微機接口與通信作業(yè) - 副本

1、微機接口與通訊平時作業(yè).從微型計算機的結(jié)構(gòu)分析微處理器與存儲器及I/O的關系，并說明總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。答：Pentium：采用了許多過去在大型機中才采用的技術，迎合了高性能微型機系統(tǒng)需要，其主要體現(xiàn)在超標量流水線設計、雙高速緩存、分支預測、改善浮點運算等方面。.從計算機應用角度分析不同結(jié)構(gòu)、規(guī)模、表現(xiàn)形式的微型計算機的應用目標以及性能指標。答：8位機在80年代初期和中期使用。字符、數(shù)字信息適合于一般的數(shù)據(jù)處理。16位機可進行大量的數(shù)據(jù)處理的多任務控制。32位機除用于過程控制、事務處理、科學計算等領域、多媒體處理以及計算機輔助設計、計算機輔助制造等。單片機體積小、功耗低主要應用于智能儀器儀表以及其

2、它控制領域。個人計算機適用于家用、商用、教育等各種應用領域。工程工作站是一種微型化的功能強大的計算機有速度快、內(nèi)存大等特點又有小巧靈活、輕便價廉等優(yōu)點。.闡述并比較8086、80286、80386、80486、PentiumCPU的內(nèi)容結(jié)構(gòu)。答:80286四個獨立的處理部件即執(zhí)行部件EU、總線部件BU、指令部件IU和地址部件AU。采用流水線作業(yè)方式使各部件能同時并行地工作。80386由六部分組成即總線接口部件、指令譯碼部件、執(zhí)行部件、分段部件和分頁部件。80486基本沿用80386的體系結(jié)構(gòu)由8個基本部件組成總線接口部件、指令預取部件、指令譯碼部件、執(zhí)行部件、控制部件、存儲管理部件、高速緩存部

3、件和高性能浮點處理部件。Pentium采用了許多過去在大型機中才采用的技術迎合了高性能微型機系統(tǒng)需要其主要體現(xiàn)在超標量流水線設計、雙高速緩存、分支預測、改善浮點運算等方面。.闡述指令周期、總線周期、時鐘周期的相互關系，并舉若干條8086CPU機器指令的執(zhí)行過程來說明上述三種周期。答：時鐘周期是微處理器動作處理的最小時間單位一個總線周期由若干個時鐘周期所組成。一個指令周期通常由若個總線周期所組成對于讀取指令代碼就是一個存儲器讀總線周期。將微處理器內(nèi)部累加器中的值寫入指定存儲器單元中執(zhí)行這條指令可能就需要二個總線周期讀總線周期和寫總線周期。讀總線周期T1提供地址T2讀信號有效T3數(shù)據(jù)有效T4讀操作

4、結(jié)束寫總線周期T1提供地址T2寫信號有效T3數(shù)據(jù)有效T4寫操作結(jié)束.給出8086CPU處于最小模式時的CPU子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并說明組成CPU子系統(tǒng)的各芯片的功能。答：結(jié)構(gòu)圖如下8084用于產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘信號地址鎖存器用于暫存地址值數(shù)據(jù)緩沖器用于驅(qū)動數(shù)據(jù)。.說明一般微處理器的內(nèi)部組成與外部主要引腳的功能，并說明執(zhí)行加法指令過程中指令代碼和加工的數(shù)據(jù)在CPU內(nèi)部各部件流動和外部引腳的信號變化情況。答：組成微處理器的最基本的部件是運算部件、控制部件、寄存器組和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。外部主要引腳功能地址線輸出用于提供存儲器或I/O接口的地址。地址線的位數(shù)決定了微處理器的尋址范圍。數(shù)據(jù)線雙向用于提供微處理器與外部交

5、換數(shù)據(jù)的通道。從累加器存入鎖存器的數(shù)據(jù)和暫存器中的數(shù)據(jù)通過ALU運算結(jié)果通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線存回累加器輸出CPU外部到存存儲器或I/Oo運算結(jié)果將影響標志寄存器和十進制調(diào)整電路并對下一次運算產(chǎn)生作用。.相對實模式，說明保持模式的特點。答：保持模式的特點(1)地址由段描述表按“段地址”查到相應描述符得到的真實地址+偏移32位地址線擁有4GB的尋址(3)實現(xiàn)虛擬存儲和代碼保護保持模式比實模式多了以下(1)寄存器GDRLDRIDRTRCR3。(2)數(shù)據(jù)段描述符表(GDTLDT)任務數(shù)據(jù)段(TS)頁表。(3)機制，權限檢測利用選擇子/描述符/頁表項的屬性位，線性地址到物理地址的映射。.闡述計算機三級存儲體

6、系中Cache、主存、輔存的特點與作用，并說明目前三類存儲器由哪些類型的存儲器承擔，其存儲器特性有什么特征。答：Cache組成高速SRAM特點快速的存取性能用于存放CPU訪問頻度最高的數(shù)據(jù)。主存組成DRAM特點速度和容量介于Cache和輔存用于存放CPU當前執(zhí)行的程序和所需要的數(shù)據(jù)。輔存組成磁盤、磁帶、光盤等特點存儲容量大用于后備的程序和數(shù)據(jù)。三級存儲體系的目標存儲體系的速度入接近Cache存儲體系的成本接近于輔存。.說明半導體存儲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并比較靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM在存儲原理、外部特性、性能指標等方面的異同。答：半導體存儲器芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同都是由存儲體和外圍電路二部分組成。存儲體

7、是由一系列按行/列排列的基本存儲單元所組成。外圍電路由地址譯碼器、I/O電路、片選控制和輸出驅(qū)動電路所組成。.以靜態(tài)RAM作為內(nèi)存儲器，比較并聯(lián)組合和串聯(lián)組合，說明地址線、數(shù)據(jù)線、控制線的連接要點。答：并聯(lián)組合8片芯片為1組一旦選中則同時工作或者輸入或者輸出。數(shù)據(jù)線每片存儲器芯片數(shù)據(jù)線連至CPU不同位的數(shù)據(jù)線。地址線每片地址線的連接都相同與CPU的地址線相連接?？刂凭€每片的控制線連接都是相同。讀寫控制線連CPU的讀寫控制線。串聯(lián)組合CPU用高位地址選擇存儲器芯片用低位地址選擇趕集器芯片中的存儲單元。同一時刻CPU訪問一個存儲器芯片中的一個存儲單元。數(shù)據(jù)線存儲器芯片的數(shù)據(jù)線與CPU的數(shù)據(jù)線直接相

8、連。地址線存儲器芯片的地址線與CPU低位地址線直接相連用于選擇芯片內(nèi)的存儲單元?？刂凭€存儲器的讀寫控制線與CPU的讀寫控制線直接相連存儲器的片選信號線由高位地址線經(jīng)譯碼產(chǎn)生。n.一般cpu地址總線可尋址的范圍比系統(tǒng)實際使用的內(nèi)存容量要大。試舉一地址譯碼電路為例，說明地址譯碼器的片選端和譯碼輸入端應連接CPU的什么信號線，并分析該譯碼電路的各譯碼輸出端所對應的存儲器地址范圍。答：用8K8的存儲器芯片組成的16KBRAM電路低位地址線A12A0直接連至每一片的6264芯片的地址輸入端高位地址線經(jīng)譯碼以后產(chǎn)生片選信號分別連接到2片6264的片選輸入端。地址譯碼器74LS138是一個常用的38譯碼器當

9、地址A19A161110時該譯碼器選中也就是說該譯碼器Y7Y0輸出的地址范圍為EOOOOHEFFFFHo其中當A15A13000時Y0輸出有效其地址范圍為EOOOOHE1FFFH當A15A13001時Y1輸出有效其地址范圍為E2000HE3FFFHo12.針對動態(tài)RAM的地址線分行列輸入以及刷新行地址的輸入，與靜態(tài)RAM的接口電路相比較，說明其存儲器接口電路有什么特點。1同靜態(tài)RAMCPU輸出的地址總線高位部分用于進行地址譯碼產(chǎn)生片選信號地址總線的低位部分用于選擇存儲器內(nèi)部的存儲單元。但是由于動態(tài)RAM的地址輸入是分行、列進行的因此不能直接將CPU的低位地址線直接連至存儲器的地址線輸入而是需要

10、將這部分地址一分為二按行、列分時輸入存儲器。2由于動態(tài)RAM有刷新要求既需要刷新控制信號也需要為動態(tài)RAM提供刷新地址因此作為動態(tài)RAM的連接還需要有一個產(chǎn)生刷新地址的電路并通過選擇電路能在需要刷新時候?qū)⑺⑿碌刂匪腿雱討B(tài)RAM。13.通過通常I/O接口電路的結(jié)構(gòu)，闡述I/O接口電路的功能。答I/O接口是為了協(xié)調(diào)CPU與各種外設間的矛盾不匹配而設珞的介于CPU和外設之間的控制邏輯電路。因此接口電路要面對CPU和外設兩個方面I/O接口有以下功能1數(shù)據(jù)緩沖和鎖存功能2接收和執(zhí)行CPU命令的功能3信號電平轉(zhuǎn)換功能4數(shù)據(jù)格式變換功能5中斷管理功能6可編程功能對一個具體的接口電路來說不一定都要求具備上述功

11、能不同的外設不同的用途其接口功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不同的。.與存儲器映象尋址方式相比較，說明獨立I/O尋址方式的特點。1存儲器映象尋址方式的編址方式是把系統(tǒng)中的每一個I/O端口都看作一個存儲單元并與存儲單元一樣統(tǒng)一編址。而I/O單獨編址方式對系統(tǒng)中的輸入輸出端口地址單獨編址構(gòu)成一個I/O空間2存儲器映象尋址方式把I/O地址映射到存儲空間作為整個存儲空間的一小部分而I/O單獨編址方式不占用存儲空間而是用專門的IN指令和OUT指令來訪問這種具有獨立地址空間的端口.比較無條件傳送方式、程序查詢方式、中斷方式以及DMA方式這四種數(shù)據(jù)傳送方式，在硬件電路、CPU作用、應用范圍等方面闡述其特征。答：無條件傳送方

12、式主要應用于己知或固定不變的低速I/O接口設備或無須等待時間的I/O設備。若是輸入設備則直接使用三態(tài)緩沖器和數(shù)據(jù)總路線相連CPU在執(zhí)行輸入指令時外設的數(shù)據(jù)是準備好的。若是輸出設備要求接口具有鎖存功能以使CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一些時間。程序查詢方式的接口電路除了有傳送數(shù)據(jù)的端口以外還要有傳送狀態(tài)的端口。對于輸入過程來說當外設將數(shù)據(jù)準備好時則使接口的狀態(tài)端口中的“準備好”標志位珞成有效表示當前輸出數(shù)據(jù)端口己經(jīng)處于“空閑”狀態(tài)可以接收下一個數(shù)據(jù)。DMA方式數(shù)據(jù)傳送不需要CPU介入由DMA控制器直接控制數(shù)據(jù)完成存儲器和I/O之間的傳送采用DMA控制器的硬件代替了原來的軟件來控制數(shù)據(jù)的傳

13、送且不需進行保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場之類的額外操作因此數(shù)據(jù)傳送速度快、I/O響應時間短、CPU額外開銷小但增加了系統(tǒng)硬件的復雜性和提高了系統(tǒng)的成本。.以8086CPU為例，說明中斷響應和中斷返回的過程。在說明此過程中,如何保證優(yōu)先權最高的中斷申請源能得到CPU的中斷服務o答CPU響應中斷關閉中斷為禁止CPU響應其它中斷申請保護斷點現(xiàn)場信息通常將斷點和標志寄存器內(nèi)容入棧獲得中斷服務入口地址轉(zhuǎn)中斷服務程序。一旦CPU響應中斷就可轉(zhuǎn)入中斷服務程序中1保護現(xiàn)場2開中斷3中斷服務4關中斷恢復現(xiàn)場開中斷返回。17.敘述Intel8259中斷控制器的功能以及編程方法。答：(1)單片8259A可以連接8個中斷源多片

14、8259A連接后可以控制多達64個中斷源(2)可以設珞中斷源的中斷類型號在CPU應答后能自動地向CPU發(fā)送中斷類型號(3)能管理中斷源的優(yōu)先級并有固定優(yōu)先級自動嵌套方式和循環(huán)優(yōu)先級相等優(yōu)先級兩種管理方式(4)可以設珞中斷請求的方式電平方式和脈沖方式。8259A必須先進行初始化編程后進行工作編程。初始化命令共預珞4個命令字ICW1ICW4o工作編程用OCW1-中斷屏蔽操作命令字OCW1用來實現(xiàn)對中斷源的屏蔽功能OCW1的內(nèi)容直接寫入屏蔽寄存器IMRo18.以Intel8237為例，說明DMA控制器的一般結(jié)構(gòu)及功能答：Intel82837的DMA控制器結(jié)構(gòu)有12345時序與控制邏輯優(yōu)先級編碼電路數(shù)

15、據(jù)和地址緩沖器組命令控制邏輯內(nèi)部寄存器組8237的引腳功能12345678CLK輸入時鐘信號。CHIPSELET輸入片選信號低電平有效。RESET輸入復位信號高電平有效。REDAY輸入準備好信號高電平有效。AEN輸出DMA地址允許信號高電平有效。ADSTB輸出地址選通高電平有效。輸出DMA存儲器讀信號低電平有效。輸出DMA存儲器寫信號低電平有效。.以具體芯片為例說明可編程I/O接口芯片的特點。答：8255A是一個具有3個8位數(shù)據(jù)口即A口、B口、C口其中C口還可作為兩個4位口來使用的并行輸入/輸入端口的接口芯片它為Intel系歹U的CPU與外部設備提供了TTL電平兼容并行接口。三個數(shù)據(jù)口均可用軟

16、件來設珞成輸入口或輸出口與外設相連。C口具有按位珞位/復位的功能為按位控制提供了強有力的支持。8255A具有3種工作方式即方式。方式1方式2O可適應CPU與外設間的多種數(shù)據(jù)傳送方式如查詢方式和中斷方式等以滿足用戶的各種應用要求。.比較8255芯片的三種工作方式，各具有什么特點，在應用過程中,硬件電路的連接和軟件編程有什么要求。答：方式0是一種基本輸入或輸出方式該方式適合于通信雙方不需要聯(lián)絡信號應答信號的簡單輸入/輸出場合CPU可以隨時用輸入/輸出指令對指定端口進行讀寫操作。方式1為選通輸入/輸出方式即可借助于選通應答式聯(lián)絡信號的I/O方式。這種方式中A口和B口用于輸入/輸出的數(shù)據(jù)端口C口某些位

17、用作接收或產(chǎn)生應答聯(lián)絡信號。方式2為分時雙向輸入/輸出方式雙向I/O方式即同一端口的I/O線既可以作為輸入也可以作為輸出。.使用Intel8253芯片進行初始化編程時，需要考慮哪幾方面問題。1對每個計數(shù)器控制字必須寫在計數(shù)值之前。2計數(shù)值必須按控制字所規(guī)定的格式寫入。3對所有方式計數(shù)器都可以在計數(shù)過程中或計數(shù)結(jié)束后改變計數(shù)值重寫計數(shù)值必須遵守控制字所規(guī)定的格式并且不會改變工作方式。4計數(shù)值不能直接寫到減1計數(shù)器中只能寫入計數(shù)值寄存器中并由寫操作之后的下一個CLK脈沖將計數(shù)值寄存器的內(nèi)容裝入減1計數(shù)器開始計數(shù)。5初始化編程必須明確各個計數(shù)器的控制字和計數(shù)值不是寫到同一個地址單元。22.比較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,其功能有什么異同。1方式0計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷8253用作計數(shù)器時一般工作在方式Oo方式1可編程的單拍負脈沖可編程的單拍負脈沖又稱為單穩(wěn)態(tài)輸出方式簡稱單穩(wěn)定時。方式2分頻脈沖發(fā)生器一種具有自動予珞計數(shù)初值N的脈沖發(fā)生器。4方式3分頻方波發(fā)生器。5方式4軟件觸發(fā)選通脈沖發(fā)生器類似于方式。的工作方式計數(shù)器是靠珞入新的計數(shù)初值這個軟件操作來觸發(fā)計數(shù)器工作的故稱為軟件觸發(fā)。.闡述組成通用串行接口電路的基本部件及功能，并以波特率為9600，波特率系數(shù)為16的異步傳送為例，說明串行發(fā)送和串行接收的過程。答：8251A是一種可編程的通用同步/異步接

19、受發(fā)送器，通常作為串行通信接口使用，被廣泛應用Intel80X86為CPU的微型計算機中。其基本功能為：(1)它是全雙工、雙緩沖器的接受/發(fā)送器。(2)可工作在同步或異步工作方式。同步方式工作時，波特率在064K范圍內(nèi)；異步方式時，波特率在09.2K范圍內(nèi)。(3)同步方式時，字符可以選擇為58bit，可加基偶校驗位，可自動檢測同步字符。(4)異步方式時，字符可選擇為58bit，可加奇偶校驗位，自動為每個字符添加一個自動位，并允許通過編程選擇1、2.5或2位停止位.當A/D或D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)位數(shù)和量程范圍確定以后，數(shù)字量和模擬量的對應關系是否一定確定。試闡述模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換關系。答：不能確

20、定。模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換還依賴于1分辨率即數(shù)據(jù)位數(shù)2轉(zhuǎn)換精度3輸出范圍4建立時間。.當一個D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)位數(shù)與CPU的的數(shù)據(jù)線位數(shù)不一致時，在硬件連接時應如何考慮。D/A轉(zhuǎn)換器采用雙緩沖結(jié)構(gòu)有什么好處。答：如果AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)位數(shù)與CPU數(shù)據(jù)總線位數(shù)不相同時則要通過硬件連接與指令執(zhí)行相配合才能讀取到有效數(shù)據(jù)。以8位CPU為例如果AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也是8位則直接相連接。如果AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端小于8位則與CPU數(shù)據(jù)總線的部分線相連在CPU執(zhí)行輸出指令時要提取相對應的數(shù)據(jù)位。如果AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出位是大于8位的接口電路要提供二個不同口地址控制的數(shù)據(jù)輸入端口分二次將高字節(jié)和低字節(jié)數(shù)據(jù)讀

21、入CPU內(nèi)部。.一般而言，評價A/D或D/A轉(zhuǎn)換器性能的指標參數(shù)有哪些。答:A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件,模擬量可以是電壓、電流等信號，也可以是聲、光、壓力、溫度等隨時間連續(xù)變化的非電的物理量。非電量的模擬量可以通過適當?shù)膫鞲衅鳎ㄈ绻怆妭鞲衅?、壓力傳感器、溫度傳感器）轉(zhuǎn)換成電信號。A/D轉(zhuǎn)換器主要性能指標有如下幾個方面。1、分辨率分辨率表示轉(zhuǎn)換器對微小輸入量變化的敏感程度，通常用轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來表示?？谖晦D(zhuǎn)換器，其數(shù)字量變化范圍為。2口-1,當輸入電壓滿該度為XV時，則轉(zhuǎn)換電路對輸入模擬電壓的分辨能力為X/2n-l。如果是8位的轉(zhuǎn)換器，5V滿量程輸入電壓時，則分辨率為5/2

22、8-l=1.22mV。2、精度A/D轉(zhuǎn)換器的精度是指與數(shù)字輸出量所對應的模擬輸入量的實際值理論之間的差值。A/D轉(zhuǎn)換電路中與每個數(shù)字量對應的模擬輸入量并非是一個單一的數(shù)值，而是一個范圍值4,其中的大小理論上取決于電路的分辨率。定義為數(shù)字量的最小有效位LSB。但在外界環(huán)境的影響下，與每一數(shù)字輸出量對應的輸入量實際范圍往往偏離理論值Ao精度通常有最小有效位的LSB的分數(shù)值表示。目前常用的A/D轉(zhuǎn)換集成芯片精度為1/42LSB。3、轉(zhuǎn)換時間4、溫度系數(shù)和增益系數(shù)5、對電源電壓變化的抑制比.從外界模擬量數(shù)據(jù)采集到模擬量輸出控制，其模擬控制系統(tǒng)由哪幾個模塊組成，并說明各模塊的功能。答傳感器采集物理量如溫度傳感器。量程放大器將傳感器輸出的信號放大或處理成與A/D轉(zhuǎn)換器所要求的輸入相適應的電壓范圍。低通濾波器用于濾去干擾信號。多路轉(zhuǎn)換開關使多個模擬信號共用一個A/D轉(zhuǎn)換器輪流進行采樣和轉(zhuǎn)換以降低成本。采樣保持電路在A/D進行采樣期間保持輸入信號不變以保證轉(zhuǎn)換精度。A/D轉(zhuǎn)換器將模擬輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以便由計算機讀取進行分析處理。D/A轉(zhuǎn)換器將微型計算機的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。模擬控制作為控制用途的模擬輸出一般都是經(jīng)過直流驅(qū)動功放來驅(qū)動直流伺服裝珞。.以0809為例，說明A/D轉(zhuǎn)換器與CPU連接的要點。答：ADC0809與CPU的連接同樣是三方面的連接數(shù)據(jù)總線的連按、地址總線的連接和控制總線