微機(jī)原理作業(yè)及答案

1、第2章 8086微處理器及其系統(tǒng) 習(xí)題解答1. 8086 CPU 由哪兩部分構(gòu)成，它們的主要功能是什么?在執(zhí)行指令期間,EU 能直接訪問(wèn)存儲(chǔ)器嗎，為什么?【解】8086CPU由執(zhí)行部件（EU）和總線接口部件（BIU）兩部分組成。執(zhí)行部件由內(nèi)部寄存器組、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）與標(biāo)志寄存器（FR）及內(nèi)部控制邏輯等三部分組成。寄存器用于存儲(chǔ)操作數(shù)和中間結(jié)果；算術(shù)邏輯單元完成16位或8位算術(shù)邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送上ALU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，同時(shí)在標(biāo)志寄存器中建立相應(yīng)的標(biāo)志；內(nèi)部控制邏輯電路的主要功能是從指令隊(duì)列緩沖器中取出指令，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制各部件的協(xié)同工作以完成指令的執(zhí)行過(guò)程。

2、總線接口部件（BIU）負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)、地址、狀態(tài)及控制信息。每當(dāng)EU部件要執(zhí)行一條指令時(shí)，它就從指令隊(duì)列頭部取出指令，后續(xù)指令自動(dòng)向前推進(jìn)。EU要花幾個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行指令，指令執(zhí)行中若需要訪問(wèn)內(nèi)存或I/O設(shè)備，EU就向BIU申請(qǐng)總線周期，若BIU總線空閑，則立即響應(yīng)，若BIU正在取一條指令，則待取指令操作完成后再響應(yīng)EU的總線請(qǐng)求。2. 8086CPU與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相比在執(zhí)行指令方面有什么不同？這樣的設(shè)計(jì)思想有什么優(yōu)點(diǎn)？【解】8086 CPU與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相比增加了指令隊(duì)列緩沖器，從而實(shí)現(xiàn)了執(zhí)行部件（EU）與總線接口(BIU)部件的并行工作，因而提高了8086系統(tǒng)的效

3、率。3. 8086 CPU 中有哪些寄存器，各有什么用途？【解】8086共有8個(gè)16位的內(nèi)部寄存器，分為兩組： 通用數(shù)據(jù)寄存器。四個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX、DX均可用作16位寄存器也可用作8位寄存器。用作8位寄存器時(shí)分別記為AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。AX（AH、AL）累加器。有些指令約定以AX（或AL）為源或目的寄存器。實(shí)際上大多數(shù)情況下，8086的所有通用寄存器均可充當(dāng)累加器。BX（BH、BL）基址寄存器。BX可用作間接尋址的地址寄存器和基地址寄存器，BH、BL可用作8位通用數(shù)據(jù)寄存器。CX（CH、CL）計(jì)數(shù)寄存器。CX在循環(huán)和串操作中充當(dāng)計(jì)數(shù)器，指令執(zhí)行后CX

4、內(nèi)容自動(dòng)修改，因此稱為計(jì)數(shù)寄存器。DX（DH、DL）數(shù)據(jù)寄存器。除用作通用寄存器外，在I/O指令中可用作端口地址寄存器，乘除指令中用作輔助累加器。 指針和變址寄存器。BP（Basic Pointer Register）基址指針寄存器。SP（Stack Pointer Register）堆棧指針寄存器。SI（Source Index Register）源變址寄存器。DI（Destination Index Register）目的變址寄存器。BP、SP稱為指針寄存器，用來(lái)指示相對(duì)于段起始地址的偏移量。BP和SP一般用于堆棧段。SI、DI稱為變址寄存器，可用作間接尋址、變址尋址和基址變址尋址的寄存器

5、。SI一般用于數(shù)據(jù)段，DI一般用于數(shù)據(jù)段或附加段。標(biāo)志寄存器（FR）：是一個(gè)16位寄存器，算術(shù)邏輯單元進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算后，在標(biāo)志寄存器中建立相應(yīng)的標(biāo)志。段地址寄存器（CS、DS、SS、ES）。用于存放段地址，根據(jù)其主要用途，分為代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器SS、附加段寄存器ES。代碼段寄存器CS：代碼段是存放程序代碼的存儲(chǔ)區(qū)域，代碼段寄存器用來(lái)存放代碼段存儲(chǔ)區(qū)域的起始地址。數(shù)據(jù)段寄存器DS：數(shù)據(jù)段是存放程序中所使用的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，數(shù)據(jù)段寄存器用來(lái)存放程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的起始地址。堆棧段寄存器SS：堆棧段寄存器用來(lái)存放堆棧存儲(chǔ)區(qū)的起始地址。由堆棧段寄存器SS與堆棧指針寄存器S

6、P來(lái)確定當(dāng)前堆棧指令的操作地址。附加段寄存器ES：附加段是為某些字符串操作指令存放目的操作數(shù)而設(shè)置的一個(gè)附加的數(shù)據(jù)段，附加段寄存器用來(lái)存放該附加數(shù)據(jù)段存儲(chǔ)區(qū)域的起始地址。指令指針寄存器（IP）。又稱程序計(jì)數(shù)器，是16位寄存器。IP中存放當(dāng)前將要執(zhí)行的指令的有效地址，每取出一條指令I(lǐng)P自動(dòng)增量，即指向了下一條指令。指令隊(duì)列緩沖器：是一個(gè)與CPU速度相匹配的高速緩沖寄存器。在EU執(zhí)行指令的同時(shí)，BIU可以從內(nèi)存中取出下一條或下幾條指令放到指令緩沖器中，EU執(zhí)行完一條指令后，可以立即從指令緩沖器中執(zhí)行下一條指令。4. 狀態(tài)標(biāo)志與控制標(biāo)志有何不同，程序中是怎樣利用這兩類標(biāo)志的？標(biāo)志寄存器有哪些標(biāo)志位，

7、各在什么情況下置位?【解】狀態(tài)標(biāo)志根據(jù)算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果由硬件自動(dòng)設(shè)定，它們反映運(yùn)算結(jié)果的某些特征或狀態(tài)，可作為后繼操作（如條件轉(zhuǎn)移）的判斷依據(jù)?？刂茦?biāo)志由用戶通過(guò)指令來(lái)設(shè)定，它們可控制機(jī)器或程序的某些運(yùn)行過(guò)程。標(biāo)志寄存器的內(nèi)容如下：1514131211109876543210OFDFIFTFSFZF-AF-PF-CFCF（Carry Flag）進(jìn)位標(biāo)志，反映在運(yùn)算結(jié)果的最高位有無(wú)進(jìn)位或借位。如果運(yùn)算結(jié)果的最高位產(chǎn)生了進(jìn)位（加法）或借位（減法）則CF=1，否則CF=0。PF（Parity Flag）奇偶標(biāo)志，反映運(yùn)算結(jié)果中“1”的個(gè)數(shù)的奇偶性，主要用于判斷數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中是否出錯(cuò)。若結(jié)果的低8位中

8、有偶數(shù)個(gè)“1”則PF=1，否則PF=0。AF（Auxiliary Carry Flag）輔助進(jìn)位標(biāo)志，又稱半進(jìn)位標(biāo)志。加減運(yùn)算時(shí)，若D3向D4產(chǎn)生了進(jìn)位或借位則AF=1，否則AF=0。在BCD碼運(yùn)算時(shí)，該標(biāo)志用于十進(jìn)制調(diào)整。ZF（Zero Flag）零標(biāo)志，反映運(yùn)算結(jié)果是否為0。 若結(jié)果為零則ZF=1，否則ZF=0。SF（Sign Flag）符號(hào)標(biāo)志，反映運(yùn)算結(jié)果最高位即符號(hào)位的狀態(tài)。如果運(yùn)算結(jié)果的最高位為則SF=1（對(duì)帶符號(hào)數(shù)即為負(fù)數(shù)），否則SF=0（對(duì)帶符號(hào)數(shù)即為正數(shù)）。OF（Overflow Flag）溢出標(biāo)志，反映運(yùn)算結(jié)果是否超出了帶符號(hào)數(shù)的表數(shù)范圍。若超出了機(jī)器的表數(shù)的范圍，即為產(chǎn)生

9、溢出，則OF=1，否則OF=0。DF（Direction Flag）方向標(biāo)志，用于串處理指令中控制串處理的方向。當(dāng)DF=1時(shí)，每次操作后變址寄存器SI、DI自動(dòng)減量，因此處理方向是由高地址向低地址方向進(jìn)行。當(dāng)DF=0，則SI、DI自動(dòng)增量，處理方向由低地址向高地址方向進(jìn)行。該標(biāo)志由方向控制指令STD或CLD設(shè)置或清除。IF（Interrupt Flag）中斷允許標(biāo)志，用于控制CPU是否允許響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。IF=1為允許響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求，IF=0則禁止響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。該標(biāo)志可由中斷控制指令STI或CLI設(shè)置或清除。TF（Trap Flag）陷阱標(biāo)志，用于單步操作。TF=1時(shí)，每執(zhí)行一條

10、用戶程序指令后自動(dòng)產(chǎn)生陷阱，進(jìn)入系統(tǒng)的單步中斷處理程序。TF=0時(shí)，用戶程序會(huì)連續(xù)不斷地執(zhí)行，不會(huì)產(chǎn)生單步中斷。5. 求出下列運(yùn)算后各個(gè)標(biāo)志的狀態(tài)，并說(shuō)明進(jìn)位標(biāo)志和溢出標(biāo)志的區(qū)別。 (1) 1278H + 3469H (2) 54E3H - 27A0H (3) 3881H + 3597H (4) 01E3H - 01E3H【解】CF進(jìn)位標(biāo)志，反映在運(yùn)算結(jié)果的最高位有無(wú)進(jìn)位或借位。OF溢出標(biāo)志，反映運(yùn)算結(jié)果是否超出了帶符號(hào)數(shù)的表數(shù)范圍。機(jī)器實(shí)際處理時(shí)判斷是否溢出的方法是根據(jù)最高位的進(jìn)位（CF）與次高位的進(jìn)位是否相同來(lái)確定，若兩者不相同則OF=1（表示有溢出），否則OF=0（表示無(wú)溢出）。(1)0

11、001 0010 0111 10000011 0100 0110 1001 0100 0110 1110 0001運(yùn)算后各個(gè)標(biāo)志的狀態(tài)：OFDFIFTFSFZF-AF-PF-CF000110(2) 0101 0100 1110 0011 0010 0111 1010 0000 0010 1100 0100 0011運(yùn)算后各個(gè)標(biāo)志的狀態(tài)：OFDFIFTFSFZF-AF-PF-CF000000(3)0011 1000 1000 0001 0011 0101 1001 0111 0110 1110 0001 1000運(yùn)算后各個(gè)標(biāo)志的狀態(tài)：OFDFIFTFSFZF-AF-PF-CF000010(4)0

12、000 0001 1110 0011 0000 0001 1110 0011 0000 0000 0000 0000運(yùn)算后各個(gè)標(biāo)志的狀態(tài)：OFDFIFTFSFZF-AF-PF-CF0010106. 8086 CPU 中存儲(chǔ)器的邏輯地址和物理地址之間有什么關(guān)系，各有多少值?【解】物理地址為某一個(gè)存儲(chǔ)單元的實(shí)際地址，對(duì)于8086它是一個(gè)20位的地址。物理地址從00000HFFFFFH變化，對(duì)應(yīng)1MB的空間。邏輯地址，又稱偏移地址或有效地址，即對(duì)段首的偏移量。偏移地址從0000HFFFFH變化，對(duì)應(yīng)64KB的空間。物理地址的獲得方法是：將段寄存器的內(nèi)容左移4位（即×16），與邏輯地址相加，

13、得到20位物理地址。根據(jù)尋址方式的不同，偏移地址可以來(lái)自程序計(jì)數(shù)器（IP）或其它寄存器。7. 8086CPU使用的存儲(chǔ)器為什么要分段，怎樣分段？為什么要設(shè)置段寄存器，有幾個(gè)段寄存器?各段寄存器有什么意義？【解】8086 CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是16位的，即所有的寄存器都是16位的，而外部尋址空間為1MB，即需要20位地址線。為了能用內(nèi)部寄存器中的16位地址來(lái)尋址1MB空間，8086將1MB空間以16字節(jié)為一個(gè)內(nèi)存節(jié)，共分成64K個(gè)節(jié)。節(jié)的起始地址分別為00000H、00010H、00020H、FFFF0H，稱為段基址。節(jié)的起始地址的后4位二進(jìn)制數(shù)為全0，稱為節(jié)的段地址。用于存放段地址的寄存器稱為段

14、寄存器，根據(jù)其主要用途，分為代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器SS、附加段寄存器ES。代碼段寄存器CS：用來(lái)存放代碼段存儲(chǔ)區(qū)域的起始地址。數(shù)據(jù)段寄存器DS：數(shù)存放程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的起始地址。堆棧段寄存器SS：用來(lái)存放堆棧存儲(chǔ)區(qū)的起始地址。由堆棧段寄存器SS與堆棧指針寄存器SP來(lái)確定當(dāng)前堆棧指令的操作地址。附加段寄存器ES：附加段是為某些字符串操作指令存放目的操作數(shù)而設(shè)置的一個(gè)附加的數(shù)據(jù)段，附加段寄存器用來(lái)存放該附加數(shù)據(jù)段存儲(chǔ)區(qū)域的起始地址。8. 簡(jiǎn)述A0與在8086系統(tǒng)中的應(yīng)用?！窘狻?086系統(tǒng)中將1MB存儲(chǔ)空間分成兩個(gè)512KB的物理存儲(chǔ)體。一個(gè)存儲(chǔ)體由偶數(shù)地址組成，另一個(gè)存

15、儲(chǔ)體由奇數(shù)地址組成。用A0位來(lái)區(qū)分兩個(gè)存儲(chǔ)體。用和A0的組合來(lái)選擇存儲(chǔ)體，其組合關(guān)系及操作情況如下： (1) 從偶地址讀寫一個(gè)字節(jié)（ A010）。AD15AD8上的數(shù)據(jù)被忽略，字節(jié)內(nèi)容通過(guò)AD7AD0傳送。 (2) 從奇地址讀寫一個(gè)字節(jié)（ A001）。在AD15AD8上傳送的數(shù)據(jù)有效，AD7AD0上數(shù)據(jù)被忽略。 (3) 從偶地址開(kāi)始讀寫一個(gè)字（ A000）。在AD15AD0上傳送的數(shù)據(jù)同時(shí)有效。(4) 從奇地址開(kāi)始讀寫一個(gè)字。第一個(gè)總線周期 A001，從奇地址讀寫低字節(jié)，在AD15AD8上傳送的數(shù)據(jù)有效。第二個(gè)總線周期 A010，從偶地址讀寫高字節(jié)，在AD7AD0上傳送的數(shù)據(jù)有效。9. 808

16、6系統(tǒng)中為什么要采用地址鎖存器8282？采用什么方法從分時(shí)復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線中將數(shù)據(jù)和地址信號(hào)分離出來(lái)?【解】8086地址總線與數(shù)據(jù)總線是分時(shí)復(fù)用的，高8位數(shù)據(jù)有效信號(hào)也是復(fù)用信號(hào)。在T1狀態(tài)，總線上輸出20位地址信號(hào)及信號(hào)，而在T2T4狀態(tài)，總線用于數(shù)據(jù)傳送，信號(hào)也失效。為了正確地交換數(shù)據(jù)，地址信號(hào)及信號(hào)在T2T4期間必須保持，所以需要設(shè)一組地址鎖存器（3片8282），用于鎖存地址及信號(hào)。在T1狀態(tài)，CPU送出地址鎖存允許信號(hào)ALE，將ALE接向8282的選通輸入端STB。當(dāng)ALE1時(shí)，8282輸出跟隨輸入變化，用ALE的下降沿將總線上已經(jīng)穩(wěn)定的地址信號(hào)鎖入8282。10. 8086和8088

17、 CPU的主要區(qū)別是什么?【解】8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令功能與8086完全相同，只是為了和原有的8位微處理器外圍芯片兼容，其外部數(shù)據(jù)總線是8位的。11. 8086系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器采用什么結(jié)構(gòu)？如何與地址、數(shù)據(jù)線連接？【解】8086系統(tǒng)中將1MB存儲(chǔ)空間分成兩個(gè)512KB的物理存儲(chǔ)體。一個(gè)存儲(chǔ)體由偶數(shù)地址組成，另一個(gè)存儲(chǔ)體由奇數(shù)地址組成。用A0位來(lái)區(qū)分兩個(gè)存儲(chǔ)體。12. 8086的I/O端口尋址范圍是多少？什么是I/O端口與內(nèi)存分別獨(dú)立編址？【解】8086的I/O端口使用16位地址A15A0，I/O端口地址范圍為0000HFFFFH，可尋址空間為64KB。I/O端口與內(nèi)存分別獨(dú)立編址時(shí)，指令訪問(wèn)的

18、是I/O端口還是內(nèi)存，由地址信息無(wú)法區(qū)分，由M/信號(hào)區(qū)分是I/O端口的尋址與內(nèi)存尋址 。13. 在對(duì)存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備讀寫時(shí)，要用到（IO讀）、（IO寫）、（存儲(chǔ)器讀）、（存儲(chǔ)器寫）信號(hào)，這些信號(hào)的作用是什么？它們?cè)谧钚∧Ｊ綍r(shí)可用怎樣的電路得到？請(qǐng)畫出示意圖。【解】：該信號(hào)有效時(shí)，對(duì)IO端口執(zhí)行讀操作：該信號(hào)有效時(shí)，對(duì)IO端口執(zhí)行寫操作：該信號(hào)有效時(shí)，對(duì)存儲(chǔ)器執(zhí)行讀操作：該信號(hào)有效時(shí)，對(duì)存儲(chǔ)器執(zhí)行寫操作在最小模式時(shí)可分別用以下電路得到上述信號(hào)：1M/1M/1M/1M/14. 什么是基地址和位移量，它們之間有何聯(lián)系？【解】8086 CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是16位的，而外部尋址空間為1MB。為了能用內(nèi)

19、部寄存器中的16位地址來(lái)尋址1MB空間，8086將1MB空間以16字節(jié)為一個(gè)內(nèi)存節(jié)（Paragraph），共分成64K個(gè)節(jié)。節(jié)的起始地址稱為段基址。偏移地址是存儲(chǔ)地址對(duì)段首的偏移量。偏移地址從0000HFFFFH變化，對(duì)應(yīng)64KB的空間。它們之間有何聯(lián)系：物理地址基地址×16位移量。15. 設(shè)CS=1200H，IP=0FF00H，此時(shí)指令的物理地址是多少？指向這一物理地址的CS和IP的值是惟一的嗎？【解】指令的物理地址：12000H0FF00H21F00H指向這一物理地址的CS和IP的值不是惟一的。16. 若CS=1000H，指出當(dāng)前代碼段可尋址的存儲(chǔ)空間的大小和地址范圍?！窘狻慨?dāng)前

20、代碼段可尋址的存儲(chǔ)空間的大?。?4KB當(dāng)前代碼段可尋址的存儲(chǔ)空間的地址范圍：10000H1FFFFH17. 簡(jiǎn)述8086單CPU和多CPU系統(tǒng)各自主要特點(diǎn)，并說(shuō)明有何差別。【解】單CPU系統(tǒng)中只有一個(gè)微處理器8086，所有總線控制信號(hào)由它產(chǎn)生，系統(tǒng)中總線控制邏輯信號(hào)可減少到最小。多CPU系統(tǒng)中包括兩個(gè)以上處理器，其中一個(gè)為8086作為主處理器，其它處理器作為協(xié)處理器，一般多用于復(fù)雜的大中型系統(tǒng)。與8086協(xié)同工作的協(xié)處理器有8087、8089兩種，分別為數(shù)學(xué)協(xié)處理器和輸入/輸出協(xié)處理器。配置協(xié)處理器的系統(tǒng)，主處理器不用處理費(fèi)時(shí)的復(fù)雜運(yùn)算和I/O操作，因此可大大提高主處理器的運(yùn)行效率。18. 時(shí)

21、鐘周期、T狀態(tài)、總線周期、指令周期的定義是什么，什么情況下會(huì)出現(xiàn)空閑周期？【解】計(jì)算機(jī)是由一串脈沖控制進(jìn)行工作的。這一串脈沖稱為計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘，每個(gè)脈沖的時(shí)間稱為一個(gè)時(shí)鐘周期，每個(gè)脈沖稱為一個(gè)時(shí)鐘脈沖或一個(gè)T狀態(tài)。若干個(gè)時(shí)鐘脈沖完成一個(gè)基本操作。一種基本操作稱為一個(gè)總線周期。執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期19. 8086 CPU 讀/寫總線周期包含幾個(gè)時(shí)鐘周期，什么情況下需要插入TW等待周期，插入TW的數(shù)量取決于什么因素 【解】8086 CPU 讀/寫總線周期包含4個(gè)時(shí)鐘周期。讀總線周期：在T3狀態(tài)內(nèi)存或I/O端口將數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。CPU準(zhǔn)備讀入數(shù)據(jù)。在T3的前沿（下降沿），CPU查詢READY引腳，若內(nèi)存或外設(shè)工作速度較慢，來(lái)不及在基本總線周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳送工作，則應(yīng)通過(guò)邏輯電路在T3前沿之前產(chǎn)生READY低電平信號(hào)，T3前沿若查到READY為低電平，則在T3后自動(dòng)插入一個(gè)等待狀態(tài)TW，在TW前沿繼續(xù)查詢READY信號(hào)，若READY仍為低電平，則繼續(xù)插入TW，直到READY上升為高電平，則等待狀態(tài)結(jié)束，進(jìn)入T4狀態(tài)。寫總線周期：在T3狀態(tài)中，T2狀態(tài)有效的信號(hào)繼續(xù)保持有效，繼續(xù)向外部寫數(shù)據(jù)。在T3的下降沿查詢READY，若內(nèi)存或I/O端口在標(biāo)準(zhǔn)