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微机原理第2章 习题答案


第 2 章 习题参考答案
1?8086CPU由哪两部分构成? 它们的主要功能是什么?

答:
8086CPU 由两部分组成:指令执行部件(EU,Execution Unit)和总线接口部 件(BIU,Bus Interface Unit)。 指令执行部件(EU)主要由算术逻辑运算单元(ALU)、标志寄存器 FR、通 用寄存器组和 EU 控制器等 4 个部件组成。其主要功能是执行指令。 总线接口部件(BIU)主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控 制电路等 4 个部件组成。其主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储 器并取指令暂存到指令队列中等待执行, 访问存储器或 I/O 端口读取操作数参加 EU 运算或存放运算结果等。

2.8086CPU 预取指令队列有什么好处?8086CPU 内部的并行操作 体现在哪里?

答:
8086CPU 的预取指令队列由 6 个字节组成。 按照 8086CPU 的设计要求,指令执行部件(EU)在执行指令时,不是直接 通过访问存储器取指令,而是从指令队列中取得指令代码,并分析执行它。 从速度上看,该指令队列是在 CPU 内部,EU 从指令队列中获得指令的速 度会远远超过直接从内存中读取指令。 8086CPU 内部的并行操作体现在指令执行的同时,待执行的指令也同时从 内存中读取? 并送到指令队列。

3. 8086CPU 中有哪些寄存器?各有什么用途?

答:
CPU 有 14 个内部寄存器,可分为 3 大类:通用寄存器、控制寄存器和段寄 存器。 通用寄存器是一种面向寄存器的体系结构,操作数可以直接存放在这些寄 存器中,既可减少访问存储器的次数,又可缩短程序的长度,提高了数据处理 速度,占用内存空间少。指令执行部件(EU)设有 8 个通用寄存器:
AX: 累加器, 一般用来存放参加运算的数据和结果, 在乘、 除法运算、 I/O 操作、BCD 数运算中有不可替代的作用 BX:基址寄存器,除可作数据寄存器外,还可放内存的逻辑偏移地 址

CX:计数寄存器,既可作数据寄存器,又可在串指令和移位指令中 作计数用 DX:DX 除可作通用数据寄存器外,还在乘、除法运算、带符号数 的扩展指令中有特殊用途 源变址寄存器 SI:多用于存放内存的逻辑偏移地址,隐含的逻辑段地 址在 DS 寄存器中,也可放数据 目标变址寄存器 DI:多用于存放内存的逻辑偏移地址,隐含的逻辑 段地址在 DS 寄存器中,也可放数据 基址指针 BP:用于存放内存的逻辑偏移地址,隐含的逻辑段地址在 SS 寄存器中 堆栈指针 SP:用于存放栈顶的逻辑偏移地址,隐含的逻辑段地址在 SS 寄存器中

控制寄存器包括指令指针寄存器 IP 和标志寄存器 FLAG: 用来指示当前 IP 指令在代码段的偏移位置。IP 始终存有相对于当前指令段起点偏移量的下一条 指令, IP 总是指向下一条待执行的指令, 中内容可由 BIU 自动修改; 即 IP FLAG 用于反映指令执行结果或控制指令执行的形式: 表 标志寄存器 FLAG 中标志位的含义和作用 标志位 CF PF AF ZF SF OF TF IF DF 含义 进位标志 奇偶标志 辅助进位标志 零标志 符号标志 溢出标志 陷阱标志 中断允许标志 方向标志 作用 CF=1,指令执行结果在最高位上产生一个进位或借位; CF=0,则无进位或借位产生 PF=1,结果低 8 位含偶数个 1;PF=0,表示结果低 8 位含奇数个 1 AF=1,运算结果的低 4 位产生了一个进位或借位; AF=0,则无此进位或借位 ZF=1,运算结果为零;ZF=0,则运算结果不为零 SF=1,运算结果为负数;SF=0,则结果为正数 OF=1,带符号数在进行运算时产生了溢出;OF=0,则 无溢出 TF=1,8086CPU 处于单步工作方式;TF=0,8086CPU 正常执行程序 IF=1,允许 CPU 接受外部从 INTR 引脚上发来的可屏 蔽中断请求信号;IF=0,则禁止接受可屏蔽中断请求 DF=1,字符串操作指令按递减的顺序对字符串进行处 理;DF=0,字符串操作指令按递增的顺序进行处理

为了实现寻址 1MB 存储器空间,8086CPU 将 1MB 的存储空间分成若干个 逻辑段进行管理,4 个 16 位的段寄存器来存放每一个逻辑段的段起始地址。 CPU 规定 4 个段寄存器存放当前可寻址的段基址:
代码段寄存器 CS :存放程序代码段起始地址的高 16 位

数据段寄存器 DS:存放数据段起始地址的高 16 位 堆栈段寄存器 SS:存放堆栈段起始地址的高 16 位 扩展段寄存器 ES:存放扩展数据段起始地址的高 16 位

5? 简述 8086 系统中物理地址的形成过程。 8086 系统中的物理地址最 多有多少个?逻辑地址呢?

答:
8086 系统中的物理地址是由 20 根地址总线形成的。8086 系统采用分段并 附以地址偏移量办法形成 20 位的物理地址。 采用分段结构的存储器中,任何一个逻辑地址都由段基址和偏移地址两部 分构成,都是 16 位二进制数。通过一个 20 位的地址加法器将这两个地址相加 形成物理地址。 具体做法是 16 位的段基址左移 4 位(相当于在段基址最低位后添 4 个“0”),然后与偏移地址相加获得物理地址。 由于 8086CPU 的地址线是 20 根,所以可寻址的存储空间为 1M 字节,即 8086 系统的物理地址空间是 1MB。逻辑地址由段基址和偏移地址两部分构成, 都是无符号的 16 位二进制数。程序设计时采用逻辑地址,也是 1MB。

6.8086 系统中的存储器为什么要采用分段结构?有什么好处?

答:
8086CPU 中的寄存器都是 16 位的, 位的地址只能访问 64KB 的内存。 16 8086 系统中的物理地址是由 20 根地址总线形成的,要做到对 20 位地址空间进行访 问,就需要两部分地址。 采用段基址和偏移地址方式组成物理地址的优点是:满足对 8086 系统的 1MB 存储空间的访问,同时在大部分指令中只要提供 16 位的偏移地址即可。

8. 8086 工作在最小模式和最大模式系统中的主要区别是什么?和有 什么主要特点? 【解答】
两种模式的主要区别是: 8086 工作在最小模式时,系统只有一个微处理器,且系统所有的控制信号 全部由 8086 CPU 提供;在最大模式时,系统由多个微处理器/协处理器构成的 多机系统,控制信号通过总线控制器产生,且系统资源由各处理器共享。 8086CPU 工作在哪种模式下通过 CPU 的第 33 条引脚 MN/ MX 来控制: MN/ MX =1,系统就处于最小工作模式;MN/ MX =0,系统处于最大工作模式。

9? 在某系统中? 已知当前 SS=2360H,SP=0800H,那么该堆栈段在 存储器中的物理地址范围是什么?若往堆栈中存入 20 个字节数据, 那么 SP 的内容为什么值?

答:
SS× 10H+SP=23600H+0800H=23E00H 堆栈段在存储器中的物理地址范围是:23600H~23E00H 若往堆栈中存入 20 个字节数据? 那么 SP 的内容为:0800H-14H=07ECH。 ?20的十六进制为 14H。

10? 已知当前数据段位于存储器的 B4000H 到 C3FFFH 范围内, 则段 寄存器 DS 的内容为多少?

答:
段寄存器 DS 的内容为 B400H。

11?8086系统中为什么一定要有地址锁存器?需要锁存哪些信息?

答:
由于 8086CPU 受芯片封装的限制,只有 40 个管脚,所以地址线和数据线 只能采用复用的方式共同使用某些管脚。 对存储器进行访问时,在读取数据或写入数据时,存储器芯片要求在这个 过程中地址信息必须稳定提供给存储器,而由于 8086CPU 地址线和数据线是复 用的,就不可能在同一时刻具有地址和数据的两种功能。这就需要在 CPU 提供 地址信息时,将地址锁存起来,以保证下一个时刻当这些复用的管脚起着数据 线的功能时,存储器有正确的地址信息。 要锁存的信息包括这些复用管脚的地址和 BHE 等信号。

12. 8086 读/写总线周期各包括最少几个时钟周期?什么情况下需要 插入等待周期 TW?插入多少个 TW 取决于什么因素?

答:
8086CPU 经外部总线对存储器或 I/O 端口进行一次信息的输入或输出过程 所需要的时间,称为总线周期。 8086CPU 的读/写总线周期通常包括 T1、T2、T3、T4 状态 4 个时钟周期。 在高速的 CPU 与慢速的存储器或 I/O 接口交换信息时, 为了防止丢失数据, 会由存储器或外设通过 READY 信号线,在总线周期的 T3 和 T4 之间插入 1 个 或多个必要的等待状态 TW,用来进行必要的时间补偿。 在 BIU 不执行任何操作的两个总线周期之间会出现空闲状态 TI。 显然,插入的等待周期 TW 的个数取决于外设或存储器的取出或写入时间。

13? 若已知当前(DS)=7F06H,在偏移地址为 0075H 开始的存储器 中连续存放 6 个字节的数据,分别为 11H,22H,33H,44H,55H 和 66H。 请指出这些数据在存储器中的物理地址, 如果要从存储器中 读出这些数据,需要设备访问几次存储器?各读出哪些数据?

答:
物理地址 7F06FH× 10H+0075H=7F0D5H,故从 7F0D5H 起 6 个地址为数据 在存储器中的地址。最少要访问四次,第一次 11。第二次 3322。第三次 5544。 第四次 66。

14. 某程序在当前数据段中存有两个数据字 0ABCDH 和 1234H? 它 们对应的物理地址分别为 3FF85H 和 40AFEH。若已知当前(DS) =3FB0H,请说明这两个数据的偏移地址,并用图说明它们在存储器 中的存放格式。

答:
3FF85H 偏移地址为:3FF85H -(DS)*10H=3FF85H-3FB00H=0485H 40AFEH 偏移地址为:40AFEH -(DS)*10H=40AFE H-3FB00H=0FFEH 3FB0H:0000H … 3FB0H:0485H 3FB0H:0486H … 3FB0H:0FFEH 3FB0H:0FFFH

0CDH 0ABH 34H 12H


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