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微型計算機原理及應用(一)
解釋題
微處理器【解答】由大規模集成電路芯片構成的中央處理器（CPU），叫做微處理器。微型計算機【解答】以微處理器為基礎，配以?xún)却鎯ζ�、輸入輸出接口電路、總線(xiàn)以及相應的輔助電路而構成的計算機裸機，叫做微型計算機。微型計算機系統【解答】微型計算機系統由硬件系統和軟件系統組成。即由微型計算機、配以相應的外部設備（如打印機、顯示器、鍵盤(pán)、磁盤(pán)機等），再配以足夠的軟件而構成的系統。單板機【解答】將微處理器、RAM、ROM以及I/O接口電路，再配上相應的外設（如小鍵盤(pán)、LED顯示器等）和固化在ROM中的監控程序等，安裝在一塊印刷電路板上構成的微型計算機系統稱(chēng)為單板機。運算器【解答】運算器是直接完成各種算術(shù)運算、邏輯運算的部件，主要由ALU（Arithmetic and Logic Unit,算術(shù)邏輯部件）、通用寄存器、標志寄存器等組成。地址總線(xiàn)【解答】地址總線(xiàn)是CPU對內存或外設進(jìn)行尋址時(shí)，傳送內存及外設端口地址的一組信號線(xiàn)。地址總線(xiàn)的條數多少決定了CPU的尋址能力。數據總線(xiàn)【解答】數據總線(xiàn)是CPU與內存或外設進(jìn)行信息交換時(shí)，所用的一組數據信號線(xiàn)。它決定了CPU一次并行傳送二進(jìn)制信息的位數， 反映出CPU的“字長(cháng)”這個(gè)重要性能指標�？刂瓶偩�(xiàn)【解答】控制總線(xiàn)是在CPU與外部部件之間傳送控制信息（如讀/寫(xiě)命令、中斷請求命令等）的一組信號線(xiàn)。1-2 單片機應包括哪些基本部件？其主要應用于哪些領(lǐng)域？【解答】一般單片機芯片中包括微處理器、RAM、ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計數器，有的還包括A/D、D/A轉換器等。其主要應用于智能化儀器儀表及工業(yè)控制領(lǐng)域。1-3 按圖1-11和圖1-12，寫(xiě)出取第二條指令操作碼和執行第二條指令的過(guò)程�！窘獯稹緼DD AL,12H指令的取指過(guò)程：IP的值（002H）送入地址寄存器AR；IP的內容自動(dòng)加1，變?yōu)?03H；AR將地址碼通過(guò)地址總線(xiàn)送到存儲器的地址譯碼器，經(jīng)譯碼后選中002H單元；微處理器給出讀命令MEMR；所選中的002H單元內容04H送上數據總線(xiàn)DB；數據總DB上的數據04H送到數據寄存器DR；因是取指操作，取出的是指令操作碼04H，即由DR送入指令寄存器IR；IR中的操作碼經(jīng)指令譯碼器ID譯碼后，通過(guò)PLA發(fā)出執行該指令的有關(guān)控制命令。指令操作碼04H 經(jīng)譯碼后CPU知道這是一條把AL內立即數12H相加的指令。立即數12H在指令的第二字節中，則執行第二條指令就是從內存中取出指令的第二字節送ALU的I2端把AL的內容送到I1端，并在A(yíng)LU中做加法運算，然后把運算結果通過(guò)ALU的O端再送到AL中ADD AL，12H指令的執行過(guò)程：
IP的值（003H）送入地址寄存器AR；IP的內容自動(dòng)加1，變?yōu)?04H；AR將地址碼通過(guò)地址總線(xiàn)送到存儲器的地址譯碼器，經(jīng)譯碼后選中003H單元；微處理器給出讀命令MEMR；所選中的003H單元內容12H送上數據總線(xiàn)DB；DB上的數據12H送到數據寄存器DR；由指令操作碼的譯碼可知，指令要求把第二字節的數據送入ALU進(jìn)行運算，則DR上的數據12H通過(guò)內部總線(xiàn)送到ALU的I2端； 將AL 中的內容送到ALU的I1端；在A(yíng)LU中作加法、然后將運算結果通過(guò)內部總線(xiàn)送回到AL中。
到此第二條指令執行完畢。1-4 計算題
【解答】
(17.562) 10 = (10001.100011)2
(1101011011.10101) 2 = (859.65625)10
(1000) 10 = (3E8)16
(10000) 10 = (2710)16
(3F9) 16 = (1017)10
(1101011011.10101) 2 = (35B.A8)16
(5D7.5C)16 = (10111010111.010111)2
(497.72) 10 = (010010010111.01110010)BCD
有一32位浮點(diǎn)數的格式如下：
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
則該數的十進(jìn)制表示為 +0.82421875 。
(10)按上題浮點(diǎn)格式，所能表示的最大正數為（1-2-23）*2+127 ，最小負數為 -2-150 ，最小絕對值為 2-150 。
(11)十進(jìn)制+123的補碼為01111011 ，十進(jìn)制-123的補碼為10000101。
∵ [+123]原 =01111011
[+123]反 =01111011
∴ [+123]補 =01111011
∵ [-123]原 =11111011
[-123]反 =10000100
∴ [-123]補 =10000101 (12)十進(jìn)制數+0.99609375的補碼為： [+0.99609375]補=0.11111111
十進(jìn)制數-0.99609375的補碼為： [-0.99609375]補=1.00000001
(13) 已知X=0.110001,Y=-0.001001, 則X+Y=0.101000
∵ ; [X]補=0.110001
[Y]補=1.110111
∴ [X+Y]補=[X]補+[Y]補=0.110001+1.110111=0.101000
(14) 已知X=0.101100,Y=-0.100111, 則X-Y=1.010011
∵ [X]補=0.101100
[Y]補=1.011001
[-Y]補=0.100111
∴ [X-Y]補= [X]補+[-Y]補=0.101100+0.100111=1.010011
已知X=0.1001, Y=0.1101, 則X+Y=1.0110 ，有溢出
∵ [X]補=0.1001
[Y]補=0.1101
∴ [X+Y]補=[X]補+[Y]補=0.1001+0.1101=1.0110 （有溢出）
已知X=-1110，Y=-1100，則X+Y=+0110 , 有溢出
[X]補=1.0010
[Y]補=1.0100
[X+Y]補=[X]補+[Y]補=1.0010+1.0100=10.0110 (有溢出）
第二章 微處理器結構
2-1 解釋題
AD0~AD15雙重總線(xiàn)
【解答】雙重總線(xiàn)就是采用分時(shí)的辦法復用總線(xiàn)。8086CPU在每一個(gè)總線(xiàn)周期的T1時(shí)， AD0~AD15用作地址總線(xiàn)傳輸地址信號，而在總線(xiàn)周期的其它T狀態(tài)為數據總線(xiàn)，用作傳輸數據。
邏輯地址
【解答】在程序中所涉及的地址叫做邏輯地址。邏輯地址由兩部分組成，段基址：段內偏移地址
物理地址
【解答】信息在存儲器中實(shí)際存放的地址叫做物理地址。物理地址=段基址*16+段內偏移地址。
溢出
【解答】帶符號數的運算結果超出計算機所能表示的數值范圍稱(chēng)為“溢出”。
指令
【解答】控制計算機完成某一個(gè)基本操作的命令（如：傳送、加、移位、輸出、輸入等）叫做指令。
(6) 等待周期TW
【解答】當被選中進(jìn)行讀寫(xiě)的存儲器或I/O設備，無(wú)法在總線(xiàn)周期規定的T狀
態(tài)內完成數據的讀寫(xiě)操作時(shí)，就由該存儲器或外設向CPU的READY引腳發(fā)一個(gè)低電平信號，請求延長(cháng)總線(xiàn)周期，等待它們的讀寫(xiě)操作完成。
8086CPU受到該請求后，就在T3和T4之間插入一個(gè)等待周期 TW（TW也以時(shí)鐘周期為單位），加入TW的個(gè)數取決于READY的持續時(shí)間。在TW期間，總線(xiàn)上的狀態(tài)一直保持不變。
(7) 空閑周期Ti
【解答】在兩個(gè)總線(xiàn)周期之間，當總線(xiàn)上無(wú)數據傳輸操作時(shí)，則系統總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)，此時(shí)即執行空閑周期Ti，Ti也以時(shí)鐘周期T為單位，至于到底插入多少個(gè)Ti與8086CPU執行的指令有關(guān)。
(8) 指令的尋址方式
【解答】所謂指令的尋址方式是指在指令中操作數的表示方式。
2-2 扼要說(shuō)明EU和BIU的功能
【解答】EU從BIU的指令隊列中獲得指令，然后執行該指令，完成指令所規定的操作，EU不與外部總線(xiàn)相聯(lián)系。
BIU同外部總線(xiàn)連接為EU完成所有的總線(xiàn)操作，并在∑地址加法器中形成20位內存物理地址。
2-3 寫(xiě)出寄存器AX、BX、CX、DX、SI、DI的隱含用法
【解答】
AX：乘除法指令中用作累加器、I/O指令中作為數據寄存器。AL還在BCD指令和XLAT指令中作累加器。
BX；間接尋址時(shí)，作為地址寄存器和基址寄存器。在XLAT指令中用作基址寄存器。
CX：串操作指令和LOOP指令時(shí)用作循環(huán)次數計數器。CL在循環(huán)和移位指令中用作循環(huán)和移位次數計數器。
DX：字乘、字除指令中用作高字積、被除數高字輔助寄存器。I/O指令間接尋址時(shí)作端口地址寄存器。
SI：間接尋址時(shí)，作為地址寄存器和變址寄存器、串操作時(shí)的源變址寄存器。
DI：間接尋址時(shí)，作為地址寄存器和變址寄存器、串操作時(shí)的目的變址寄存器。
2-4寫(xiě)出8086CPU的標志寄存器中三個(gè)控制位的功能
【解答】
DF：方向標志。決定在進(jìn)行串操作時(shí)，每執行一條串操作指令，DF=0時(shí)對源、目的操作數地址的修正是遞增、DF=1時(shí)是遞減。
IF：中斷允許標志。表示目前系統是否允許響應外部的可屏蔽中斷請求。IF=1時(shí)允許、IF=0時(shí)不允許。
TF：陷阱標志。當TF=1時(shí)，是“單步工作方式”，常用于程序的調試。微處理器每執行完一條指令便產(chǎn)生一個(gè)內部中斷，轉去執行一個(gè)中斷服務(wù)程序，可以借助中斷服務(wù)程序來(lái)檢查每條指令的執行情況。TF=0是“連續工作方式”，程序連續執行。
2-5 說(shuō)明段寄存器的作用
【解答】8086CPU內部數據通道和內部寄存器均為16位，而8086CPU的地址線(xiàn)有20條，可以尋址1MB空間。為了尋址1MB地址，CPU引入了“分段”管理的概念，把可直接尋址的1MB內存空間分成了策劃能夠作“段”的邏輯區域，每個(gè)段的最大物理長(cháng)度為64K，段寄存器就是用來(lái)存放段的16位起始地址的。8086 CPU有4個(gè)段寄存器CS、DS、ES、SS，分別用來(lái)存儲代碼段、數據段、附加數據段、堆棧段的起始地址。
2-6 執行如下指令后，標志寄存器中各狀態(tài)位之值
MOV AX，32C5H
ADD AX，546AH
【解答】
MOV AX，0E453H
ADD AX，0C572H
【解答】
2-7說(shuō)明8086CPU最大方式和最小方式工作時(shí)的主要區別
【解答】8086CPU工作于最小模式時(shí)，用于構成小型的單處理機系統，而工作于最大模式時(shí)用于構成多處理機和協(xié)處理機系統。這兩種模式的主要區別是最大模式系統的控制總線(xiàn)增加了一片專(zhuān)用的總線(xiàn)控制器芯片8288。
2-8 說(shuō)明8086系統中內存儲器的物理地址的形成過(guò)程。
【解答】8086CPU存儲器物理單元的20位物理地址是通過(guò)將16位的“段基址”左移4位和16位的“段內偏移地址”在 20位地址加法器中相加得到的�！岸位贰贝娣旁诙渭拇嫫鰿S、SS、DS、ES中，而“段內偏移地址”由SP、BP、SI、DI、IP、BX以及上述寄存器的組合而形成。
2-9有一雙字87654321H的地址為30101H，畫(huà)出其在字節編址的內存中的存放情況。
【解答】
2-10 說(shuō)明8086的指令周期、總線(xiàn)周期和時(shí)鐘周期的區別和關(guān)系。
【解答】
執行一條指令所需要的時(shí)間稱(chēng)為指令周期，不同的指令周期是不等長(cháng)的。在取指令過(guò)程中以及執行指令時(shí)取操作數或存運行結果，都要通過(guò)總線(xiàn)，因此一個(gè)總線(xiàn)周期中可能由一個(gè)或幾個(gè)總線(xiàn)周期組成。
CPU從存儲器或輸入輸出端口存取一個(gè)字節或字的時(shí)間叫做總
線(xiàn)周期。8086CPU的總線(xiàn)周期至少由4個(gè)時(shí)鐘周期組成，分別以T1、T2、T3、T4表示。
時(shí)鐘周期是CPU的時(shí)間基準，由計算機的主頻決定。例如8086 CPU的主頻為5MHZ，則一個(gè)時(shí)鐘周期為1/(5*106)=0.2*10-6s=0.2s=200ns
2-11 根據8086 I/O的讀寫(xiě)時(shí)序圖，回答下列問(wèn)題：
地址信號在哪段時(shí)間內有效？
【解答】在讀寫(xiě)總線(xiàn)周期的T1時(shí)間內有效。
讀與寫(xiě)操作的區別？
【解答】讀總線(xiàn)周期中，數據在進(jìn)入T3狀態(tài)時(shí)才出現在復用總線(xiàn)上，而在寫(xiě)周期中數據在T2狀態(tài)時(shí)就出現在復用總線(xiàn)上。
I/O讀寫(xiě)時(shí)序同存儲器讀寫(xiě)時(shí)序的區別？
【解答】I/O讀寫(xiě)時(shí)序同存儲器讀寫(xiě)時(shí)序沒(méi)有什么區別，只是M/IO信號的狀態(tài)不同。當進(jìn)行內存讀寫(xiě)操作時(shí)，M/IO為高電平；而進(jìn)行I/O端口讀寫(xiě)操作時(shí)M/IO為低電平。
什么情況下需要插入等待周期TW？
【解答】當內存或I/O端口存取速度慢，無(wú)法在CPU的總線(xiàn)周期內完成相應操作時(shí)，需要插入一個(gè)或幾個(gè)等待周期TW ，以延長(cháng)相應總線(xiàn)周期。
2-12 扼要說(shuō)明80286同8086的主要區別。
【解答】80286是一種高性能的16位微處理器，片內集成有存儲管理和保護機構，能用四層特權支持操作系統和任務(wù)的分離，能可靠地支持多用戶(hù)和多任務(wù)系統。它的實(shí)地址方式兼容了8086的全部功能，同時(shí)它增加了保護虛地址方式。80286有24條地址線(xiàn)，在實(shí)地址方式下只使用20條地址線(xiàn)，有1MB的尋址能力；在保護虛地址方式下，使用24條地址線(xiàn)，有16MB尋址能力，它能將每個(gè)任務(wù)的230字節（1GB）的虛地址映射到224字節的物理地址中去。
80286的內部由地址部件AU、指令部件IU、執行部件EU和總線(xiàn)部件BIU四大部分組成，和8086的EU與BIU組成相比，四個(gè)部件的并行操作，進(jìn)一步提高了吞吐率、加快了處理速度。
2-13 扼要說(shuō)明80486同80386的主要區別。
【解答】80486是繼80386之后新的32位微處理器，同80386相比，在相同的工作頻率下，其處理速度提高了2~4倍。80486采用了RISC（精簡(jiǎn)指令系統計算機）技術(shù)，降低了執行每條指令所需要的時(shí)鐘數；80486采用了與80386不同的突發(fā)式總線(xiàn)技術(shù)，有效地解決了微處理器同內存之間的數據交換問(wèn)題；80486內部集成了FPU（浮點(diǎn)部件）和Cache（超高速緩沖存儲器），CPU和FPU、CPU和Cache之間都采用高速總線(xiàn)進(jìn)行數據傳送，使其處理速度得到極大的提高。
80486的在體系結構上除沿用80386的總線(xiàn)接口部件BIU、指令預取部件IPU、指令譯碼部件IDU、執行部件EU、存儲器管理部件SU和PU、控制部件外，為提高性能又增加了高速緩存部件Cache、高性能浮點(diǎn)處理部件FPU。
2-14扼要說(shuō)明Pentium同Pentium Pro的主要區別。（略）
2-15扼要說(shuō)明Pentium MMX的特點(diǎn)。（略）
2-16扼要說(shuō)明Pentium Ⅱ同 Pentium Ⅲ的特點(diǎn) 。 （略）
第三章 8086微處理器的指令系統
3-1 指出下列各指令中源操作數和目的操作數的尋址方式，并說(shuō)明操作數的類(lèi)型（注：字節數據或字數據）
（1）MOV SI，1000H
（2）MOV BL，[1000H]
（3）MOV [BX+0100H]，CX
（4）MOV BYTE PTR [BP] [SI]，100
（5）MOV AX，[BX+DI+0004H]
【解答】 源操作數 目的操作數 操作數類(lèi)型
(1) 立即尋址 寄存器尋址 字類(lèi)型
(2) 直接尋址 寄存器尋址 字節類(lèi)型
(3) 寄存器尋址 基址尋址 字類(lèi)型
(4) 立即尋址 基址加變址尋址 字節類(lèi)型
(5) 基址加變址尋址 寄存器尋址 字類(lèi)型
3-2 指出下列各非法指令的錯誤原因
MOV AL，BX
【解答】源與目的操作數類(lèi)型不一致。
MOV CL，200H
【解答】源操作數太大了，CL是8位寄存器，能存儲的最大數只能到FFH。
MOV CS，AX
【解答】不允許用傳送指令給CS賦值。
MOV DS，3000H
【解答】8086沒(méi)有給段寄存器直接置值的指令，應該通過(guò)寄存器輾轉設置。
MOV [DI]，[SI]
【解答】存儲器單元之間不可直接傳送，即兩個(gè)操作數不能同為內存操作數。
MOV AL，[CX]
【解答】CX不可以作為間址寄存器，只能用BX、BP、SI、DI。
MOV AL，[SI] [DI]
【解答】 基址加變址尋址時(shí) ，基址寄存器只能用BX或BP，變址寄存器只能用SI或DI，這里源操作數尋址用[SI+DI]是錯誤的。
ADD BX，DS
【解答】DS段寄存器不能當通用寄存器用，故不可以出現在A(yíng)DD指令中。
INC [BX]
【解答】 [BX]尋址數據類(lèi)型不明確，應加類(lèi)型說(shuō)明 BYTE PTR [BX] 或 WORD PTR [BX]。
(10) SHL AX
【解答】缺少一個(gè)操作數。正確格式應為SHL AX, 1或SHL AX, CL（1或CL為移位次數）。
設DS=1000H，SS=2000H，AX=1A2BH，BX=1200H，CX=339AH，BP=1200H， SP=1352H，SI=1354H，（11350H）=0A5H，（11351H）=3CH，（11352H）=0FFH，（11353H）=26H，（11354H）=52H，（11355H）=0E7H，（126A4H）=9DH，（126A5H）=16H，（21350H）=88H，（21351H）=51H
下列各指令都在此環(huán)境下執行，在各小題的空格中填入相應各指令的執行結果。
MOV AX，1352H
【解答】AX=1352H
MOV AX，[1352H]
【解答】AX=26FFH
MOV 0150H [BX]，CH
【解答】(11350H)=33H, (11351H)=3CH
MOV AX，0150H [BP]
【解答】AX=5188H
POP AX
【解答】AX=(21352H), SP=1354H
ADD [SI]，CX
【解答】(11354H)=0ECH, (11355H)=1AH, SF=0, ZF=0, PF=1, CF=1, OF=0
SUB BH，0150H [BX] [SI]
【解答】BH=75H, SF= 0, ZF=0, PF=0, CF=1, OF=0
INC BYTE PTR 0152H [BX]
【解答】(11352H)=00H, (11353H)=26H, CF=0
INC WORD PTR 0152H [BX]
【解答】(11352H)=00H, (11353H)=27H, CF=0
(10) SAR BYTE PTR 0150H [BX]，1
【解答】(11350H)=0D2H, CF=1, OF=0
(11)SAL BYTE PTR 0150H [BX],1
【解答】(11350H)=4AH, CF=1, OF=1
寫(xiě)出下列無(wú)條件轉移指令執行后的CS和IP值。
【解答】
CS的值 IP的值
(1) 2000H 016EH+2+0FFE7H=0157H
(2) 2000H 016EH+2+0016H=0186H
(3) 2000H 16C0H
(4) 3000H 0146H
(5) 2000H 1770H
(6) 3000H 0146H
3-5 閱讀下列各小題的指令序列，在后面空格中填入該指令的執行結果。
【解答】
(1) AL=02H, BL=85H, CF=1
(2) AX=0000H, CF=0
(3) AX=0000H, CF=0
(4) BX=0FFFFH, CF=1
寫(xiě)出每條指令執行后各寄存器內容的變化情況，并畫(huà)出堆棧的存儲情況。
【解答】
(2) 轉向 L1
(3) 轉向L2bsp; LE
(3) NB, NBE, NL, NLE
(4) NB, NBE, NL, NLE
(5) B, BE, NL, NLE
(6) B, BE, L, LE
(7) B, BE, L, LE
(8) NB, BE, NL, LE
用移位和循環(huán)指令編寫(xiě)一段指令序列，實(shí)現將在DX：AX中的32位二進(jìn)制數乘2及除2的功能。
【解答】
乘2功能 除2功能
SHL AX，1 SHR DX，1
RCL DX，1 RCR AX，1
乘2功能 除2功能
SAL AX，1 SAR DX，1
RCL DX，1 RCR AX，1
3-10 數0~15的平方值存放在數據段起始地址為1000H的內存連續單元中，用XLAT指令編寫(xiě)一段指令序列，實(shí)現用查表法求得數N（0~15）得平方值。
【解答】MOV BX,1000H
MOV AL,N ;N為0~15之間任意一個(gè)數
XLAT ；N的平方值在A(yíng)L中
3-11 編寫(xiě)一段指令序列，測試AL的內容，若低4位全為0，就轉移去由標號NEXT表示的目標地址執行程序，否則就繼續順序執行下去。
【解答】TEST AL，0FH
JZ NEXT
3-12 寄存器AX和BX各有兩位非壓縮BCD數，編寫(xiě)一段指令序列，將這兩個(gè)兩位非壓縮BCD數的和存入AX。
【解答】 ADD AL，BL ；個(gè)位加
AAA ；個(gè)位非壓縮BCD加法調整
MOV CL，AL ；個(gè)位BCD和暫保存在CL
MOV AL，AH
ADD AL，BH ；十位加
AAA ；十位非壓縮BCD加法調整
MOV AH，AL
MOV AL，CL ；兩位非壓縮BCD和存入AX
3-13 用串操作指令編寫(xiě)一段指令序列。
【解答】 （1）MOV SI，0200H
MOV DI，1400H
STD
MOV CX，100
REP MOVSB
（2）MOV DI，0100H
MOV CX，100
CLD
MOV AX，2A84H
REPNZ SCASW
JZ FOUND
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