微型计算机技术(第三版)孙德文(编)课后习题答案(全)

1、由微机原理、微机技术、微机技术和应用、清华大学出版社、大井萼等人编着。 第一章微机概论，1.1微机概要1.1.1基本概念1，微处理器由一片或几片大规模集成电路组成的运算器和具有控制器功能的中央处理器(CPU或mpu)2，微机三，微机系统运算器微处理器控制器(主机)内存(RAM和ROM )输入输出接口(并行和串行)系统总线(内部总线、微机总线) (AB、DB、CB )硬件定时电路(时钟脉冲发生器)外部存储器(磁盘、磁带、 微输出设备(CRT、打印机、绘图仪等)计算机外围设备专用电路(过程控制I/O通道) (A/D、D/A、数据终端等)系统外总线(通信总线)电源、面板、机架等软件系统软件，1.1.

2、2微处理器的发展很简单，从1946年开始经历了5代，从71年开始微机作为第4代已经经历了4代。 第一代(197173)4位和低端8位微处理器集成速度： 2300管/芯片，时钟：1mhz:intel4004、Intel4040、Intel8008的第二代(7378 )中的高端芯片时钟： 24MHz :英特尔8080、MC6800、Z-80、英特尔8085第三代(7881)16位微处理器集成速度： 68000管/芯片，时钟： 410MHz :英特尔8086、MC68000 第4代(81)32位微处理器集成度： 17万100万管/芯片，时钟： 20， 200 MHz :英特尔808086、英特尔80

3、486、奔腾(pro、MMX、IIV )、MC68020、MC68030、MC68040、z80000、1.1.3微机分类概述(1)数据总线位数为1 16位微机4，32位微机5，位芯片，(2)按照组装形式和系统规模分开，1、单片机(微控制器，嵌入式计算机)微机被制作成一个芯片，包含A/D、D/A转换器应用：智能仪器仪表，控制领域。 特点：体积小，功耗低。 常用： MCS-518系列、-96系列、MC6805。 2、单板机微机、小键盘、发光二极管显示器、监控程序等都安装在一个印刷电路板上。 比如，TP-801，TP-86，应用：生产过程的实时控制，教育实验。 3、个人电脑(PersonalCom

4、puter )是将微处理器芯片、存储器、接口安装在印刷电路上，加入卡板构成主机，加入外部设备、系统软件构成。 特征：携带方便，不需要维护，价格低廉，可以在个人和家庭使用的计算机。 例如，Altair8080、AppleII、IBM-PC/XT、IBM-PC/AT、IBM-PS/2、PC兼容设备(PC286、386、486、奔腾等)应用程序：业务、家庭、科学、教育领域。 4、重点介绍工程工作站和超级计算机、第二章80X86微处理器的结构、8086和808086的结构特征、编程结构、管脚信号功能和总线顺序。 2.18086到奔腾iii2.1. 1英特尔8086微处理器的基本结构为16位，约为290

5、00晶体管，频率为5、8、10MHz。 另一方面，结构由总线接口部件BIU和致动器部件EU构成。 1、总线接口部件BIU用于与存储器、I/O端口传输数据。 配置： 16位段寄存器(CS、DS、SS、ES)16位指令指针(IP)6字节指令队列地址形成逻辑(20位地址加法器) (I/O )总线控制逻辑功能：1)在eu执行指令的过程中，BIU总是从存储器中输出一些2 )根据eu的请求，完成CPU和存储器或I/O设备之间的数据传送，并形成20位的存储器物理地址。 2 .执行机构欧盟负责指令的执行。配置： 16位算术/逻辑单元ALU (加法器) 16位状态标志寄存器4个通用寄存器(AX、BX、CX、DX

6、)AH和AL4个专用寄存器(SP、BP、DI、SI )寄存器EU控制系统，注：1)寄存器组和解2 )欧盟没有连接到系统总线。 功能：1)从biu的命令队列中获取命令执行命令。 2 )请求biu提供数据和需要访问的存储器或I/O端口的地址信息。 3 )管理通用寄存器和标志寄存器，主要操作类型：1)算术/逻辑运算、串行处理、BCD代码调整。 2 )计算被请求地址的小区地址的位移量，并且EU向BIU发送该16位的位移量。 二、工作方式微处理器通过总线和外部部件交换信息，执行一条指令时，一般占用二次总线，总线非常忙，为了提高微处理器的利用率和系统整体的执行速度，必须充分利用总线。 并行工作方式： BI

7、U和EU处于并行工作状态，取得命令和数据不需要多馀的时间，执行命令时同时取出一个命令和数据，总线总是不空闲。 2.1.2英特尔8086微处理器的基本结构，标准16位处理器，8086向上兼容。 另一方面，结构： 4个部件地址部件AU :形成物理地址的指令部件IU :解码，释放解码的指令队列执行部件EU :执行指令总线部件BU :代码和读写数据，CPU和系统间的高速接口，释放预取队列。 二、并行工作方式的指令可以预取、预翻译，提高吞吐量。 三、优点1、速度快2、地址空间大、24位、内存达到1GB。 3.2种方式1 )实施方式(实际地址方式) DOS应用占用所有的系统资源。 2 )保护方式(虚拟地址

8、保护方式) a，通过硬件在多任务之间快速切换，具有4层特权，支持操作系统和任务的分离、程序和数据的机密性，具有多用户和多任务处理功能。 b .具有虚拟内存管理，通过软件切换为虚拟的8086动作方式。 2.1.3英特尔80386微处理器的基本结构，1985年上市，32位微处理器，芯片上集成了27.5万个晶体管，速度从12.5MHz到50MHz。 一、构成由三大部分六部件组成。 如图2-3所示。 1 .总线接口部件BIU中央处理部件和系统之间的高速接口控制总线传输以优先使用总线并最大限度地利用总线宽度，并控制80386和协处理器的协调。2，中央处理单元CPU1)命令预提取单元IPU16字节长度可以

9、在总线的空闲周期中读取4字节，并存储5个命令(平均3.5字节/条)。 2 )指令预解码部件IDU (解码器和解码指令列)3)执行部件EUALU、8个32位通用寄存器、64位寄存器、乘法/除法器。 采用流水线技术：1)指令提取和执行重复进行；2 )有效地址形成；逻辑地址到线性地址的转换；线性地址到物理地址的转换这三个动作重叠。 3、(集成的)存储管理单元MMU1)段单元SU :管理逻辑地址空间，将逻辑地址转换为线性地址，并面向程序员。 多任务提供了模块化和保护，以便于指令和数据区的重新定位和任务之间的分离。 每个任务的程序都是针对段空间单独编程的。 段长度是可变的，且小于4GB，整个逻辑空间为1

10、6K段=214=64MMB2 )寻呼单元PU :管理物理地址空间，并将线性地址转换成物理地址。 分段分为页面，页面不超过4KB，取4KB。 将活动任务当前所需的少量页面存储在内存中，以提高访问效率。 禁止寻呼或无PU时，物理地址=线性地址。 二、主要性能，1、灵活的32位微处理器存在多个数据类型，如8、16、32、位字段等。2、具有最多达4GB3的长度，其中存储空间32位地址总线232=4GB虚拟存储空间246=64TB的存储器段结构，并且集成存储管理装置(1)支持可以由虚拟存储器(2)选择的片上寻呼机制(3)级4保护(4) 目标代码和8086系列微处理器兼容的5，3种操作方式(1)实际地址方

11、式(2)保护方式支持硬件调度(3)虚拟8086方式允许在与保护分页的系统上执行8086软件，同时、6、优化的系统性能(1)指令的流水线结构(2)具有片上地址转换的高速缓存(3)时钟达到33MHz，总线周期仅2T(4)通过32mb/S7，80387协处理器实现了高速数值处理8，完整系统2.1.4英特尔80486微处理器的基本结构特征，1989年推出，集成了120万晶体管，频率达到50MHz，支持二级缓存，基本继承了80386的体系结构，与80386相比较同时在布线逻辑中代替微码控制，采用以1个时钟周期执行指令(2)片上Cache、片上浮点运算协处理器FPU，引线短，片上数据总线宽，CPU与FPU

12、之间采用高速总线传输，数据路径66 (3)采用突发总线方案，能够输入和输出有关地址的数据组，从而加速CPU和存储器的数据交换；(4)模拟多个80286，能够实现多层次的多任务功能。 2.1.5英特尔奔腾微处理器的基本结构于1993年公布，集成了310万个晶体管，频率达到150MHz，性能超过了工作站和超小型机，与同等80486相比，结构特征： (1)符合标准有u和v两条指令管线，分别有独立的ALU、地址生成逻辑和Cache接口，每条管线被分成五个步骤，即指令预取、指令解码、地址生成、指令执行和写回，在每个时钟周期中(2)重新设计的浮点零件的执行过程分为8个阶段，MUL、LOAD和MOV、PUS

13、H、DEC、INC等常用命令不用微程序而用硬件实现，以提高速度。 (3)独立命令Cache和数据Cache减少了冲突Cache的冲突，采用32*8线宽支持64位总线，数据Cache有两种接口连接到u和v线上，突发式读写操作(即Cache (4)分支预测有两个预提取指令缓冲器队列，一个以顺序方式预提取，另一个以传输方式预提取(称为分支目的地缓冲器)。 如果某个指令分支，则记录该指令和分支目的地地址，预测再次分支时的路径，并确保管线预提取在执行之前完成。 适用于循环操作。 (5)采用了64位外部数据总线奔腾内部数据总线32位，但是CPU和存储器进行数据交换的外部数据总线采用64位总线，提高数据传输

14、速度并达到528MB/S。 功耗为15W，浮点运算能力比RISC处理器低。 可以看到，从16位到32位，主要在体系结构设计上有概念更新。 2.1.6奔腾pro微处理器(高能量奔腾)，1995年上市，比奔腾芯片增加的内容： (1)在一个封装中两个芯片CPU核心有两个8KB的L1Cache，256KB的l 2 (2)指令被分解为微操作，采用RISC技术，流水线并行执行容易，指令的执行速度提高。 (3)不同顺序执行和推测执行使命令流能够最有效地利用内部资源。(4)超管线和超标量技术的14级超管线结构，三路超标量结构，提高并行处理能力，提高性能。2.1.7奔腾MMX微处理器英特尔p55c (多功能奔腾

15、)、MMXMultiMediaextension多媒体扩展于1997年发布，奔腾微处理器上推出了新的数据类型，无64位导入新数据类型1 )紧缩表现中紧缩字节8字节在64位数据中紧缩字在64位数据中紧缩2字在64位数据中紧缩4字在64位数据中紧缩4字64位，紧缩后的64位数据存储在64通用寄存器中例如：图像的灰度是256灰度，用8位(1字节)来表示一个像素。 2 )该技术使用SIMD (单指令多流)技术，并且同时处理多个数据元素(32位)，同时执行指令。 举例来说，在一个t内处理4种或最大8组64位模拟/数字数据2，以将饱和运算(上溢处理)中上溢或下溢的结果剪裁(饱和)到该类型的数据的最大值或最

16、小值。 示例：适用于将f000h4000h=13000ffffh加到216位有符号数上(而不是3000 )进行图形处理。 否则，图形的最大值为黑色，最小值为灰色，像素过度变淡。 三、具有积和运算能力，提高向量点积和矩阵乘法的运算速度。 适用于语音和视频图像的压缩和解压缩。 2.1.8奔腾ii微处理器将于1997年5月上市，将多媒体扩展技术(MMX技术)嵌入高能奔腾处理器中。 具有整数运算、浮点运算和多媒体信息处理功能。 采用先进技术：另一方面，多媒体增强技术1 )减少单指令多流(SIMD )计算负荷的循环。 2 )增强了57个强指令，以便于处理语音、图像和视频数据。 二、动态执行技术1 )多分

17、支跳跃预测2 )数据流分析确定指令是否满足处理条件，确定最佳处理顺序，以有效地执行指令。 3 )预先查找并执行程序计数器，执行可能被计算的指令，执行排序，并且增加要执行的指令的数量。 三、双独立总线结构与图2-6(b )中的两条总线一样，提高吞吐量、二级Cache、提高运行速度、可并行事务处理的流水线系统总线带宽的性能是单总线体系结构的三倍。 四、采用SEC卡安装技术，2.1.9奔腾iii微处理器，1999年2月上市，附加了70条浮点多媒体指令，发展为两个阶段。 另一方面，具有SSE指令集的奔腾ii微处理器增加了8个新的128位单位精度寄存器，分为70个： (1)(3)p20增强了音频、视频和3D图形处理能力，在下一代奔腾iii微处理器(上市于1999年10月，频率为733MHz，频率为133MHz，主要特性： (1)集成度高，发热量少，功耗低(2)内置256 kb的l2高速缓存，使用256位宽带数据通路(3