微机接口与通信作业 - 副本

1、微机接口与通讯平时作业.从微型计算机的结构分析微处理器与存储器及I/O的关系，并说明总线结构的优点。答：Pentium：采用了许多过去在大型机中才采用的技术，迎合了高性能微型机系统需要，其主要体现在超标量流水线设计、双高速缓存、分支预测、改善浮点运算等方面。.从计算机应用角度分析不同结构、规模、表现形式的微型计算机的应用目标以及性能指标。答：8位机在80年代初期和中期使用。字符、数字信息适合于一般的数据处理。16位机可进行大量的数据处理的多任务控制。32位机除用于过程控制、事务处理、科学计算等领域、多媒体处理以及计算机辅助设计、计算机辅助制造等。单片机体积小、功耗低主要应用于智能仪器仪表以及其

2、它控制领域。个人计算机适用于家用、商用、教育等各种应用领域。工程工作站是一种微型化的功能强大的计算机有速度快、内存大等特点又有小巧灵活、轻便价廉等优点。.阐述并比较8086、80286、80386、80486、PentiumCPU的内容结构。答:80286四个独立的处理部件即执行部件EU、总线部件BU、指令部件IU和地址部件AU。采用流水线作业方式使各部件能同时并行地工作。80386由六部分组成即总线接口部件、指令译码部件、执行部件、分段部件和分页部件。80486基本沿用80386的体系结构由8个基本部件组成总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、执行部件、控制部件、存储管理部件、高速缓存部

3、件和高性能浮点处理部件。Pentium采用了许多过去在大型机中才采用的技术迎合了高性能微型机系统需要其主要体现在超标量流水线设计、双高速缓存、分支预测、改善浮点运算等方面。.阐述指令周期、总线周期、时钟周期的相互关系，并举若干条8086CPU机器指令的执行过程来说明上述三种周期。答：时钟周期是微处理器动作处理的最小时间单位一个总线周期由若干个时钟周期所组成。一个指令周期通常由若个总线周期所组成对于读取指令代码就是一个存储器读总线周期。将微处理器内部累加器中的值写入指定存储器单元中执行这条指令可能就需要二个总线周期读总线周期和写总线周期。读总线周期T1提供地址T2读信号有效T3数据有效T4读操作

4、结束写总线周期T1提供地址T2写信号有效T3数据有效T4写操作结束.给出8086CPU处于最小模式时的CPU子系统结构图，并说明组成CPU子系统的各芯片的功能。答：结构图如下8084用于产生系统时钟信号地址锁存器用于暂存地址值数据缓冲器用于驱动数据。.说明一般微处理器的内部组成与外部主要引脚的功能，并说明执行加法指令过程中指令代码和加工的数据在CPU内部各部件流动和外部引脚的信号变化情况。答：组成微处理器的最基本的部件是运算部件、控制部件、寄存器组和内部数据总线。外部主要引脚功能地址线输出用于提供存储器或I/O接口的地址。地址线的位数决定了微处理器的寻址范围。数据线双向用于提供微处理器与外部交

5、换数据的通道。从累加器存入锁存器的数据和暂存器中的数据通过ALU运算结果通过内部数据总线存回累加器输出CPU外部到存存储器或I/Oo运算结果将影响标志寄存器和十进制调整电路并对下一次运算产生作用。.相对实模式，说明保持模式的特点。答：保持模式的特点(1)地址由段描述表按“段地址”查到相应描述符得到的真实地址+偏移32位地址线拥有4GB的寻址(3)实现虚拟存储和代码保护保持模式比实模式多了以下(1)寄存器GDRLDRIDRTRCR3。(2)数据段描述符表(GDTLDT)任务数据段(TS)页表。(3)机制，权限检测利用选择子/描述符/页表项的属性位，线性地址到物理地址的映射。.阐述计算机三级存储体

6、系中Cache、主存、辅存的特点与作用，并说明目前三类存储器由哪些类型的存储器承担，其存储器特性有什么特征。答：Cache组成高速SRAM特点快速的存取性能用于存放CPU访问频度最高的数据。主存组成DRAM特点速度和容量介于Cache和辅存用于存放CPU当前执行的程序和所需要的数据。辅存组成磁盘、磁带、光盘等特点存储容量大用于后备的程序和数据。三级存储体系的目标存储体系的速度入接近Cache存储体系的成本接近于辅存。.说明半导体存储器的内部结构，并比较静态RAM和动态RAM在存储原理、外部特性、性能指标等方面的异同。答：半导体存储器芯片的内部结构基本相同都是由存储体和外围电路二部分组成。存储体

7、是由一系列按行/列排列的基本存储单元所组成。外围电路由地址译码器、I/O电路、片选控制和输出驱动电路所组成。.以静态RAM作为内存储器，比较并联组合和串联组合，说明地址线、数据线、控制线的连接要点。答：并联组合8片芯片为1组一旦选中则同时工作或者输入或者输出。数据线每片存储器芯片数据线连至CPU不同位的数据线。地址线每片地址线的连接都相同与CPU的地址线相连接。控制线每片的控制线连接都是相同。读写控制线连CPU的读写控制线。串联组合CPU用高位地址选择存储器芯片用低位地址选择赶集器芯片中的存储单元。同一时刻CPU访问一个存储器芯片中的一个存储单元。数据线存储器芯片的数据线与CPU的数据线直接相

8、连。地址线存储器芯片的地址线与CPU低位地址线直接相连用于选择芯片内的存储单元。控制线存储器的读写控制线与CPU的读写控制线直接相连存储器的片选信号线由高位地址线经译码产生。n.一般cpu地址总线可寻址的范围比系统实际使用的内存容量要大。试举一地址译码电路为例，说明地址译码器的片选端和译码输入端应连接CPU的什么信号线，并分析该译码电路的各译码输出端所对应的存储器地址范围。答：用8K8的存储器芯片组成的16KBRAM电路低位地址线A12A0直接连至每一片的6264芯片的地址输入端高位地址线经译码以后产生片选信号分别连接到2片6264的片选输入端。地址译码器74LS138是一个常用的38译码器当

9、地址A19A161110时该译码器选中也就是说该译码器Y7Y0输出的地址范围为EOOOOHEFFFFHo其中当A15A13000时Y0输出有效其地址范围为EOOOOHE1FFFH当A15A13001时Y1输出有效其地址范围为E2000HE3FFFHo12.针对动态RAM的地址线分行列输入以及刷新行地址的输入，与静态RAM的接口电路相比较，说明其存储器接口电路有什么特点。1同静态RAMCPU输出的地址总线高位部分用于进行地址译码产生片选信号地址总线的低位部分用于选择存储器内部的存储单元。但是由于动态RAM的地址输入是分行、列进行的因此不能直接将CPU的低位地址线直接连至存储器的地址线输入而是需要

10、将这部分地址一分为二按行、列分时输入存储器。2由于动态RAM有刷新要求既需要刷新控制信号也需要为动态RAM提供刷新地址因此作为动态RAM的连接还需要有一个产生刷新地址的电路并通过选择电路能在需要刷新时候将刷新地址送入动态RAM。13.通过通常I/O接口电路的结构，阐述I/O接口电路的功能。答I/O接口是为了协调CPU与各种外设间的矛盾不匹配而设珞的介于CPU和外设之间的控制逻辑电路。因此接口电路要面对CPU和外设两个方面I/O接口有以下功能1数据缓冲和锁存功能2接收和执行CPU命令的功能3信号电平转换功能4数据格式变换功能5中断管理功能6可编程功能对一个具体的接口电路来说不一定都要求具备上述功

11、能不同的外设不同的用途其接口功能和内部结构是不同的。.与存储器映象寻址方式相比较，说明独立I/O寻址方式的特点。1存储器映象寻址方式的编址方式是把系统中的每一个I/O端口都看作一个存储单元并与存储单元一样统一编址。而I/O单独编址方式对系统中的输入输出端口地址单独编址构成一个I/O空间2存储器映象寻址方式把I/O地址映射到存储空间作为整个存储空间的一小部分而I/O单独编址方式不占用存储空间而是用专门的IN指令和OUT指令来访问这种具有独立地址空间的端口.比较无条件传送方式、程序查询方式、中断方式以及DMA方式这四种数据传送方式，在硬件电路、CPU作用、应用范围等方面阐述其特征。答：无条件传送方

12、式主要应用于己知或固定不变的低速I/O接口设备或无须等待时间的I/O设备。若是输入设备则直接使用三态缓冲器和数据总路线相连CPU在执行输入指令时外设的数据是准备好的。若是输出设备要求接口具有锁存功能以使CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一些时间。程序查询方式的接口电路除了有传送数据的端口以外还要有传送状态的端口。对于输入过程来说当外设将数据准备好时则使接口的状态端口中的“准备好”标志位珞成有效表示当前输出数据端口己经处于“空闲”状态可以接收下一个数据。DMA方式数据传送不需要CPU介入由DMA控制器直接控制数据完成存储器和I/O之间的传送采用DMA控制器的硬件代替了原来的软件来控制数据的传

13、送且不需进行保护现场和恢复现场之类的额外操作因此数据传送速度快、I/O响应时间短、CPU额外开销小但增加了系统硬件的复杂性和提高了系统的成本。.以8086CPU为例，说明中断响应和中断返回的过程。在说明此过程中,如何保证优先权最高的中断申请源能得到CPU的中断服务o答CPU响应中断关闭中断为禁止CPU响应其它中断申请保护断点现场信息通常将断点和标志寄存器内容入栈获得中断服务入口地址转中断服务程序。一旦CPU响应中断就可转入中断服务程序中1保护现场2开中断3中断服务4关中断恢复现场开中断返回。17.叙述Intel8259中断控制器的功能以及编程方法。答：(1)单片8259A可以连接8个中断源多片

14、8259A连接后可以控制多达64个中断源(2)可以设珞中断源的中断类型号在CPU应答后能自动地向CPU发送中断类型号(3)能管理中断源的优先级并有固定优先级自动嵌套方式和循环优先级相等优先级两种管理方式(4)可以设珞中断请求的方式电平方式和脉冲方式。8259A必须先进行初始化编程后进行工作编程。初始化命令共预珞4个命令字ICW1ICW4o工作编程用OCW1-中断屏蔽操作命令字OCW1用来实现对中断源的屏蔽功能OCW1的内容直接写入屏蔽寄存器IMRo18.以Intel8237为例，说明DMA控制器的一般结构及功能答：Intel82837的DMA控制器结构有12345时序与控制逻辑优先级编码电路数

15、据和地址缓冲器组命令控制逻辑内部寄存器组8237的引脚功能12345678CLK输入时钟信号。CHIPSELET输入片选信号低电平有效。RESET输入复位信号高电平有效。REDAY输入准备好信号高电平有效。AEN输出DMA地址允许信号高电平有效。ADSTB输出地址选通高电平有效。输出DMA存储器读信号低电平有效。输出DMA存储器写信号低电平有效。.以具体芯片为例说明可编程I/O接口芯片的特点。答：8255A是一个具有3个8位数据口即A口、B口、C口其中C口还可作为两个4位口来使用的并行输入/输入端口的接口芯片它为Intel系歹U的CPU与外部设备提供了TTL电平兼容并行接口。三个数据口均可用软

16、件来设珞成输入口或输出口与外设相连。C口具有按位珞位/复位的功能为按位控制提供了强有力的支持。8255A具有3种工作方式即方式。方式1方式2O可适应CPU与外设间的多种数据传送方式如查询方式和中断方式等以满足用户的各种应用要求。.比较8255芯片的三种工作方式，各具有什么特点，在应用过程中,硬件电路的连接和软件编程有什么要求。答：方式0是一种基本输入或输出方式该方式适合于通信双方不需要联络信号应答信号的简单输入/输出场合CPU可以随时用输入/输出指令对指定端口进行读写操作。方式1为选通输入/输出方式即可借助于选通应答式联络信号的I/O方式。这种方式中A口和B口用于输入/输出的数据端口C口某些位

17、用作接收或产生应答联络信号。方式2为分时双向输入/输出方式双向I/O方式即同一端口的I/O线既可以作为输入也可以作为输出。.使用Intel8253芯片进行初始化编程时，需要考虑哪几方面问题。1对每个计数器控制字必须写在计数值之前。2计数值必须按控制字所规定的格式写入。3对所有方式计数器都可以在计数过程中或计数结束后改变计数值重写计数值必须遵守控制字所规定的格式并且不会改变工作方式。4计数值不能直接写到减1计数器中只能写入计数值寄存器中并由写操作之后的下一个CLK脉冲将计数值寄存器的内容装入减1计数器开始计数。5初始化编程必须明确各个计数器的控制字和计数值不是写到同一个地址单元。22.比较Int

18、el8253的方式0和方式4、方式0和方式1以及方式2和方式3,其功能有什么异同。1方式0计数结束产生中断8253用作计数器时一般工作在方式Oo方式1可编程的单拍负脉冲可编程的单拍负脉冲又称为单稳态输出方式简称单稳定时。方式2分频脉冲发生器一种具有自动予珞计数初值N的脉冲发生器。4方式3分频方波发生器。5方式4软件触发选通脉冲发生器类似于方式。的工作方式计数器是靠珞入新的计数初值这个软件操作来触发计数器工作的故称为软件触发。.阐述组成通用串行接口电路的基本部件及功能，并以波特率为9600，波特率系数为16的异步传送为例，说明串行发送和串行接收的过程。答：8251A是一种可编程的通用同步/异步接

19、受发送器，通常作为串行通信接口使用，被广泛应用Intel80X86为CPU的微型计算机中。其基本功能为：(1)它是全双工、双缓冲器的接受/发送器。(2)可工作在同步或异步工作方式。同步方式工作时，波特率在064K范围内；异步方式时，波特率在09.2K范围内。(3)同步方式时，字符可以选择为58bit，可加基偶校验位，可自动检测同步字符。(4)异步方式时，字符可选择为58bit，可加奇偶校验位，自动为每个字符添加一个自动位，并允许通过编程选择1、2.5或2位停止位.当A/D或D/A转换器的数据位数和量程范围确定以后，数字量和模拟量的对应关系是否一定确定。试阐述模拟量和数字量的转换关系。答：不能确

20、定。模拟量和数字量的转换还依赖于1分辨率即数据位数2转换精度3输出范围4建立时间。.当一个D/A转换器的数据位数与CPU的的数据线位数不一致时，在硬件连接时应如何考虑。D/A转换器采用双缓冲结构有什么好处。答：如果AD转换器输出的数据位数与CPU数据总线位数不相同时则要通过硬件连接与指令执行相配合才能读取到有效数据。以8位CPU为例如果AD转换器的数据输出也是8位则直接相连接。如果AD转换器的数据输出端小于8位则与CPU数据总线的部分线相连在CPU执行输出指令时要提取相对应的数据位。如果AD转换器的数据输出位是大于8位的接口电路要提供二个不同口地址控制的数据输入端口分二次将高字节和低字节数据读

21、入CPU内部。.一般而言，评价A/D或D/A转换器性能的指标参数有哪些。答:A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件,模拟量可以是电压、电流等信号，也可以是声、光、压力、温度等随时间连续变化的非电的物理量。非电量的模拟量可以通过适当的传感器（如光电传感器、压力传感器、温度传感器）转换成电信号。A/D转换器主要性能指标有如下几个方面。1、分辨率分辨率表示转换器对微小输入量变化的敏感程度，通常用转换器输出数字量的位数来表示。口位转换器，其数字量变化范围为。2口-1,当输入电压满该度为XV时，则转换电路对输入模拟电压的分辨能力为X/2n-l。如果是8位的转换器，5V满量程输入电压时，则分辨率为5/2

22、8-l=1.22mV。2、精度A/D转换器的精度是指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值理论之间的差值。A/D转换电路中与每个数字量对应的模拟输入量并非是一个单一的数值，而是一个范围值4,其中的大小理论上取决于电路的分辨率。定义为数字量的最小有效位LSB。但在外界环境的影响下，与每一数字输出量对应的输入量实际范围往往偏离理论值Ao精度通常有最小有效位的LSB的分数值表示。目前常用的A/D转换集成芯片精度为1/42LSB。3、转换时间4、温度系数和增益系数5、对电源电压变化的抑制比.从外界模拟量数据采集到模拟量输出控制，其模拟控制系统由哪几个模块组成，并说明各模块的功能。答传感器采集物理量如温度传感器。量程放大器将传感器输出的信号放大或处理成与A/D转换器所要求的输入相适应的电压范围。低通滤波器用于滤去干扰信号。多路转换开关使多个模拟信号共用一个A/D转换器轮流进行采样和转换以降低成本。采样保持电路在A/D进行采样期间保持输入信号不变以保证转换精度。A/D转换器将模拟输入量转换成数字量以便由计算机读取进行分析处理。D/A转换器将微型计算机的处理结果转换为模拟量输出。模拟控制作为控制用途的模拟输出一般都是经过直流驱动功放来驱动直流伺服装珞。.以0809为例，说明A/D转换器与CPU连接的要点。答：ADC0809与CPU的连接同样是三方面的连接数据总线的连按、地址总线的连接和控制总线