《微型计算机原理与接口技术》第三版)习题答案 下载本文

SF OF TF IF 符号标志 溢出标志 陷阱标志 中断允许标志 SF=1,运算结果为负数;SF=0,则结果为正数 OF=1,带符号数在进行运算时产生了溢出;OF=0,则无溢出 TF=1,8086CPU处于单步工作方式;TF=0,8086CPU正常执行程序 IF=1,允许CPU接受外部从INTR引脚上发来的可屏蔽中断请求信号;IF=0,则禁止接受可屏蔽中断请求 DF=1,字符串操作指令按递减的顺序对字符串进行处理;DF=0,字符串操作指令按递增的顺序进行处理 DF 方向标志 2.6 已知堆栈段寄存器(SS)=2400H,堆栈指针(SP)=1200H,计算该堆栈栈顶的实际地址,并画出堆栈示意图。

【解答】(SS)=2400H,(SP)=1200H;PA=(SS)×10H+(SP)= 2400H×10H+1200H = 25200H。

SP 堆栈段 栈底 图2-1 堆栈示意图 2.7 8086的存储器采用 奇偶存储体 结构,数据在内存中的存放规定是 低字节存放在低地址中,高字节存放在高地址中,以低地址为字的地址,规则字是指 低字节地址为偶地址的字,非规则字是指 低字节的地址为奇地址的字。

2.8 解释逻辑地址、偏移地址、有效地址、物理地址的含义,8086存储器的物理地址是如何形成的?怎样进行计算?

【解答】逻辑地址:表示为段地址:偏移地址,书写程序时用到,一个存储单元可对应出多个逻辑地址;

偏移地址:是某一存储单元距离所在逻辑段的开始地址的字节个数。 有效地址:是指令中计算出的要访问的存储单元的偏移地址。

物理地址:是CPU访问存储器时用到的20位地址,是存储单元的唯一的编号。 物理地址计算公式:物理地址 = 段地址×10H+有效地址(或偏移地址)

2.9 8086系统中的存储器分为几个逻辑段?各段之间的关系如何?每个段寄存器的作用是什么? 【解答】8086CPU将1MB的存储空间分成逻辑段来进行管理:每个逻辑段最小为16B。所以最多可分成64K个段;每个逻辑段最大为64KB,最少可分成16个逻辑段。各段的起始位置由程序员指出,可以彼此分离,也可以首尾相连、重叠或部分重叠。

4个16位的段寄存器用来存放每一个逻辑段的段起始地址:CS中为代码段的起始地址;DS中为数据段的起始地址;SS中为堆栈段的起始地址;ES中为附加段的起始地址。

2.10 I/O端口有哪两种编址方式,各自的优缺点是什么? 【解答】I/O端口有两种编址方式:统一编址和独立编址。

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,即包括在1MB的存储器空间中,看作存储器单元,每个端口占用一个存储单元地址。该方式主要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。

2.11 8086的最大工作模式和最小各种模式的主要区别是什么?如何进行控制? 【解答】两种模式的主要区别是:

8086工作在最小模式时,系统只有一个微处理器,且系统所有的控制信号全部由8086 CPU提供;在最大模式时,系统由多个微处理器/协处理器构成的多机系统,控制信号通过总线控制器产生,且系统资源由各处理器共享。

8086CPU工作在哪种模式下通过CPU的第33条引脚MN/MX来控制:MN/MX=1,系统就处于最小工作模式;MN/MX=0,系统处于最大工作模式。

2.12 在内存有一个由20个字节组成的数据区,其起始地址为1100H:0020H。计算出该数据区在内存的首末单元的实际地址。

【解答】逻辑地址1100H:0020H对应的物理地址为PA=1100H×10H+0020H= 11020H,即该数据区在内存中的首单元的物理地址为11020H;因为存储空间中每个字节单元对应一个地址,所以20个字节对应20个地址,则该数据区在内存中的末单元的物理地址PA = 11020H+20D = 11020H+14H = 11034H。

2.13 已知两个16位的字数据268AH和357EH,它们在8086存储器中的地址分别为00120H和00124H,试画出它们的存储示意图。

【解答】存储示意图参见图2-2。

8AH 26H 7EH 35H

00120H 00121H 00122H 00123H 00124H 00125H

50H 65H 6EH 74H 69H 75H 6DH 00510H 00511H 00512H 00513H 00514H 00515H 00516H

图2-2 数据的存储示意 图2-3 字符的存储示意

2.14 找出字符串“Pentium”的ASCII码,将它们依次存入从00510H开始的字节单元中,画出它们存放的内存单元示意图。

【解答】存储示意图参见图2-3。

2.15 在内存中保存有一个程序段,其位置为(CS)=33A0H,(IP)=0130H,当计算机执行该程序段指令时,分析实际启动的物理地址是多少。

【解答】逻辑地址(CS):(IP)= 33A0H:0130H,计算出对应物理地址PA= (CS)×10H+(IP)= 33A0H×10H+0130H = 33B30H

2.16 什么是总线周期?8086CPU的读/写总线周期各包含多少个时钟周期?什么情况下需要插入等待周期TW,什么情况下会出现空闲状态TI?

【解答】8086CPU经外部总线对存储器或I/O端口进行一次信息的输入或输出过程所需要的时间,称为总线周期。8086CPU的读/写总线周期通常包括T1、T2、T3、T4状态4个时钟周期。

在高速的CPU与慢速的存储器或I/O接口交换信息时,为了防止丢失数据,会由存储器或外设通过READY信号线,在总线周期的T3和T4之间插入1个或多个必要的等待状态TW,用来进行必要的时间补偿。

在BIU不执行任何操作的两个总线周期之间会出现空闲状态TI。

2.17 80286CPU的内部结构与8086相比,有哪些增加的部件?其主要特点和功能是什么? 【解答】80286 CPU的可编程寄存器在8086寄存器结构的基础上,增加了一个16位的机器状态字寄存器MSW。而且为适应80286性能的提高,在8086的状态标志寄存器F中,又增加使用了3个位,即IOPL—I/O特权层标志(占用12、13位)和NT—嵌套任务标志(占用14位)。NT标志位表示当前执行的任务嵌套于另一任务中,IOPL用来定义当前任务的I/O特权层。

2.18 简述Pentium微处理器的内部组成结构和主要部件的功能,Pentium微处理器的主要特点有哪些?

【解答】Pentium微处理器的主要部件包括总线接口部件、指令高速缓存器、数据高速缓存器、指令预取部件与转移目标缓冲器、寄存器组、指令译码部件、具有两条流水线的整数处理部件(U流水线和V流水线)、以及浮点处理部件FPU等。

各主要部件的功能分析如下:

(1)整数处理部件:U流水线和V流水线都可以执行整数指令,U流水线还可执行浮点指令。因此能够在每个时钟周期内同时执行两条整数指令。

(2)浮点处理部件FPU:高度流水线化的浮点操作与整数流水线集成在一起。微处理器内部流水线进一步分割成若干个小而快的级段。

(3)独立的数据和指令高速缓存Cache:两个独立的8KB指令和8KB数据Cache可扩展到12KB,允许同时存取,内部数据传输效率更高。两个Cache采用双路相关联的结构,每路128个高速缓存行,每行可存放32B。数据高速缓存两端口对应U、V流水线。

(4)指令集与指令预取:指令预取缓冲器顺序地处理指令地址,直到它取到一条分支指令,此时存放有关分支历史信息的分支目标缓冲器BTB将对预取到的分支指令是否导致分支进行预测。

(5)分支预测:指令预取处理中增加了分支预测逻辑,提供分支目标缓冲器来预测程序转移。 Pentium微处理器的主要特点如下: (1)采用超标量双流水线结构;

(2)采用两个彼此独立的高速缓冲存储器; (3)采用全新设计的增强型浮点运算器(FPU);

(4)可工作在实地址方式、保护方式、虚拟8086方式以及SMM系统管理方式; (5)常用指令进行了固化及微代码改进,一些常用的指令用硬件实现。 2.19 什么是虚拟存储技术?该技术的主要优点有那些?

【解答】虚拟存储技术是一种存储管理技术,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。

2.20 简要分析Pentium系列微处理器的4种工作方式具备的特点。 【解答】

(1)实地址方式:系统加电或者复位时进入实地址方式,使用16位80X86的寻址方式、存储器管理和中断管理;使用20位地址寻址1MB空间,可用32位寄存器执行大多数指令。

(2)保护方式:支持多任务运行环境,对任务进行隔离和保护,进行虚拟存储管理能够充分发挥Pentium微处理器的优良性能。

(3)虚拟8086方式:是保护模式下某个任务的工作方式,允许运行多个8086程序,使用8086的寻址方式,每个任务使用1MB的内存空间。

(4)系统管理方式:主要用于电源管理,可使处理器和外设部件进入“休眠”,在有键盘按下或鼠

标移动时“唤醒”系统使之继续工作;利用SMM可以实现软件关机。

习题3

3.1 简要分析8086的指令格式由哪些部分组成,什么是操作码?什么是操作数?寻址和寻址方式的含义是什么?8086指令系统有哪些寻址方式?

【解答】8086的指令格式由操作码和操作数字段组成。

操作码:要完成的操作。 操作数:参与操作的对象。

寻址:寻找操作数或操作数地址的过程。

寻址方式:指令中给出的找到操作数或操作数地址采用的方式。

8086指令系统的寻址方式主要有立即数寻址、寄存器寻址、存储器寻址和I/O端口寻址。其中,存储器寻址可进一步分为直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、基址变址寻址、相对基址变址寻址;I/O端口指令IN和OUT使用的端口寻址方式有直接寻址和间接寻址。

3.2 设(DS)=2000H,(ES)= 2100H,(SS)= 1500H,(SI)= 00A0H,(BX)= 0100H,(BP)= 0010H,数据变量VAL的偏移地址为0050H,请指出下列指令的源操作数字段是什么寻址方式?它的物理地址是多少?

(1) MOV AX,21H (2) MOV AX,BX (3) MOV AX,[1000H]

(4) MOV AX,VAL (5) MOV AX,[BX] (6) MOV AX,ES:[BX] (7) MOV AX,[BP] (8) MOV AX,[SI] (9) MOV AX,[BX+10]

(10) MOV AX,VAL[BX] (11) MOV AX,[BX][SI] (12) MOV AX,VAL[BX][SI]

【解答】

(1) MOV AX,21H

立即寻址,源操作数直接放在指令中

(2) MOV AX,BX

寄存器寻址,源操作数放在寄存器BX中

(3) MOV AX,[1000H]

直接寻址,EA = 1000H,PA =(DS)×10H+EA = 2000H×10H+1000H = 21000H

(4) MOV AX,VAL

直接寻址,EA = [VAL] = 0050H,PA =(DS)×10H+EA = 2000H×10H+0050H = 20050H

(5) MOV AX,[BX]

寄存器间接寻址,EA =(BX)= 0100H,PA =(DS)×10H+EA = 2000H×10H+0100H = 20100H

(6) MOV AX,ES:[BX]

寄存器间接寻址,EA =(BX)= 0100H,PA =(ES)×10H+EA = 2100H×10H+0100H = 21100H

(7) MOV AX,[BP]

寄存器间接寻址,EA =(BP)= 0010H,PA =(SS)×10H+EA = 1500H×10H+0010H = 15010H

(8) MOV AX,[SI]

寄存器间接寻址,EA =(SI)= 00A0H,PA =(DS)×10H+EA = 2000H×10H+00A0H = 200A0H

(9) MOV AX,[BX+10]

相对寄存器寻址,EA =(BX)+10D = 0100H+000AH= 010AH,PA =(DS)×10H+EA = 2000H×10H+010AH = 2010AH

(10)

MOV AX,VAL[BX]

相对寄存器寻址,EA =(BX)+[VAL]= 0100H+0050H= 0150H,PA =(DS)×10H+EA = 2000H×10H+0150H = 20150H

(11)

MOV AX,[BX][SI]

基址变址寻址,EA = (BX)+(SI)= 0100H+00A0H = 01A0H,PA = (DS)×10H+EA = 2000H×10H+01A0H = 201A0H

(12)

MOV AX,VAL[BX][SI]

相对基址变址寻址,EA = (BX)+(SI)+[VAL]= 0100H+00A0H+0050H = 01F0H,PA =(DS)