习题一2、为什么要在CPU与外设之间设置接口?在CPU与外设之间设置接口主要有4个原因:(1)CPU与外设二者的信号不兼容,包括信号线的功能定义、逻辑定义和时序关系(2)CPU与外设的速度不匹配,CPU的速度快,外设的速度慢(3)若不通过接口,而由CPU直接对外设的操作实施控制,会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中,大大降低CPU的效率(4)若外设直接由CPU控制,会使外设的硬件结构依赖于CPU,对外设本身的发展不利。
3、微型计算机的接口一般应具备那些功能?微机的接口一般有如下的几个功能:(1)执行CPU命令的功能:CPU将对外设的控制命令发到接口电路中的命令寄存器(命令口)中,在经分析去控制外设(2)返回外设状态的功能:通过状态寄存器(状态口)完成,包括正常工作状态和故障状态(3)数据缓冲的功能:接口电路中的数据寄存器(数据口)对CPU于外设间传送的数据进行中转(4)设备寻址的功能:CPU某个时刻只能和一台外设交换数据,CPU发出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中I/O设备(5)信号转换的功能:当CPU与外设的信号功能定义、逻辑关系、电平高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能(6)数据宽度与数据格式转换的功能:由于CPU处理的数据都是并行的,当外设采用串行传送方式时,接口电路就要完成串、并之间的转换,并进行数据格式的转换。
8、CPU与接口之间有哪几种传送数据的方式?它们各应用在什么场合?CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方式和DMA方式:(1)查询方式:主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。
无条件传送方式作为查询方式的一个特例,主要用于对简单I/O设备的控制或CPU 明确知道外设所处状态的情况下。
(2)中断方式:主要用于CPU的任务比较忙的情况下,尤其适合实时控制和紧急事件的处理(3)DMA方式(直接存储器存取方式):主要用于高速外设进行大批量数据传送的场合。
9、分析和设计接口电路的基本方法是什么?分析和设计接口电路通常采用两侧分析法和硬软件结合法相结合:(1)两侧分析法:CPU一侧,主要是了解CPU的类型、它提供的数据线的宽度、地址线的宽度、控制线的逻辑定义、时序关系的特点;外设一侧,主要是了解被连接外设的外部特性及被控外设的工作过程(2)硬软件结合法:硬件设计主要是合理选用外围接口芯片、有针对性地设计附加电路;软件设计可以采用汇编语言(或高级语言)直接对低层硬件编程,也可以采用DOS系统功能调用和BIOS调用编程。
习题二3、设计I/O 设备接口卡时,为防止地址冲突,选用I/O 端口地址的原则是什么?为了避免端口地址发生冲突,在选择I/O 端口地址时一般要遵循以下的原则:(1) 凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用(2) 原则上讲,未被占用的地址,用户可以使用,但对计算机厂家申明保留的地址,不要使用,否则会发生I/O 端口地址重叠和冲突(3) 一般,用户可使用300H ~31FH 地址,这是IBM -PC 微机留作实验卡的,用户可以使用。
为了避免与其他用户开发的插件板发生地址冲突,最好采用地址开关。
5、在I/O 端口地址译码电路中常常设置AEN =0,这有何意义?AEN =1,表示正在进行DMA 操作,在I/O 端口地址译码电路中,常常令AEN =0时,译码输出才有效,这样做的目的是为了避免在DMA 操作周期中,由DMA 控制器对这些以非DMA 方式传送的I/O 端口执行DMA 方式的传送。
6、若要求I/O 端口地址为374H ,则在图2.1(b )中的输入地址线要作哪些改动?为了使I/O 端口的地址为374H ,图2.1(b )中地址线A 2、A 8后的非门去掉,而在地址线A 3、A 7后面加上非门。
即修改后地址线A 0、A 1、A 3、A 7后有非门,其余地址线后无非门。
如图所示:12、在独立编址方式下,CPU 采用什么指令来访问端口?独立编址方式下,采用专用的I/O 指令——输入/输出指令(如PC 系列微机中的IN 、OUT )来访问端口。
19、若将图2.3中DIP 开关状态设置为:S 2和S 1合上(ON );S 3和S 0断开(OFF ),试指出74LS138输出端 的地址范围,并与图中在DIP 开关原来的状态下输出端所产生的地址范围进行比较,有何变化?如果S 2和S 1合上(ON );S 3和S 0断开(OFF ), 有效时,各位地址254H ~257H ;而DIP 开关在原来的开关状态下, 的地址范围是314H ~317H 。
这两个地址范围A 9~A 6Y 5 Y 5 Y 5 5Y 5的状态不同,因为A 9~A 6的状态是由开关的状态决定的;而二者的A 5~A 2是相同的,因为它们不受开关状态的影响。
习题三2微机系统的定时有哪两类?何谓时序配合?微机系统中的定时分为内部定时和外部定时两类。
内部定时是指计算机本身运行的时间基准或时序关系,是用户无法更改的。
外部定时是指外部设备实现某种功能时,本身所需要的一种时序关系,需要用户根据外设的要求进行安排。
时序配合是指用户在考虑外设与CPU 连接时,不能脱离计算机的定时要求,即以计算机的时序关系为依据来设计外部定时机构,以满足计算机的时序要求。
3微机系统中的外部定时有哪两种方法?其特点如何?微机系统中的外部定时有软件定时和硬件定时两种方法。
软件定时:利用CPU 执行指令需要一定时间的特点产生延时。
这种方法不需增加硬件设备,只需编制延时程序即可;但是它降低了CPU 的效率,浪费了CPU 的资源,而且由于同样的延时程序在不同计算机上运行的时间会不同,所以通用性比较差。
5.8253初始化编程包括哪两项内容?在对8253进行始化编程时,首先向命令寄存器中写入方式字,选择计数通道、工作方式、计数初值的长度及写入顺序、计数码制。
然后按方式字的要求向选定的计数通道中写入计数初值。
10利用8253作为波特率发生器,当CLK =1.1931816MHz ,波特因子为16时,要求产生4800波特的传输速率,试计算8253的定时常数。
由于波特因子=波特率收、发⨯f ,所以8253输出的频率应该是Hz 76800164800=⨯=O U T f ,由此可计算出8253的定时常数:165.1576800101931816.1N 6≈≈⨯=OUT CLK f f = 习题五2.可屏蔽中断处理的一般过程是什么?可屏蔽中断的处理过程一般可分为4个阶段:(4) 中断申请:外设向CPU 发出中断申请信号,CPU 检测到有效的INTR ,且无DMA 请求、IF =1,当前指令执行完毕就进入响应阶段(5) 中断响应:CPU 通过总线控制器发出两个连续的中断响应信号(2个 负脉冲)组成中断响应周期。
在中断响应周期中,CPU 取得中断类型号n ,将程序状态字(PSW )及断点的地址(CS 和IP )依次入栈保护。
再查中断向量表,将(4*n )→IP ;(4*n+2)→CS ,进入中断服务阶段(6) 中断服务:CPU 执行中断服务程序,为中断源服务(7) 中断返回:当执行到中断服务程序中的IRET 指令时,将堆栈栈顶的三个字单元内容弹出,依次送给IP 、CS 、PSW ,CPU 返回到原来的程序去执行。
12.8259A 具有哪些工作方式和中断操作功能?指出与这些功能相对应的命令字(ICW/OCW )的内容?8259A 的工作方式有以下几种: INTA(1)引入中断请求的方式:有边沿触发和电平触发两种;中断服务方式有向量式中断和查询式中断两种;(2)与系统总线的连接方式:缓冲方式和非缓冲方式两种;(3)屏蔽中断的方式:通常屏蔽和特殊屏蔽两种方式;(4)优先级排队的方式:固定优先级和循环优先级(优先级轮换)两种,循环优先级又分为指定轮换和自动轮换两种;(5)中断结束的方式:自动结束方式和非自动结束方式两种8259A的中断操作功能有以下几个:(1)设置中断触发方式、选择8259A芯片的数目——由ICW1完成;(2)设置中断类型号的高五位——由ICW2完成;(3)设置级联方式具体的连接情况(主片的哪些中断申请端连有从片;从片与主片的哪个中断申请端相连)——由ICW3完成;(4)设置特定完全嵌套方式、缓冲方式和中断结束方式——ICW4完成;(5)设置对各中断源的屏蔽与开放状态——由OCW1完成;(6)设置优先级轮换及发中断结束命令——由OCW2完成;(7)设置特殊屏蔽方式、查询式中断的服务方式、选择要读出的寄存器——由OCW3完成;14如何对8259A进行初始化编程(包括单片使用和双片使用)?在单片8259A系统中,初始化时按顺序依次写入ICW1、ICW2、和ICW4;在双片8259A系统中,初始化时要按顺序依次写入ICW1、ICW2、ICW3和ICW4。
18中断结束命令安排在程序的什么地方?在什么情况下要求发中断结束命令?为什么?中断结束命令一般安排在中断服务程序中,在中断服务完成,中断返回指令(IRET)之前。
在8259A工作于非自动结束方式时,要送中断结束命令。
因为这种方式,即使中断已经服务完毕,ISR中的对应位也不会自动清0,这样就使得低优先级的中断和同级中断得不到应有的响应。
通过发中断结束命令,将服务完的中断级在ISR中的对应位清0,以便开放同级和低级中断。
习题七1、可编程并行接口芯片8255A面向I/O设备一侧的端口有几个?其中C口的使用有哪些特点?8255A面向I/O设备一侧有3个8位的端口:A口、B口和C口,或者说有2个8位的端口(A口、B口)和2个4位的端口(C上、C下)。
其中,C口比较特殊,它的特点主要有:作为数据口,可分为两个独立的4位口(C上、C下)使用;1方式和2方式时,C口的部分引脚作为A、B口的固定联络信号线;1方式和2方式时,C口作为状态口使用;C口的引脚可以用按位置/复位命令字进行按位控制。
3、“由于按位置/复位命令字是对C口进行操作,所以可以写到C口”,这句话对吗?为什么?这句话不对,因为“按位置/复位命令字”是命令字的格式,必须写入到控制口,如果写入到C口就作为一个普通的数据,完成的功能完全不同。
5、可编程并行接口芯片8255A有哪几种工作方式?各自的特点何在?8255A有3种工作方式,其中A口可工作于方式0、方式1和方式2;B口只能工作于方式0和方式1。
方式0的特点:①是基本输入/输出方式,输出有锁存功能,输入有缓冲功能,采用无条件方式或查询方式与CPU交换信息;②2个8位口和2个4位口,24根I/O信号线全部由用户控制;③无专用联络信号线;无固定时序;无确定的状态字;④单向I/O方式1的特点:①是选通(应答)输入/输出方式,输入、输出都具有锁存功能,采用查询方式或中断方式与CPU交换信息;②A、B口作为数据口,C口部分引脚作专用联络信号线,这些信号线用户不能指定为其他用途;③有专用联络信号线;有固定时序;有确定的状态字;④单向I/O方式2的特点:①A口为双向选通(应答)输入/输出方式,采用查询方式或中断方式与CPU交换信息;②有专用联络信号线;有固定时序;有确定的状态字;联络线定义、时序及状态字都是方式1输入和输出的组合。