微机课后习题原理答案.docx

1、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

2、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

3、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

4、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/

5、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，

6、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

7、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D

8、MA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

9、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： MOV AL， 0 ；AL中置初值0，输出三角波的上升段S1： CALL OUTPUT ；调用输出子程

10、序，输出一个值 INC AL ；产生上升段下一个值 JNZ S1 ；上升段未结束，继续输出 DEC AL ；恢复到最大值S2： CALL OUTPUT ；输出三角波的下降段 DEC AL ；产生下降段下一个值 JNZ S2 ；下降段未结束，继续输出 JMP S1 ；下降段结束，输出下一个三角波 输出锯齿波的程序段如下： MOV AL, 0J1： CALL OUTPUT ；输出当前值 INC AL ；产生下一个输出值 JMP J1子程序“OUTPUT”为上面两段程序共用：OUTPUT PROC NEAR MOV DX, PORT0 ；DAC0832端口地址 OUT DX, AL PUSH AX

11、MOV AX, N ；延时的时间常数WT: DEC AX JNZ WT ；延时 POP AX RETOUTPUT ENDP4 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 = 2045 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

12、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

13、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5s。实际应用中，采样频率可以达到信号最高频率的48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2.5s。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

14、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”#define N 24 /* 采样点数 */#define BASE1 0x300 #define BASE2 0x310#define INTERRUPT 0x1c /

15、* 定时中断类型号 */static unsigned ad, tad N , tt N 16 ;void far handler( ) ; /* 函数handler( )声明 */void AD818( int ) ; /* 函数AD818( )声明 */void ( interrupt far * 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1C

16、H中断向量写入向量表 */.void AD818( int scan ) /* 函数AD818从AD818卡采集一次数据 */ int lbit, 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 ) ; /

17、* 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 ) ; /

18、* 读入高8位 */if ( it = 10000) ad = hbit*16 + lbit/16 ; /* 采集正常，拼接二段数据 */else ad = 0; /* 采集数据超时，818卡有故障 */void interrupt far handler( ) /* 55ms定时中断服务程序，采集每个点的数据*/ int isp, 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

19、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80888201MB808616201MB80286162416MB803

20、86/48632324GBPentium64324GBPentium24643664GB2. 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

21、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。

22、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

23、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。

24、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. CPUCache，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：

25、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（T

26、ag）”，“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

27、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

28、，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

29、。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

30、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