微机课后习题原理答案.docx
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微机课后习题原理答案
习题八
1.什么是DMA传输？
DMA传输有什么优点？
为什么？
所谓直接存储器传送（DMA）是指将外设的数据不经过CPU直接送入内存储器，或者，从内存储器不经过CPU直接送往外部设备。
使用DMA传输之后，每个数据的传输过程不需要CPU参与，在DMA控制器的控制下，在一个DMA总线周期里完成数据在外部接口和存储单元之间的直接传输。
所以使用DMA传输既可以减轻CPU的负担，又可以缩短系统对外部设备的响应时间，提高数据传输速率。
2.叙述一次数据块DMA传输和一个数据DMA传输的全过程。
一次数据块DMA传输的全过程：
•程序对DMA控制器进行初始化，写入存储器数据块首地址，传输字节数，传输方向等信息。
同时启动外部设备（例如，启动输出设备进行第一次输出）；
•外部设备每完成一次输入/输出，它的完成信号通过DMA控制器启动一次DMA数据传输；
•全部预设的数据传输完成，DMA控制器发出“传输完成”信号，向CPU申请中断。
CPU在中断服务程序中设置完成标志，或者对DMA控制器进行下一次初始化。
一个数据DMA传输的全过程。
•外设准备就绪，需要进行DMA操作时，向DMA控制器发出“DMA请求信号”。
DMA控制器接到此信号后，向CPU发“总线请求信号”。
•CPU接到总线请求信号，在当前总线周期结束后，发出“DMA响应信号”。
•DMAC向外部设备发出“外设读”或“外设写”控制信号，向存储器发出“存储器写”或“存储器读”控制信号，同时发出存储单元地址。
在这二个信号的作用下，一字节的数据从外设接口通过数据总线送往存储单元，或者从存储单元送往外设接口。
•传送1个字节之后，DMAC自动修改内部地址寄存器和字节计数器的内容。
•DMA控制器撤销“总线请求信号”，CPU也撤销“总线应答”信号。
3.什么叫DMA通道？
它如何组成？
DMA通道是控制一个外设接口和存储器进行DMA传输的相关电路的总和。
每个通道包括地址寄存器、字节计数器、方式寄存器、DMA请求触发器、屏蔽触发器、状态寄存器以及所需的其他控制电路。
4.DMA控制器8237A的成组传送方式和单字节传送方式各有什么特点？
它们的适用范围各是什么？
成组传送方式下，DMA控制器获得总线控制权后，可以连续进入多个DMA周期，进行多个字节的传输。
这种方式可以获得最高的数据传输速度。
在数据传输期间，CPU不能访问总线。
如果一次传输的数据较多，这种方式会对系统工作产生一定的影响。
成组传送方式适用于外部设备要求很高的传输速率，系统其他负担较轻，连续占用总线不会产生严重后果的情形。
在单字节传输方式下，8237A完成1个字节传输后都释放系统总线，一次DMA传输结束，CPU可以在每个DMA周期结束后控制总线。
这种方式适用于外部设备的传输速率要求不太高，或者系统不允许有较长时间停顿的情况。
5.怎样用指令启动一次DMA传输？
怎样用指令允许/关闭一个通道的DMA传输？
用指令将DMA请求寄存器中相关位置位，可以启动一次DMA传输。
用指令将DMA屏蔽寄存器中相关位复位，可以允许一个通道的DMA传输。
将DMA屏蔽寄存器中相关位置位，可以关闭一个通道的DMA传输。
6.DMA控制器8237A能不能用中断方式工作？
请说明。
DMA控制器8237A可以用中断方式工作。
将8237A的
信号反相后连接到中断控制器的中断请求输入端，则一次数据块传输结束后，可以向CPU申请中断，由专门的中断服务程序进行结束处理。
7.如何判断某通道的DMA传输是否结束？
有几种方法可供使用？
判断某通道的DMA传输是否结束有二种方法。
其一是读出DMA控制器的状态寄存器内容，测试其中代表该通道的状态位，可以得知该通道的DMA传输是否结束。
其二是读出该通道的字节计数器内容，如果值为0（对8237A而言为－1），表示该通道的DMA传输已经结束。
此外，可以用8237A的
信号向CPU申请中断。
一旦进入这个中断服务程序，表明该通道的DMA传输已经结束。
8.叙述一次DMA控制器8237A编程使用的主要步骤。
DMA控制器8237A初始化编程的主要步骤为：
•发复位命令；
•写命令字，设置8237A的工作方式；
•写方式字，设置需使用的通道的工作方式；
•清除先/后触发器；
•写入内存储器起始地址；
•写入传送的字节数－1；
•清除该通道的屏蔽位；
•启动外部设备，如果是内存到输出设备，用指令设置第一次DMA请求。
9.使用DMA控制器8237A传输一个字节需要多少时间？
受那些因素影响？
请作具体分析。
使用DMA控制器8237A传输1字节数据需要4个DMA控制器使用的时钟周期，对于速度稍慢的外设/存储器，也可以插入一个或多个等待周期。
影响DMA周期时间长短的因素有：
•DMA控制器使用的时钟频率：
频率越高，DMA周期越短；
•存储器和外部设备的工作速度：
如果速度跟不上DMA时钟的要求，则需要插入等待周期，从而延长整个DMA周期；
•使用压缩时序可以缩短DMA周期；
•如果存储器数据块首地址低8位为“0”，前256个字节内存地址的高8位相同，它们传送时只需要发送一次高8位地址，后面255个数据的DMA周期达到最小；
•如果进行存储器之间数据传输，每个字节的传输需要二个DMA周期。
习题九
1．A/D和D/A转换在微机应用中分别起什么作用？
计算机加工、处理的信号可以分为数字量（Digit）和模拟量（Analog）两种类型。
现代计算机内部都采用二进制表示的数字量进行信号的输入、存储、传输、加工与输出。
为了使用计算机对模拟量进行采集、加工和输出，需要把模拟量转换成便于数字计算机存储和加工的数字量（A/D转换），或者把数字量转换成模拟量（D/A转换）。
因此，D/A与A/D转换是计算机用于多媒体、工业控制等领域的一项重要技术。
2．怎样将D/A转换器连接到微型计算机？
D/A转换器将数字量转换成模拟量输出。
为了保存由计算机送来的数字信号，通常需要配置一个“数据寄存器”，向D/A转换器提供稳定的数字信号。
D/A转换芯片输出的模拟信号功率一般比较小，为了能够驱动执行机构工作，D/A转换器的输出一般都要连接到运算放大器进行功率放大。
3．修改图9-5，将DAC0832的两级锁存合为一级使用，画出连接图，并编写输出三角波和锯齿波的程序。
为了将DAC0832的二级缓冲锁存器合为一级使用，可以将它的第二级置为“直通”，也就是把
和
接地，用第一级的
和
对输入进行控制，如下图。
输出三角波的程序段如下：
S0：
MOVAL，0；AL中置初值0，输出三角波的上升段
S1：
CALLOUTPUT；调用输出子程序，输出一个值
INCAL；产生上升段下一个值
JNZS1；上升段未结束，继续输出
DECAL；恢复到最大值
S2：
CALLOUTPUT；输出三角波的下降段
DECAL；产生下降段下一个值
JNZS2；下降段未结束，继续输出
JMPS1；下降段结束，输出下一个三角波
输出锯齿波的程序段如下：
MOVAL,0
J1：
CALLOUTPUT；输出当前值
INCAL；产生下一个输出值
JMPJ1
子程序“OUTPUT”为上面两段程序共用：
OUTPUTPROCNEAR
MOVDX,PORT0；DAC0832端口地址
OUTDX,AL
PUSHAX
MOVAX,N；延时的时间常数
WT:
DECAX
JNZWT；延时
POPAX
RET
OUTPUTENDP
4．一个8位D/A转换器的满量程（对应于数字量255）为10V。
分别确定模拟量2.0V和8.0V所对应的数字量。
模拟量2.0V所对应的数字量为（2.0/10）×255=51
模拟量8.0V所对应的数字量为（8.0/10）×255=204
5．简述逐次逼近式A/D转换器的工作原理，并将它和∑-△A/D转换器进行比较。
逐次逼近型（也称逐位比较式）A/D转换器主要由逐次逼近比较寄存器SAR，D/A转换器、比较器以及时序和控制逻辑等部分组成。
它从SAR的最高位开始，逐位设定SAR寄存器中的数字量，经D/A转换得到电压VC，与待转换模拟电压Vx进行比较。
通过比较，逐次确定各位的数码应是“1”还是“0”。
转换结果能否准确逼近模拟信号，主要取决于SAR和D/A的位数。
位数越多，越能准确逼近模拟量。
∑-△型模数转换器是根据二次采样的差进行计算的,有很强的抗干扰能力，转换精度高，以串行方式输出数据。
常用于高分辨率（常见为16、18、24位）的中、低频信号测量。
当模拟量输入端接有多路开关时，通道切换后要等待足够长的时间，才能读取转换结果。
6．若ADC输入模拟电压信号的最高频率为100KHZ，采样频率的下限是多少？
完成一次A/D转换时间的上限是多少？
香农定理告诉我们：
采样频率一般要高于或至少等于输入信号最高频率的2倍。
因此，采样频率的下限应是200KHz。
在200KHz采样频率下，完成一次A/D转换时间的上限是5μs。
实际应用中，采样频率可以达到信号最高频率的4～8倍。
如果采用400KHz的采样频率，完成一次A/D转换时间的上限是2.5μs。
7．在使用A/D和D/A转换器的系统中，地线连接时应注意什么？
模拟信号很容易受到电源和数字信号的干扰引起波动。
为提高输出的稳定性，减少误差，模拟信号部分必须采用高精度基准电源VREF和独立的地线。
所以，要把数字地和模拟地分开。
模拟地是模拟信号及基准电源的参考地，其余信号的参考地，包括工作电源地，数据、地址、控制等对应的“地”都是数字地。
连接时，先所有的模拟地连接在一起，把所有的数字地连接在一起，然后在一个点上（注意：
不是两个或更多）把模拟地和数字地连接起来。
8．怎样用一个AD芯片测量多路信息？
模拟量多于一个时，可以使用多路模拟开关，轮流接通其中的一路进行转换，使多个模拟信号共用一个ADC进行A/D转换。
9．一台工控PC有两块818卡，基地址分别为BASE1,BASE2，试编制采样24路（一块卡16路，一块卡8路）模拟量的C语言程序。
#include“dos.h”
#defineN24/*采样点数*/
#defineBASE10x300
#defineBASE20x310
#defineINTERRUPT0x1c/*定时中断类型号*/
staticunsignedad,tad[N],tt[N][16];
voidfarhandler（）;/*函数handler（）声明*/
voidAD818（int）;/*函数AD818（）声明*/
void（interruptfar*oldhandler）（）;/*定义oldhandler为指向中断服务程序的指针*/
…………..
main（）
{
oldhander=getvect（INTERRUPT）;/*读出原1CH中断向量*/
setvect（INTERRUPT,handler）;/*把新的1CH中断向量写入向量表*/
…………..
}
voidAD818（intscan）/*函数AD818从AD818卡采集一次数据*/
{intlbit,hbit,it=0,status,base,ch;/*采集结果置入全局变量ad中*/
base=（scan<=15）?
BASE1:
BASE2;/*根据点号确定所在采集卡的基地址*/
ch=scan%16;/*计算该点在本采集卡上的通道号*/
outportb（base+2,ch）;/*向AD818输出通道号*/
outportb（base+1,0）;/*AD输入量程控制*/
outportb（base+9,0）;/*不使用中断或DMA*/
outportb（base+0,0）;/*启动AD转换*/
do{it=it+1;
status=inportb（base+8）&128;
/*读出AD状态寄存器，查询EOC，等待AD转换完成*/
}while（status!
=0&&it<=10000）;
lbit=inportb（base+0）&240;/*读入低8位，清除其中无效的最低4位*/
hbit=inportb（base+1）;/*读入高8位*/
if（it<=10000）ad=hbit*16+lbit/16;/*采集正常，拼接二段数据*/
elsead=0;/*采集数据超时，818卡有故障*/
}
voidinterruptfarhandler（）/*55ms定时中断服务程序，采集每个点的数据*/
{intisp,s,i;
for（isp=0;isp<=N-1;isp++）
{AD818（isp）;/*采集一个模拟量，存入ad*/
for（i=0,s=0;i<=14;i++）
{tt[isp][i]=tt[isp][i+1];/*移动队列中的数据，以便装入新的数据*/
s=s+tt[isp][i];}/*求前15个数据的累加和*/
tt[isp][15]=ad;s=s+ad;/*新数据进队列，求出16个数据的累加和*/
tad[isp]=s/16;/*求出16个数据的平均值*/
}
oldhandler（）;/*进入原1CH中断服务程序，此后返回断点*/
}
习题十
1.查找相关资料，用列表方式给出8088，8086，……直到P4各代微处理器的地址、数据线引脚数量，并推算出各自的内存寻址空间。
处理器
数据线
地址线
内存寻址空间
8088
8
20
1MB
8086
16
20
1MB
80286
16
24
16MB
80386/486
32
32
4GB
Pentium
64
32
4GB
Pentium2~4
64
36
64GB
2.什么是MMX指令？
它有什么特点？
MMX指令是“多媒体扩展指令”的英文简称，它采用SIMD（单指令流多数据流）技术，使得处理器在一条指令中对多个数据进行处理，提高了对多媒体数据的处理能力。
3.什么叫动态执行？
使用动态执行技术会带来什么好处？
动态执行是通过预测指令流和数据流，调整指令的执行顺序，最大地发挥CPU内部各部件的功效，提高系统执行指令的速度。
动态执行主要采用了：
多路分支预测：
利用转移预测技术允许程序几个分支流同时在处理器内执行；
数据流分析：
通过分析指令数据的相关性，把指令进行优化排序后执行，充分利用处理器内部资源；
推测执行：
根据各推测最终的正确性，对多个分支的运行结果进行取舍。
4.32位微处理器有哪几种工作方式？
各有什么特点？
32位微处理器有4种不同的工作方式：
实地址方式、保护方式、虚拟8086方式、系统管理方式。
实地址方式：
实地址方式使用16位80x86处理器的寻址方式（使用20位地址寻址1MB空间）、存储器管理和中断管理。
可以使用32位寄存器，使用特权级0，可以执行大多数指令。
保护方式：
保护方式是32位微处理器的基本工作方式。
它使用32位地址寻址4GB的实存空间，通过虚拟存储管理、用户优先级管理、I/O管理等技术，扩大可使用的存储空间，对操作系统和用户程序进行隔离和保护。
虚拟8086方式：
虚拟8086方式是保护模式下为任务提供的的8086工作环境。
每个任务使用16位地址寻址1MB的内存空间，以最低特权级运行，不能使用特权指令。
系统管理方式：
系统管理模式主要用于电源管理，可以使处理器和外围设备部件进入“休眠”状态，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。
5.叙述XT总线与ISA总线的异同之处。
XT总线可以看作是ISA总线的一个“子集”，它包括8位数据线，20根地址线，使用与CPU相同的4.77MHz的时钟信号。
ISA总线在XT总线的基础上，把数据线扩展到16根，地址线扩展到24根，使用独立于CPU的8MHz时钟信号，中断和DMA通道数目都有所增加。
ISA总线插槽由8位的XT总线插槽和ISA总线扩展插槽两部分组成。
6.什么叫分级总线？
使用分级总线有什么优点？
所谓分级总线是指系统中存在多组总线，每组总线可以有不同的数据线宽度、数据传输速率和不同的信号传输协议。
系统内的设备按照它们对传输速率、数据吞吐量的不同要求合理地连接在不同的总线上。
不同总线之间通过“桥”电路进行连接。
使用分级总线可以使各种设备的数据传输要求得到最大程度的满足，同时使整个系统的数据吞吐量和效能达到最大化。
7.简述“两个中心”结构与“南北桥”结构的区别，同时说明“两个中心”结构的优越之处。
“南北桥”结构和“中心结构”都支持多级总线的系统结构。
它们的主要区别在于，南桥芯片连接的所有高速外设都要通过PCI总线与处理器相连接，而“中心结构”里所有连接IO设备的总线（PCI,ISA,USB……）都通过IO控制中心（ICH）与中心高速接口直接连接，从而缓解了PCI总线数据交换的拥挤程度。
相比较而言，“中心结构”对信息流的路径分配更为合理。
8.CPU←→Cache，Cache←→主存，主存←→辅存之间的数据传输各有什么特点？
为什么？
请分析原因。
CPU与Cache之间数据传输的主要特点是：
高速：
Cache以与CPU相同或接近的速度工作；
不确定：
CPU对Cache的访问可能因“命中”而成功，也可能以“失靶”而失败。
Cache与主存之间数据传输的主要特征是：
数据传输以“页”为单位，使用“成组传输方式（突发总线方式）”进行。
导致上述特点的原因是，这一层次以“高速”为追求的目标，利用了程序、数据的“局部性”原理。
主存与辅存之间的数据传输以“数据块/扇区”为单位，通常以DMA方式进行。
导致上述特点的原因是，这一层次以“大容量”、“低价格”为追求的目标，辅存大容量、“粗粒度”的结构特点正好能够满足对上述目标的要求。
系统对不同层次的数据传输有着不同的要求，因而设置了不同的软硬件结构，最终导致了传输方式上的差异。
9.什么叫“相联存储映像表”？
说明它的结构和用途。
相联存储映像表是Cache内纪录Cache中各页在主存的位置和其他信息的表格，由各页的“标记（Tag）”，“状态”和“LRU位”组成。
“标记（Tag）”记录了该页在主存中的位置，供CPU访问时进行匹配查找使用。
“状态”和“LRU位”用于Cache页的替换操作。
10.为什么要进行Cache和主存的“映像”？
有哪几种相联映像的方法？
比较各自的利弊。
Cache和主存的“映像”是主存页调入Cache的“规则”，为了提高CPU在Cache中查找信息的速度，这种“规则”是必须的。
常见相联映像的方法有三种：
全相联映像法：
内存页可以调入Cache的任何一页，规则简单，页冲突的可能性最小，查找所需工作量最大。
直接映像法：
每一个内存页只能调入Cache中相同页号的一个页，规则简单，查找方便，块冲突的可能性大。
组相联映像法：
每一个内存页可以与Cache中一个组内的若干个页面相对应，规则稍复杂，查找工作量中等，块冲突的可能性中等。
11.什么叫“突发总线周期”？
它有什么优点？
“突发总线周期”也称为“成组传送方式”，总线主设备在发送一个主存地址之后，通过连续的多个周期，传输（读/写）多个地址相连的存储单元的数据。
这种方式省去了多次发送地址、多次申请总线和多次相互联络的过程，因此可以获得很高的数据传输速率。
12.逻辑地址是怎样转换成线性地址的？
简要叙述转换过程。
实地址方式下没有“线性地址”。
保护模式下，逻辑地址由“段号”和“段内地址”两部分组成。
使用“段号”查找“段描述符表”，可以获得该段的起始地址，与“段内地址”相加，就得到了对应的“线性地址”。
13.线性地址是怎样转换成物理地址的？
简要叙述转换过程。
“线性地址”由处于高位的“页组号”、处于中间的“页号”和处于低位的“页内地址”三部分组成。
用“页组号”查找“页组表”，得到“页表”的起始地址；用“页号”查找该“页表”，得到该页的起始地址；页起始地址加上“页内地址”就得到了它对应的物理地址。
14.请分析使用虚拟存储管理带来的利弊。
虚拟存储管理把辅存的一部分用作“虚拟”的主存，扩大了操作系统可分配，程序员可利用的存储空间，便于实现任务之间的隔离和保护，有效地支持了“多任务”运行环境的实现。
它还可以有效地克服“内存碎片”问题，简化了存储管理。
但是，实现虚拟存储后，每次访问主存都需要进行两次地址的转换，增加了系统的复杂性，增加了系统的硬件成本，降低了访问主存的速度，而且，由于系统复杂程度的增加，系统的可靠性也会受到影响。
15.32位微处理器实施保护机制的目的是什么？
有哪些主要措施？
32位微处理器实施保护机制的根本目的在于增加在“多任务”运行环境下系统的可靠性，使得任务之间、任务和操作系统之间实现隔离和保护。
为了实现隔离和保护，采取了以下几项措施：
为任务和资源设定一个“优先级”，优先级较低的任务不能访问优先级较高的资源，不能调用优先级较高的程序模块。
使用虚拟内存管理机制，使得任务和任务、任务和操作系统所使用的存储空间相互隔离，从而保证每个任务的正常运行不受其它任务的影响，一个任务的故障不影响整个系统的正常运行。
16.说明操作系统在保护模式下启动一个任务的过程。
一个任务用JMP或CALL指令启动一个新的任务时，处理器将当前任务的所有通用寄存器、所有段寄存器中的选择子、EFLAGS、EIP存入该任务自身的TSS，然后将新任务的选择子、描述符装入TR寄存器，并且将对应TSS段中所保存的通用寄存器、段寄存器、EFLAGS、EIP副本装入处理器对应的寄存器中。
在CS:
EIP的控制下，一个新的任务开始执行。
用JMP、CALL指令调用同一个任务中其他程序段时，指令中的“段选择子”及其描述符被存入CS寄存器，“偏移地址”进入EIP，于是，目标程序被执行。
对于CALL指令，原来程序的返回信息“CS:
EIP”被压入堆栈，和16位微处理器中十分相似。
中断和异常也会导致任务的转换。
17.32位微处理器如何实施对I/O过程的管理？
保护方式下对I/O过程的管理主要有两项措施：
任务状态段TSS中有一个最多64Kbits组成的“I/O允许位图（IOM）”，它的每一位对应一个I/O端口，为0表示该端口允许这个用户进行I/O操作。
处理器首先检查存放在CS中的当前任务的CPL（当前任务优先级），如果CPL的特权级高于或等于EFLAGS中由IOPL规定的特权级，I/O操作不会受限制，否则将进一步检查IOM，对IOM为1的端口进行操作将产
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