微型计算机知识

第1章 微型计算机概述

1、微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？

微处理器一般也称为CPU，它本身具有运算能力和控制功能。微处理器是微处理器的核心。微型计算机是由CPU、存储器、输入/输出接口电路和系统总线构成的裸机系统。微型计算机系统是以微型计算机为主机，配上系统软件和外设之后而构成的计算机系统。三者之间是有很大不同的，微处理器是微型计算机的组成部分，而微型计算机又是微型计算机系统的组成部分。

第2章 16位和32位微处理器

2、结合总线操作时序分析in al,dx指令如何完成读操作。

• 8086的读操作的基本总线周期由4个时钟周期T1,T2,T3,T4组成，每个T状态下CPU完成不同的动作。
  T1时刻，CPU往多路复用总线AD0-AD15上发出地址信息，同时发出地址锁存允许信号ALE。
  T2时刻，CPU的地址引脚转换为数据引脚，同时发出低电平有效的RD读信号，以及 其他相关信号，为数据传输做准备。
  T3时刻，若数据准备好，多路复用总线的低16位出现从存储器或者外设读入的数据。若数据没有准备好，则在T3和T4之间插入1-n个Tw来延长总线周期，直到探测到READY信号为有效。（在基本总线周期的T3状态，内存单元或者I/O端口将数据送到数据总线上，CPU通过AD15~AD0接收数据。）
  T4时刻，CPU在T4前沿读取数据总线上的数据，总结周期结束。

3、结合总线操作时序分析out dx,al指令如何完成写操作。

• 8086的写操作的基本总线周期由4个时钟周期T1,T2,T3,T4组成，每个T状态下CPU完成不同的动作。
  T1时刻，CPU往多路复用总线AD0-AD15上发送地址信息，同时发出地址锁存允许信号ALE。
  T2时刻，CPU的地址引脚转换为数据引脚，同时发出低电平有效的WR写信号以及其他相关信号，为数据传输做准备。
  T3时刻，CPU继续提供所有与写操作相关的信号，若系统中设置了READY电路，若没有探测到READY信号有效则在T3和T4之间插入1-n个Tw来延长总线周期，直到探测到READY信号为有效。
  T4时刻，总线周期结束。

4、结合8086最小模式下总线操作时序图，说明ALE、M/IO#、DT/R#、RD#、READY信号的功能。

• ALE：地址锁存允许信号，输出，高电平有效
  CPU通过该引脚向地址锁存器8282/8283发出地址锁存允许信号，把当前地址/数据复用总线上输出的是地址信息，锁存到地址锁存器8282/8283中去。注意：ALE信号不能被浮空。

• M/IO：存储器/ I/O端口选择信号，输出
  这是CPU区分进行存储器访问还是I/O访问的输出控制信号。在8086中，当该引脚输出低电平时，表明CPU要进行I/O端口的读写操作，低位地址总线上出现的是I/O端口的地址；当该引脚输出低电平时，表明CPU要进行存储器的读写操作，地址总线上出现的是访问存储器的地址。注意：在8088中，该引脚为 ，正好相反。

• DT/R：数据收发控制信号，输出
  CPU通过该引脚发出控制数据传送方向的控制信号，在使用8286/8287作为数据总线收发器时，DT/R信号用以控制数据传送的方向，当该信号为高电平时，表示数据由CPU经总线收发器8286/8287输出，否则，数据传送方向相反。

• RD （Read）：读输出信号，第32脚，输出
  用以指明要执行一个对内存单元或I/O端口的读操作，具体是读内存单元，还是读I/O端口，取决于控制信号M/IO

• ⑨ READY（Ready）：“准备好”信号输入，第22脚，输入，高电平有效
  “Ready”输入引脚，接收来自于内存单元或I/O端口向CPU发来的“准备好”状态信号，表明内存单元或I/O端口已经准备好进行读写操作。该信号是协调CPU与内存单元或I/O端口之间进行信息传送的联络信号。

5、EU与BIU各自的功能是什么?如何协同工作?

• EU是执行部件，主要的功能是执行指令。BIU是总线接口部件，完成与存储器及I/O端口传送数据。EU经过BIU进行片外操作数的访问，BIU为EU提供将要执行的指令。EU与BIU可分别独立工作，当EU不需BIU提供服务时，BIU可进行填充指令队列的操作。

第5章 微型计算机和外设的数据传输

6、CPU和外设之间有哪几种传输方式，他们之间有什么区别。

• CPU和外设之间的数据传送方式有三种：程序方式、中断方式、DMA方式。
  程序控制下的数据传送——通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送，又分为：无条件传送、查询传送、中断传送。
  直接存储器存取（DMA）——传送请求由外设向DMA控制器提出，DMA控制器向CPU申请总线，最后DMA控制器利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送
  中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要==大量额外时间开销 ==

7、什么叫端口？通常有哪几类端口？计算机对I/O端口编址时通常采用哪两种方法？在8086/8088系统中，用哪种方法对I/O端口进行编址？

CPU和外设进行数据传输时，各类信息在不同的接口进入不同的寄存器，这类寄存器通常称为端口。
通常有数据端口、状态端口、控制端口。
对I/O端口编址时一般有 1.I/O端口与存储单元统一编址 2.I/O端口独立编址。
在8086/8088系统中，采用I/O端口独立编址的方法。

第6章 串并行通信和接口技术

8、串行通信按信号格式可分为哪两种，这两种格式有何不同？

• 同步方式，异步方式
  同步方式的格式：每个字符用5、6、7或8位来表示，内部能自动检测同步字符，从而实现同步，8251A也允许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。
  异步方式的格式：每个字符用5、6、7或8位来表示，时钟频率为传输波特率的1、16或64倍，用1位作为奇/偶校验，1位启动位，并能根据编程为每个数据增加1个、1.5个或2个停止位，可以检查假启动位，自动检测和处理终止字符。

9、什么叫波特率因子？什么叫波特率？设波特率因子为64，波特率为300，那么时钟频率为多少？

• 1.波特率因子：时钟频率和位传输率的比值。此比值必须为16、32或 64。
  2.波特率：位传输率（单位时间内传送二进制数据的位数，单位为b/s）即为波特率
  3.时钟频率=波特率因子×波特率=64×1200=76800Hz。

10、若8251A的异步方式字为7AH，则发送的字符格式如何？为使接收和发送的波特率分别为600b/s和2400b/s，则收发时钟(RxC和TxC)的频率分别应为多少。

7AH;01111010B，设置波特率因子16，7个数据位，带偶校验，1个停止位。RxC=600x16=9600，TxC=2400x16=38400

11、试说明8255A工作于方式0和方式1时的区别。

• 方式0 为一种基本输入/输出方式，没有规定固定的应答联络信号，可用A，B，C三个口的任一位充当查询信号，其余I/O口仍可作为独立的端口和外设相连。
  方式0的应用场合有两种：一种是同步传送；一种是查询传送。
  （1）任何一个端口可作为输入口，也可作为输出口，各端口之间没有规定必然的关系。
  （2）各个端口的输入或输出，可以有16种不同的组合，所以可以适用于多种使用场合
  方式1是一种选通I/O方式，
  （1）A口和B口仍作为两个独立的8位I/O数据通道，可单独连接外设，通过编程分别设置它们为输入或输出。
  （2）而C口则要有6位(分成两个3位)分别作为A口和B口的应答联络线，其余2位仍可工作在方式0，可通过编程设置为输入或输出。

12、8255A的3个端口在使用上有什么不同?

• A口：是一个独立的8位I/O口，它的内部有对数据输入/输出的锁存功能；
• B口：也是一个独立的8位I/O口，仅对输出数据的锁存功能。
• C口：可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。也是仅对输出数据进行锁存。

第7章 中断控制器

13、解释优先级全嵌套方式和优先级特殊全嵌套方式。

• 全嵌套方式：全嵌套方式是最常用的工作方式，如果对8259初始化后没有设置别的优先级方式，那么就按照全嵌套方式工作。在全嵌套方式中，中断请求按优先级0-7进行处理，0即最高。
• 优先级特殊全嵌套方式：优先级特殊全嵌套方式适用于级联的8259系统中，其优先级排序方式与全嵌套方式相同，不同的是当处理某一级中断时，如有同级的中断请求那么也会给予响应，从而实现一种对同级中断请求的特殊嵌套。

14、8259A的优先级循环方式和优先级特殊循环方式有什么差别？

• 优先级自动循环方式：在实际应用中，中断源优先级的情况是比较复杂的，要求8级中断的优先级在系统工作过程中，可以动态改变。即一个中断源的中断请求被响应之后，其优先级自动降为最低。
• 优先级特殊循环方式：优先级特殊循环方式与自动循环方式相比，只有一点不同，即初始化的优先级是由程序控制的，而不是默认的IR0 ~IR7。

15、8259A的特殊屏蔽方式和普通屏蔽方式相比，有什么不同之处？特殊屏蔽方式一般用在什么场合？

• 普通屏蔽方式：8259A的每个中断请求输入，都要受到屏蔽寄存器中相应位的控制。若相应位为==“1”，则中断请求不能送CPU。屏蔽是通过对屏蔽寄存器IMR==的编程（操作命令字OCW1），来加以设置和改变的。
• 特殊屏蔽方式：在特殊屏蔽方式中，OCW1对屏蔽寄存器中的某一位进行置位（请0）时，就会同时使ISR中对应位自动请0，这样就不止屏蔽了当前正在处理的这级中断，而且真正开放了其他级别较低的中断。特殊屏蔽方式总是在中断处理程序中使用的。

16、8259A有几种结束中断处理的方式？各自应用在什么场合？除了中断自动结束方式以外，其他情况下如果没有在中断处理程序中发中断结束命令，会出现什么问题？

• （1）中断自动结束方式

  这种方式仅适用于只有单片8259A的场合 ；
  在这种方式下，系统一旦响应中断，那么CPU在发第二个INTA脉冲时，就会使中断响应寄存器ISR中相应位复位，这样一来，虽然系统在进行中断处理，但对于8259A来讲，ISR没有相应的指示，就像中断处理结束，返回主程序之后一样。
  CPU可以再次响应任何级别的中断请求。

• （2）一般的中断结束方式

  一般的中断结束方式适用用在全嵌套的情况下，当CPU用输出指令向8259A发一般中断中断结束命令OCW2时，8259A才会使中断响应寄存器ISR中优先级别最高的位复位。

• （3）特殊的中断结束方式

  在特殊全嵌套模式下，系统无法确定哪一级中断为最后相应和处理的中断，也就是说，CPU无法确定当前所处理的是哪级中断，这时就要采用特殊的中断结束方式。
  特殊的中断结束方式是指在CPU结束中断处理之后，向8259A发送一个特殊的EOI中断结束命令，这个特殊的中断结束EOI命令，明确指出了中断响应寄存器ISR中需要复位的位。
  这里，我们还要指出一点，在级联方式下，一般不用自动中断结束方式，而需要用非自动结束中断方式，一个中断处理程序结束时，都必须发两个中断结束EOI命令，一个发往主片，一个发往从片。

17、8259A的ICW2设置了中断类型码的哪几位？说明对8259A分别设置ICW2为30H、38H、36H有什么差别？

第8章 DMA控制器

18、DMA控制器8237A什么时候作为主模块工作？什么时候作为从模块工作？在这两种情况下，各控制信号处于什么状态，试作说明。

• 8237A取得总线控制权后，开始进行DMA传送过程，此时8237A作为主模块工作。
  （8237A处于主模块时，输出地址信号A0~ A15 (低8位经A0~ A7输出，高8位经DB0~DB7输出)。8237A还要输出IOR#、IOW#、MEMR#、MEMW#、AEN＝1、ADSTB等有效信号供DMA传送过程使用）
• 8237A在被处理器编程或读取工作状态时，处于从模块工作状态。
  （8237A处于从模块时，若CS#=0、HRQ=0说明它正被编程或读取状态，IOR#与IOW#为读写控制端，A0~A3为输入端，CPU对8237A进行读写时，AEN＝0）

19、试说明在DMA方式时内存往外设传输数据的过程。

当一个接口要由内存往其输出数据时，就往dma控制器发一个dma请求，dma控制器接到请求以后，便往控制总线上发一个总线请求，若cpu允许让出总线便发出一个总线允许信号，dma控制器接到此信号后，就将地址寄存器的内容送到地址总线上，同时往接口发一个dma应答信号并发一个I/O写信号和一个内存读信号，当接口接到dma响应信号后撤销dma请求，内存接到读信号后将数据送到数据总线，I/O写信号将数据送到内存，于是dma控制器的地址寄存器的内容加一或减一，计数器的值减一，并且撤销总线请求信号，便完成了一个数据的dma输出传输。

第9章 定时器

20、说明8253在6种工作方式下的特点，并举例说明使用场合。

模式0：写入计数初值并受到触发后，以低电平为初始电平，在下一个时钟下降沿开始计数，计数到0时跳变为高电平。
模式1：硬件触发，写入初值并受到gate信号触发后下一个时钟下降沿开始计数，计数到0变为高电平，形成n个时钟宽度的负脉冲。
模式2：速率发生器，重复输出1个时钟个周期的负脉冲，以高电平为初始电平，计数到1时变为低电平。
模式3：方波发生器，以高电平为初始电平，作减一计数，当计数到一半时，输出低电平，到终值时又变为高电平，完成一个周期。当计数值为偶数时输出完全对称的方波，当计数值为奇数时，输出矩形波。
模式4：软件触发，以高电平为初始电平，当计数到0时输出宽度为一个时钟周期的负脉冲。
模式5：硬件触发，以高电平为初始电平，在gate负脉冲触发后下一个时钟下降沿开始计数，计数到0时输出宽度为1个时钟周期的负脉冲。

21、8253工作于模式4和模式5时有什么不同？

• 模式4和模式5的触发方式不同，模式4是电平触发，模式5是上升沿触发。

22、8253的计数器2工作于方式2，其计数时钟CLK2，为100KHz，输出信号OUT2作定时中断申请，定时间隔为8ms，试计算其计数初值N？

OUT2输出频率为1000/8=125Hz N=100000/125=800