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第二章 80X86/Pentium微处理器 一、 选择题 1、从8086CPU的内部结构上看，其是由( C )两部分组成。 A) 控制器和20位物理地址加法器 B) 运算器和总线接口 C) 执行单元和总线接口单元 D) 控制器和运算器 2、 8086/8088的状态标志有( D )个。 A）3 B）4 C）5 D）6 3、 8086/8088的控制标志有( C )个。 A）1 B）2 C）3 D）4 4、 8086/8088可用于间接寻址的寄存器有( B )个。 A）2 B）4 C）6 D）8 二、 简答题 1、8086是多少位的微处理器？为什么？ 2、 EU与BIU各自的功能是什么？如何协同工作？ 3、总线接口部件有哪些功能?请逐一说明。 [解答] 总线接口部件的功能是负责与存储器、I/O端口传送数据。具体讲，总线接口部件要从内存指令队列；CPU执行指令时，总线接口部件要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行部件，或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。 4、8086的总线接口部件有那几部分组成? [解答] 8086的总线接口部件有以下4部分组成： （1）4个段地址寄存器，即：CS--16位的代码段寄存器，DS--16位的数据段寄存器，ES--16位的扩展段寄存器，SS--16位的堆栈段寄存器；（2）16位的指令指针寄存器IP；（3）20位的地址加法器；（4）6字节的指令队列。 5、段寄存器CS=1200H,指令指针寄存器IP=FF00H,此时,指令的物理地址为多少?指向这一物理地址的CS值和IP值是唯一的吗? [解答] 此时，指令的物理地址为21F00H；这一物理地址的CS值和IP值不是唯一的，例如：CS=2100H，IP=0F00H。 6、8086的执行部件有什么功能?由那几部分组成? [解答] 执行部件的功能是负责指令的执行。8086的执行部件有：（1）4个通用寄存器：AX，BX，CX，DX；（2）4个专用寄存器，即基数指针寄存器BP，堆栈指针寄存器SP，原变址寄存器SI，目的变址寄存器DI；（3）标志寄存器；（4）·算术逻辑单元。 7、状态标志和控制标志又何不同?程序中是怎样利用这两类标志的? 8086的状态标志和控制标志分别有哪些? [解答] 状态标志表示前面的操作执行后，算术逻辑部件处在怎样一种状态，这种状态会像某种先决条件一样影响后面的操作。状态标志有6个，即SF、ZF、PF、CF、AF和OF。控制标志是人为设置的，指令系统中有专门的指令用于控制标志的设置和清除每个控制标志都对某一种特定的功能起控制作用。控制标志有3个，即DF、IF、TF。程序中用专门的指令对它们进行操作。 8、8086/8088和传统的计算机相比在执行指令方面有什么不同?这样的设计思想有什么优点? [解答] 传统的计算机在执行指令时，总是相继地进行提取指令和执行指令的动作，也就是说，指令的提取和执行是串行进行的。在8086/8088中，指令的提取和执行是分别有由总线接口部件完成的，总线控制逻辑和指令执行逻辑之间即互相独立又互相配合；使8086/8088可以在执行指令的同时进行提取指令的操作。8086/8088 CPU中，总线接口部件和执行部件的这种并行工作方式，有力地提高了工作效率。 9、总线周期的含义是什么?8086/8088的基本总线周期由几个时钟组成?如果一个CPU的时钟频率为24MHz,那么,它的一个时钟周期为多少?一个基本总线周期为多少?如主频为15MHz呢? [解答] 总线周期的含义是计算机执行一条访问内存或端口的机器指令的时间；8086/8088的基本总线周期由4个时钟周期组成；如果CPU的时钟频率为24MHz，那么它的一个时钟周期为41.5ns，一个基本总线周期为166ns；如果CPU的时钟频率为15MHz，那么它的一个时钟周期为66.67ns，一个基本总线周期为266.67ns。 10、在总线周期的T1、T2、T3、T4状态，CPU分别执行什么动作？什么情况下需要插入等待状态Tw？Tw在哪儿插入？怎样插入？ [解答] 在总线周期的T1、T2、T3、T4状态,CPU分别执行的动作是: (１) 在T1状态，CPU往多路复用总线上发出地址信息，以指出要寻址的存储单元或处设端口的地址； (２) 在T2状态，CPU从总线上撤消地址，而使总线的低１６位浮置成高阻状态，为传输数据作准备。总线的最高４位(A19-A16)用来输出本总线周期状态信息，这些状态信息用来表示中断允许状态、当前正在使用的段寄存器名等； (３) 在T3状态，多路总线的高位继续提供状态信息，而多路总线的低16位(8088则为低8位)上出现由CPU的数据或者CPU从存储器或者CPU从存储器或端口读入或端口读入的数据； (４) 在T4状态，总线结束。在有些情况下，外设或存储器速度较慢，不能及时地配合CPU传送数据。这时，外设或存储器会通过"Ready"信号在T3状态启动前向CPU发一个"数据未准备好"信号，于是CPU会在T3之后插入１个或多个附加的时钟周期Tw 11、从引腿信号上看,8086和8088有什么不同? [解答] (１) 由于8088只能传输8位数据，所以8088只有8个地址引腿兼为数据引腿；而8086是按16位传输数据的，所以有16个地址/数据复用引腿；(２) 另外8086和8088的控制线引腿定义中第28和34腿也不一样，在最小模式时，8088和8086的第28腿的控制信号相反，而8086的第34腿为BHE/S7，BHE用来区分是传送字节、还是字，8088的第34腿为SS0，用来指出状态信息，不能复用。 12、CPU启动时,有那些特征?如何寻找8086/8088系统的启动程序? [解答] 在8088/8086系统中，CPU被启动后，处理器的标志寄存器、指令指针寄存器IP、段寄存器DS、SS、ES和指令队列都被清零，但是代码段寄存器CS被设置为FFFFH。因为IP=0000，而CS=FFFFH，所以，8088/8086将从地址FFFF0H开始执行指令。通常，在安排内存区域时，将高地址区作为只读存储区，而且在FFFF0H单元开始的几个单元中入一条无条件转移指令，转到一个特定的程序中，这个程序往往实现系统初始化、引导监控程序或者引导操作系统等功能，这样的程序叫做引导和装配程序。 13、8086和8088是怎样解决地址线和数据线的复用问题的? ALE信号何时处于有效电平? [解答] 8086/8088是通过利用ALE信号的是否有效来解决两线的复用问题的。ALE作为最小模式的地址锁存允许信号输出端，在任何总线周期的T1状态，ALE输出有效电平，以表示当前在地址/数据复用总线上输出的是地址信息。 14、RESET信号来到后,CPU的状态有那些特点? [解答] RESET信号来到后，CPU便结束当前操作，并对处理器标志寄存器，IP，DS，SS，ES 及指令队列清零，而将CS设置为FFFFH，当复位信号变为低电平时，CPU从FFFF0H开始执行程序。 15、T1状态下，数据/地址线上是什么信息？用哪个信号将此信息锁存起来？数据信息是什么时候给出的？用时序表示出来。 [解答] 在Ｔ１状态下，数据／地址线上是地址信号。在Ｔ１状态从ＡＬＥ引腿上输出一个正脉冲作为地址锁存信号。数据信息是Ｔ３状态时给出的。 16、画出8086最小模式的读周期时序 17、系统中有多个总线模块时，在最大模式和最小模式下分别用什么方式来传递总线控制权？ [解答] 在最小模式下总线控制权是通过HOLD引脚来实现的，当系统中CPU之外的另一个模块要求占用总线时，通过此引腿向CPU发一个高电平的请求信号。这时，如果CPU允许让出总线，就在当前总线周期完成时，于T4状态从HOLD引腿发出一个回答信号，对刚才的HOLD 请求作出响应。同时，CPU使地址/数据总线和控制状态线处于浮空状态。总线请求部件收到HLDA信号后，就获得了总线控制权。在最大模式下总线控制权是通过LOCKT RQ/GT1，RQ/GT0引脚来实现的，首先，总线模块通过RQ/GT1向CPU发出一个请求信号，并通过RQ/GT0来接受CPU的响应，如果LOCK为低电平，则总线请求部件就获得了总线控制权。 18、8086的储存器空间最大可以为多少？怎样用16位寄存器实现对20位地址的寻址？ [解答] （1）8086有20根地址线，所以具有1M字节的存储空间，是按00000--FFFFF来编址。（2）8086中因入分段概念来解决寻址问题，要计算一个存储单元的物理地址时，先要将它对应的段寄存器的16位值左移4位，得到一个20位的值，再加上16位的偏移量。 19、8086/8088微处理器内部有那些寄存器，它们的主要作用是什么？ [解答] 执行部件有8个16位寄存器，AX、BX、CX、DX、SP、BP、DI、SI。AX、BX、CX、DX一般作为通用数据寄存器。SP为堆栈指针存器，BP、DI、SI在间接寻址时作为地址寄存器或变址寄存器。总线接口部件设有段寄存器CS、DS、SS、ES和指令指针寄存器IP。段寄存器存放段地址，与偏移地址共同形成存储器的物理地址。IP的内容为下一条将要执行指令的偏移地址，与CS共同形成下一条指令的物理地址。 20、在8086中，逻辑地址、偏移地址、物理地址分别指的是什么？具体说明。 [解答]逻辑地址是在程序中对存储器地址的一种表示方法，由段地址和段内偏移地址两部分组成，如1234H：0088H。偏移地址是指段内某个存储单元相对该段首地址的差值，是一个16位的二进制代码。物理地址是8086芯片引线送出的20位地址码，用来指出一个特定的存储单元。 21、8086/8088为什么采用地址/数据引线复用技术？ [解答]考虑到芯片成本，8086/8088采用40条引线的封装结构。40条引线引出8086/8088的所有信号是不够用的，采用地址/数据线复用引线方法可以解决这一矛盾，从逻辑角度，地址与数据信号不会同时出现，二者可以分时复用同一组引线。 22、8086与8088的主要区别是什么？ [解答]8086有16条数据信号引线，8088只有8条；8086片内指令预取缓冲器深度为6字节，8088只有4字节。 23、怎样确定8086的最大或最小工作模式？最大、最小模式产生控制信号的方法有何不同 [解答]引线MN/MX#的逻辑状态决定8086的工作模式，MN/MX#引线接高电平，8086被设定为最小模式，MN/MX#引线接低电平，8086被设定为最大模式。 最小模式下的控制信号由相关引线直接提供；最大模式下控制信号由8288专用芯片译码后提供，8288的输入为8086的S2#~S0#三条状态信号引线提供。 24、8086被复位以后，有关寄存器的状态是什么？微处理器从何处开始执行程序？ [解答] 标志寄存器、IP、DS、SS、ES和指令队列置0，CS置全1。处理器从FFFFOH存储单元取指令并开始执行。 25、8086基本总线周期是如何组成的？各状态中完成什么基本操作？ [解答]基本总线周期由4个时钟(CLK)周期组成，按时间顺序定义为T1、T2、T3、T4。在T1期间8086发出访问目的地的地址信号和地址锁存选通信号ALE；T2期间发出读写命令信号RD#、WR#及其它相关信号；T3期间完成数据的访问；T4结束该总线周期。 26、简述在最小工作模式下，8086如何响应一个总线请求？ [解答] 外部总线主控模块经HOLD引线向8086发出总线请求信号；8086在每个时钟周期的上升沿采样HOLD引线；若发现HOLD=1则在当前总线周期结束时(T4结束)发出总线请求的响应信号HLDA；8086使地址、数据及控制总线进入高阻状态，让出总线控制权，完成响应过程。 27、在基于8086的微计算机系统中，存储器是如何组织的？是如何与处理器总线连接的？BHE#信号起什么作用？ [解答] 8086为16位处理器，可访问1M字节的存储器空间；1M字节的存储器分为两个512K字节的存储体，命名为偶字节体和奇字节体；偶体的数据线连接D7~D0，"体选"信号接地址线A0；奇体的数据线连接D15~D8，"体选"信号接BHE#信号；BHE#信号有效时允许访问奇体中的高字节存储单元，实现8086的低字节访问、高字节访问及字访问。 28、根据8086CPU的存储器读写时序图，请说明： (1)地址信号应在哪些时间内有效？ (2)读、写动作发生在什么时间内？ (3)为什么读与写数据的有效时间长短不一样？ (4)什么情况下才要插入Tw周期？它能否加在T1，T2之间？ [解答] 地址信号只在T1状态时有效，并被锁存起来。读动作发生在T3、T4状态，而写动作发生在T2、T3、T4状态。读与写数据的有效时间长短不一样是因为CPU的速度与外设的速度不相匹配所造成的。当CPU没有在T3状态的一开始就检测到READY信号时，需在T3和T4之间插入等待状态TW。它不能加在T1和T2之间。 29、什么是最小模式和最大模式？它们在用途上有什么不同？ [解答] 最小模式就是系统中只有8086或者8088一个处理器，最大模式中系统中总包含两个或多个处理器，其中一个为8086或者8088做主处理器，其它处理器为协处理器，它们协助主处理器工作。最小模式用于数值运算较少且I/O处理较少的简单8086/8088系统中，而最大模式由于有协处理器协助主处理器工作因而适用于数值运算较复杂且I/O处理较频繁的中大规模的8086/8088系统中。 30、8086CPU的形成三大总线时，为什么要对部分地址线进行锁存？用什么信号控制锁存？ [解答] 为了确保CPU对存储器和I/O端口的正常读/写操作，需要求地址和数据同时出现在地址总线和数据总线上。而在8086CPU中有AD0--AD15部分总线是地址/数据复用的，因此需在总线周期的前一部分传送出地址信息，并存于锁存器中，而用后一部分周期传送数据。8086CPU中是通过CPU送出的ALE高电平信号来控制锁存的。 31、段寄存器CS=1200H,指令指针寄存器IP=FF00H,此时,指令的物理地址为多少?指向这一物理地址的CS值和IP值是唯一的吗? [解答] 此时，指令的物理地址为21F00H；这一物理地址的CS值和IP值不是唯一的，例如：CS=2100H，IP=0F00H。 32、8086系统在最小模式时应该怎样配置?请画出这种配置并标出主要信号的连接关系. [解答] 8086在最小模式下的典型配置。 1， 有一片8284A，作这时钟发生器。 2， 有3片8282或74LL373，用来作为地址锁存器。 3， 当系统中所连的存储器和外设较多时，需要增加数据总线的驱动能力，这时，要用2片8286/8287作为总线收发器 33、8086在最大模式下应当怎样配置?最大模式时为什么一定要用总线控制器?总线控制器的输入信号是什么？输出信号是什么？ [解答] 8086在最大模式下的配置如右图所示： 最大模式时，用总线控制器的原因在于：在最大模式系统中，一般包含２个或多个处理器，这样就要解决主处理器和协处理器之间的协调要作问题和对总线的共享控制问题，为此，要从软件和硬件两方面去寻求解决措施。8288总线控制器就是出于这种考虑而加在最大模式系统中的。总线控制器的输入信号是：CLK、S0、S1、S2。其输出信号是：DT/R、DEN、INTA、MRDC、MWTC、IORC、IOWC、ALE 34、8086CPU的起始取指的地址是多少？怎样形成这个地址？这个地址对于系统设计有什么影响？ [解答] 8086CPU的起始取指的地址是FFFF0H.这个地址的形成过程为CPU被启动时指令指针寄存器被清除,而代码段寄存器CS被设为FFFFH.地址FFFF0H单元开始的几个单元中放一条无条件转移指令,转到一特殊的程序中.这个程序用来实现系统初始化、引导监控程序或者引导操作系统等功能，这样的程序叫引导和装配程序．