微机接口与通讯平时作业带答案.docx
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微机接口与通讯平时作业带答案
《微机接口与通讯》作业
（一）
第一章微型计算机概述
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。
第二章CPU系统
1、阐述并比较8086、80286、80386、80486、PentiumCPU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。
2、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。
读总线周期：
写总线周期：
T1：
提供地址
T2：
读信号有效
T3：
数据有效
T4：
读操作结束
T1：
提供地址
T2：
写信号有效
T3：
数据有效
T4：
写操作结束
3、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。
4、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。
5、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。
第三章存储器系统
1、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。
2、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。
集成度
速度
功耗
价格
外围辅助电路
静态RAM
低
快
高
高
简单
动态RAM
高
较快
低
低
复杂
3、以静态RAM作为内存储器，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。
4、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16KBRAM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E0000H－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。
5、针对动态RAM的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的地址输入是分行、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的连接，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。
6、Intel系列CPU采用按字存址方式，以此说明80286和80386CPU在一次访问单字节、双字节和四字节时CPU相应引脚的输出特征。
答：
80286主存储器采用按存储器分体的组成方法，即将存储器分成偶数地址的存储体和奇数地址的存储体，偶数地址存储体的数据线与数据总线D0－D7连接，而奇数地址存储体的数据线与数据总线D8－D15相连。
偶数地址存储体和奇数地址存储体用CPU的BHE信号区分。
BHE与地址线A0的组合：
用A0作为偶数地址存储体的选通信号，BHE作为奇数地址存储体的选通信号。
这样，当A0＝0，BHE＝1时，只有偶数地址存储体工作，即低字节访问；当A0＝1，BHE＝0，则奇数地址存储体工作，高字节访问；当A0＝0，BHE＝0时，奇偶数地址存储体同时工作，进行双字节。
80386主存储器采用按存储器分体的组成方法，为了实现8位、16位、32位的数据据的访问，微处理器设有4个引脚BE3-BE0，以控制不同的数据访问。
BE3－BE0功能：
BE3表示选择32位数据的高字节，BE2表示选择数据的次高字节BE1表示选择数据的次低字节，BE0表示选择最低字节。
微处理器根据指令类型产生BE3－BE0。
80386/80486微处理器设有32位地址，但直接输出A31－A2，低2位A1－A0由内部编码产生BE3－BE0，以选择不同字节。
《微机接口与通讯》作业
（二）
第四章输入和输出系统
1、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）而设置的介于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。
2、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；
3、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作用、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”标志位置成有效，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控制器直接控制数据完成存储器和I/O之间的传送，采用DMA控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额外开销小，但增加了系统硬件的复杂性和提高了系统的成本。
4、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：
CPU响应中断：
（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CPU响应中断，就可转入中断服务程序中：
（1）保护现场；
（2）开中断；（3）中断服务；（4）关中断；（5）恢复现场；（6）开中断返回。
5、叙述Intel8259中断控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）可以设置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）可以设置中断请求的方式（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。
初始化命令共预置4个命令字ICW1～ICW4。
工作编程用OCW1-中断屏蔽操作命令字，OCW1用来实现对中断源的屏蔽功能，OCW1的内容直接写入屏蔽寄存器IMR。
6、以Intel8237为例，说明DMA控制器的一般结构及功能
答：
Intel82837的DMA控制器结构有：
（1）时序与控制逻辑；
（2）优先级编码电路；（3）数据和地址缓冲器组；（4）命令控制逻辑；（5）内部寄存器组；
8237的引脚功能：
（1）CLK：
输入，时钟信号。
（2）
（CHIPSELET）：
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）
：
输出，DMA存储器写信号，低电平有效。
第五章常用接口电路
1、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置成输入口或输出口，与外设相连。
C口具有按位置位/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。
2、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。
3、使用Intel8253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，控制字必须写在计数值之前。
（2）计数值必须按控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控制字所规定的格式，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计数器开始计数。
（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。
4、比较Intel8253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，一种具有自动予置计数初值N的脉冲发生器。
（4）方式3分频方波发生器。
（5）方式4软件触发选通脉冲发生器，类似于方式0的工作方式，计数器是靠置入新的计数初值这个软件操作来触发计数器工作的，故称为软件触发。
第六章模拟接口
1、当A/D或D/A转换器的数据位数和量程范围确定以后，数字量和模拟量的对应关系是否一定确定。
试阐述模拟量和数字量的转换关系。
答：
不能确定。
模拟量和数字量的转换还依赖于：
（1）分辨率即数据位数；
（2）转换精度；
（3）输出范围；
（4）建立时间。
2、当一个D/A转换器的数据位数与CPU的的数据线位数不一致时，在硬件连接时应如何考虑。
D/A转换器采用双缓冲结构有什么好处。
答：
如果A／D转换器输出的数据位数与CPU数据总线位数不相同时，则要通过硬件连接与指令执行相配合，才能读取到有效数据。
以8位CPU为例，如果A／D转换器的数据输出也是8位，则直接相连接。
如果A／D转换器的数据输出端小于8位，则与CPU数据总线的部分线相连，在CPU执行输出指令时要提取相对应的数据位。
如果A／D转换器的数据输出位是大于8位的，接口电路要提供二个不同口地址控制的数据输入端口，分二次将高字节和低字节数据读入CPU内部。
4、从外界模拟量数据采集到模拟量输出控制，其模拟控制系统由哪几个模块组成，并说明各模块的功能。
答：
传感器：
采集物理量，如温度传感器。
量程放大器：
将传感器输出的信号放大或处理成与A/D转换器所要求的输入相适应的电压范围。
低通滤波器：
用于滤去干扰信号。
多路转换开关：
使多个模拟信号共用一个A/D转换器轮流进行采样和转换，以降低成本。
采样保持电路：
在A/D进行采样期间，保持输入信号不变，以保证转换精度。
A/D转换器：
将模拟输入量转换成数字量，以便由计算机读取，进行分析处理。
D/A转换器：
将微型计算机的处理结果转换为模拟量输出。
模拟控制：
作为控制用途的模拟输出一般都是经过直流驱动功放，来驱动直流伺服装置。
5、以0809为例，说明A/D转换器与CPU连接的要点。
答：
ADC0809与CPU的连接，同样是三方面的连接：
数据总线的连接、地址总线的连接和控制总线的连接。
（1）对于8位CPU，ADC0809的数据线D7～D0可直接连至CPU的数据总线。
（2）对于CPU的地址总线，应将CPU的地址线的3低位接到ADC0809的通道选择端口ADDA，ADDB，ADDC上，其它地址经译码后作为ADC0809电路的片选CS信号，不同的译码对应不同的端口地址。
（3）ADC0809的引脚START与ALE接在一起，连到CPU的IOW与片选CS经与非门后的输出端，CPU在执行OUT指令时能对ADC0809执行写操作。
（4）ADC0809的引脚OE，连到CPU的IOR与片选CS经与非门后的输出端，CPU在执行IN指令时能对ADC0809执行读操作。
第七章常用人机接口
1、说明七段数码管显示器与CPU连接中，比较采用动态扫描和静态显示的接口电路其硬件电路和相应的软件有什么差异。
答：
LED显示器有共阳极和共阴极两种结构。
共阳极结构中，各LED二极管的阳极被连在一起，使用时要将它与十5v相连，而把各段的阴极连到器件的相应引脚上。
当要点亮某一段时，只要将相应的引脚（阴极）接低电平。
对于共阴极结构的LED显示器，阴极连在一起后接地，各阳极段接到器件的引脚上，要想点亮某一段时，只要将相应引脚接高电平。
软件译码：
CPU送来的二进制数字代码从8255A的A口输出，并经反相驱动器驱动后与LED相连。
若要显示数字0，应使g段熄灭，其余段均点亮。
硬件译码：
对于共阳极LED显示器，可利用带驱动电路的专用接口芯片7447对BCD码进行译码。
2、对于一个8×8共64个键的键阵列，你有什么方法可以唯一识别当前的键按下动作。
答：
采用行扫描法，先将所有的行线置0,读列线的值,若此时列线上的值全为1,说明无键按下。
若有某位为0,则说明对应这一列上有键按下,这时改变行扫描码,使行线逐行为0,依次扫描。
当读到某一列线的值为0时,就可根据此时的行扫描码和列线的值惟一地确定按键的位置,同时也就确定了该键的扫描码。
3、对应CRT显示器的工作原理，CRT显示器接口电路主要解决什么问题，为什么光栅扫描不能由CPU直接控制。
答：
图形控制器接收主机送来的显示数据,并可对数据进行与、或、异或和循环移位等逻辑运算,然后写入显示缓冲区。
显示缓冲区为一动态随机存储器,用来存放显示字符的ASCII码和属性代码、字符点阵信息或者是存放被显示图形的位图。
在PC机系统中,视频显示卡实现的功能非常重要且相当复杂,用某些软件工具来帮助控制显示卡的运行是一种行之有效的方法。
对于标准显示卡来说,这些软件工具是由BI0SR0M中的例行服务程序组成的,通过INT10H的软中断可以调用它们。
视频中断实现的控制功能所覆盖的范围既大又细,大到可以对显示卡工作方式进行整体控制,细到在显示器上可以写一个单个字符或在显示器上放一个单像素。
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