，DMA存储器读信号，低电平有效。
(8) MEMfW?:输 出，DMA存储器写信号，低电平有效。 19. 以具体芯片为例说明可编程 I/O 接口芯片的特点。
答：8255A是一个具有3个8位数据口(即 A 口、B 口、C 口，其中C 口还可作 为两个 4 位口来使用)的并行输入 / 输入端口的接口芯片，它为 Intel 系列的 CPU与外部设备提供了 TTL电平兼容并行接口。三个数据口均可用软件来设臵 成输入口或输出口，与外设相连。 C口具有按位臵位/复位的功能，为按位控制 提供了强有力的支持。
8255A具有3种工作方式，即方式0,方式1,方式2。可适应CPU与外设间的 多种数据传送方式，如查询方式和中断方式等，以满足用户的各种应用要求。
20. 比较 8255 芯片的三种工作方式，各具有什么特点，在应用过程中，硬件电路 的连接
和软件编程有什么要求。
答：方式 0 是一种基本输入或输出方式，该方式适合于通信双方不需要联络信
号(应答信号)的简 单输入/输出场合，CPU可以随时用输入/输出指令对指定 端口进行读写操作。
方式 1 为选通输入 / 输出方式，即可借助于选通(应答式)联络信号的 I/O 方 式。这种方式中， A 口和 B 口 用于输入 / 输出的数据端口， C 口某些位用作接 收或产生应答联络信号。
方式 2 为分时双向输入 / 输出方式(双向 I/O 方式)，即同一端口的 I/O 线既可 以作为输入也可 以作为输出。
21. 使用 Intel 8253 芯片进行初始化编程时，需要考虑哪几方面问题。
答：( 1)对每个计数器，空制字必须写在计数值之前。 ( 2)计数值必须按空制字所规定的格式写入。
( 3)对所有方式计数器都可以在计数过程中或计数结束后改变计数值，重写 计数值必须遵守空制字所规定的格式，并且不会改变工作方式。
（ 4）计数值不能直接写到减 1 计数器中，只能写入计数值寄存器中，并由写 操作之后的下一个 CLK脉冲将计数值寄存器的内容装入减 1计数器幵始计数。 （5）初始化编程必须明确各个计数器的控制字和计数值不是写到同一个地址 单元。 22. 比较 Intel 8253 的方式 0 和方式 4、方式 0 和方式 1 以及方式 2 和方式 3，其 功能
有什么异同。
答：（ 1 ）方式 0 计数结束产生中断， 8253 用作计数器时一般工作在方式 0。 （2）方式 1 可编程的单拍负脉冲，可编程的单拍负脉冲又称为单稳态输出方 式，简称单稳定时。
（3）方式2分频脉冲发生器，一种具有自动予臵计数初值 N的脉冲发生器。
微机接口与通信作业
