微机原理与接口技术(钱晓捷1版)课后习题答案

令在某个函数运行前获得时间标记计数器值,然后运行该函数后,立即再次执行RDTSC指令,并将再次获得的时间标记计数器值与之前的计数值相减,得到的差值就是运行该函数需要的时钟周期数(乘以时钟周期,等于运行时间)。请利用混合编程方法显示某个函数的运行时钟周期数。 〔解答〕

第5章 微机总线

〔习题5.1〕简答题

〔解答〕

① 数据总线承担着处理器与存储器、外设之间的数据交换,既可以输入也可以输出,故其是双向的。

② 为减少引脚个数,8086采用了地址总线和数据总线分时复用。即数据总线在不同时刻还具有地址总线的功能。

③ 具有三态能力的引脚当输出呈现高阻状态时,相当于连接了一个阻抗很高的外部器件,信号无法正常输出;即放弃对该引脚的控制,与其他部件断开连接。

④ 处理器的运行速度远远快于存储器和I/O端口。处理器检测到存储器或I/O端口不能按基本的总线周期进行数据交换时,插入一个等待状态Tw。等待状态实际上是一个保持总线信号状态不变的时钟周期。

⑤ 猝发传送是处理器只提供首地址、但可以从后续连续的存储单元中读写多个数据。 ⑥ 总线上可能连接多个需要控制总线的主设备,需要确定当前需要控制总线的主设备,所以需要总线仲裁。

⑦ 异步时序是由总线握手(Handshake)联络(应答)信号控制,不是由总线时钟控制。故总线时钟信号可有可无。

⑧ 单总线结构限制了许多需要高速传输速度的部件。32位PC机采用多种总线并存的系统结构。各种专用局部总线源于处理器芯片总线,以接近处理器芯片引脚的速度传输数据,它为高速外设提供速度快、性能高的共用通道。

⑨ 4个。

⑩ 即插即用技术是指32位PC机的主板、操作系统和总线设备配合,实现自动配置功能。

〔习题5.2〕判断题 〔解答〕

① 对 ⑥ 错

② 对 ⑦ 对

③ 错 ⑧ 对

④ 对 ⑨ 对

⑤ 对 ⑩ 错

〔习题5.3〕填空题

〔解答〕

① 0

② 读RD,写WR

③ 存储器读,存储器读,存储器写 ④ 4,2,10ns

⑤ 低有效,IOR,0010 ⑥ 寻址,数据传送

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⑦ 127,1.5Mb/s,12Mb/s ⑧ 地址,数据 ⑨ D/C,W/R ⑩ BRDY,I/O CH RDY 〔习题5.4〕

处理器有哪4种最基本的总线操作(周期)? 〔解答〕

存储器读、存储器写,I/O读、I/O写。 〔习题5.5〕

8086处理器的输入控制信号有RESET,HOLD,NMI和INTR,其含义各是什么?当它们有效时,8086 CPU将出现何种反应? 〔解答〕

RESET:复位输入信号,高电平有效。该引脚有效时,将迫使处理器回到其初始状态;转为无效时,CPU重新开始工作。

HOLD:总线请求,是一个高电平有效的输入信号。该引脚有效时,表示其他总线主控设备向处理器申请使用原来由处理器控制的总线。

NMI:不可屏蔽中断请求,是一个利用上升沿有效的输入信号。该引脚信号有效时,表示外界向CPU申请不可屏蔽中断。

INTR:可屏蔽中断请求,是一个高电平有效的输入信号。该引脚信号有效时,表示中断请求设备向处理器申请可屏蔽中断。 〔习题5.6〕

区别概念:指令周期、总线周期(机器周期)、时钟周期、T状态。 〔解答〕

指令周期:一条指令从取指、译码到最终执行完成的过程。 总线周期(机器周期):有数据交换的总线操作。

时钟周期:处理器的基本工作节拍,由时钟信号产生,一个高电平和一个低电平为一个周期。

T状态:完成特定操作的一个时钟周期。由于时间上一个T状态等于一个时钟周期,所以常常将两者混为一谈。 〔习题5.7〕

总结8086各个T状态的主要功能。 〔解答〕

T1状态:总线周期的第一个时钟周期主要用于输出存储器地址或I/O地址; T2状态:输出读/写控制信号。

T3状态:锁存地址、处理器提供的控制信号和数据在总线上继续维持有效,且T3时钟的前沿(下降沿)对READY引脚进行检测。READY信号有效,进入T4周期。

T4状态:总线周期的最后一个时钟周期,处理器和存储器或I/O端口继续进行数据传送,直到完成,并为下一个总线周期做好准备。

Tw状态:等待状态。处理器在T3前沿发现READY信号无效后,插入Tw。Tw状态的引脚信号延续T3时的状态、维持不变。

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〔习题5.8〕

请解释8086(最小组态)以下引脚信号的含义:CLK,A19/S6~A16/S3,AD15~AD0,ALE,M/IO,RD和WR。默画它们在具有一个等待状态的存储器读总线周期中的波形示意。 〔解答〕

CLK:时钟输入。时钟信号是一个频率稳定的数字信号,其频率就是处理器的工作频率,工作频率的倒数就是时钟周期的时间长度。

A19/S6~A16/S3:地址/状态分时复用引脚,是一组4个具有三态能力的输出信号。这些引脚在访问存储器的第一个时钟周期输出高4位地址A19~A16,在访问外设的第一个时钟周期输出低电平无效;其他时间输出状态信号S6~S3。

AD15~AD0:地址/数据分时复用引脚,共16个引脚,用作地址总线时是单向输出信号;用作数据总线时是双向信号,具有三态输出能力。

ALE:地址锁存允许,是一个三态、输出、高电平有效的信号。有效时,表示复用引脚(AD15~AD0和A19/S6~A16/S3)上正在传送地址信号。

M/IO:访问存储器或者I/O,是一个三态输出信号,该引脚高电平时,表示处理器将访问存储器,此时地址总线A19~A0提供20位的存储器物理地址。该引脚低电平时,表示处理器将访问I/O端口,此时地址总线A15~A0提供16位的I/O地址。

RD:读控制,也是一个三态、输出低电平有效信号。有效时,表示处理器正在从存储单元或I/O端口读取数据。

WR:写控制,是一个三态、输出低电平有效信号。有效时,表示处理器正将数据写到存储单元或I/O端口。

T1 CLK M/IOBHE/S7, A19/S6~A16/S3

BHEA19~A06 T2 T3 Tw T4 S7~S0 高阻 高阻 AD15~AD0 A15~A0 输入数据 ALE RD READY

图6-1 具有一个Tw的存储器读总线周期时序

〔习题5.9〕

区别如下总线概念:芯片总线、局部总线、系统总线;并行总线、串行总线;地址总线、数据总线、控制总线;ISA总线、PCI总线。 〔解答〕

芯片总线:是指大规模集成电路芯片内部,或系统中各种不同器件连接在一起的总线;用于芯片级互连。

局部总线:位于处理器附件的器件相互连接的总线,相对于芯片总线。 系统总线:通常是指微机系统的主要总线。

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并行总线:采用并行传输方式的总线。

串行总线:将多位数据按二进制位的顺序在数据线上逐位传送的总线。 地址总线:实现地址信息互连和交换的一组导线。 数据总线:实现数据信息互连和交换的一组导线。

控制总线:控制协调处理器和内存、外设交互信息的一组导线。

ISA总线:即IBM PC/AT总线,以处理器80286引脚形成的总线,分成支持8位操作的前62信号和扩展16位操作的后36信号。

PCI总线:外设部件互连总线,不仅适用于IA-32处理器,也适用其它处理器,支持32位和64位操作,广泛用于32位通用微型计算机中。 〔习题5.10〕

什么是同步时序、半同步时序和异步时序? 〔解答〕

同步时序:总线操作的各个过程由共用的总线时钟信号控制。

半同步时序:总线操作仍由共用的总线时钟信号控制,但慢速模块可以通过等待信号让快速模块等待。

异步时序:总线操作需要握手(Handshake)联络(应答)信号控制,总线时钟信号可有可无。 〔习题5.11〕

EISA总线的时钟频率是8MHz,每2个时钟可以传送一个32位数据,计算其总线带宽。

〔解答〕

(32×8)÷(2×8)=16MBps 〔习题5.12〕

PCI总线有什么特点? 〔解答〕

PCI总线与处理器无关,具有32位和64位数据总线,有+5V和+3.3V两种设计,采用集中式总线仲裁、支持多处理器系统,通过桥(Bridge)电路兼容ISA/EISA总线,具有即插即用的自动配置能力等一系列优势。 〔习题5.13〕

PCI总线操作如何插入等待状态? 〔解答〕

主设备利用IRDY#信号无效、从设备利用TRDY#信号无效要求对方等待,即插入等待状态。 〔习题5.14〕

什么是USB总线支持的“热插拔”,这个特性有什么意义? 〔解答〕

“热插拔”是在PC机正常工作状态进行插入或拔出。这个特性可以使用户随时连接USB设备。 〔习题5.15〕

简述USB总线的主要特征? 〔解答〕

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