第8章 指令系统
计算机组成原理第8章习题指导
第8章CPU的结构和功能例8.1假设指令流水线分取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、回写(WR)四个过程段,共有10条指令连续输入此流水线。
(1)画出指令周期流程。
(2)画出非流水线时空图。
(3)画出流水线时空图。
(4)假设时钟周期为100ns,求流水线的实际吞吐率。
(5)求该流水处理器的加速比。
解:(1)根据指令周期包括IF、ID、EX、WR四个子过程,图8.1(a)为指令周期流程图。
(2)非流水线时空图如图8.1(b)所示。
假设一个时间单位为一个时钟周期,则每隔4个时钟周期才有一个输出结果。
(3)流水线时空图如图8.1(c)所示。
由图可见,第一条指令出结果需要4个时钟周期。
当流水线满载时,以后每一个时钟周期可以出一个结果,即执行完一条指令。
(a)指令周期流程(b) 非流水线时空图(c) 标准流水线时空图图8.1 例8.1答图(4)由图8.1(c)所示的10条指令进入流水线的时空图可见,在13个时钟周期结束时,CPU执行完10条指令,故实际吞吐率为:10/(100ns×13) ≈ 0.77×107条指令/秒(5)在流水处理器中,当任务饱满时,指令不断输入流水线,不论是几级流水线,每隔一个时钟周期都输出一个结果。
对于本题四级流水线而言,处理10条指令所需的时钟周期数为T4 = 4 +(10 −1)= 13。
而非流水线处理10条指令需4×10 = 40个时钟周期。
故该流水处理器的加速比为40 ÷13 ≈ 3.08 例8.2设某机有四个中断源1、2、3、4,其硬件排队优先次序按1→2→3→4降序排列,各中断源的服务程序中所对应的屏蔽字如表8.1所示。
表8.1 例8.2各中断源对应的屏蔽字中断源 屏蔽字1 2 3 41 1 1 0 12 0 1 0 03 1 1 1 14 0 1 0 1(1)给出上述四个中断源的中断处理次序。
(2)若四个中断源同时有中断请求,画出CPU执行程序的轨迹。
第8章 ARM系列单片机原理与应用
8.1.3
常用ARM系列单片机选型指南
8.1
存储器
Philips LPC系列32位ARM微控制器选型指南
定时/计数器 模-数转换 CA N W D T 串行接口 I/O 通 道 数 CPU 电压 /V I/O 电压 /V 最高 频率 /M Hz
型号
RA M/ KB
Flash/ KB
IS P
IA P
核的LH79520,基于ARM922T核的LH7A400;等等。
8.1.3
常用ARM系列单片机选型指南
不同公司、不同型号的产品,功能性能各有千秋。这里仅以市 场上较常见、应用也较广的,Philips公司基于ARM7TDMI-S核生产 的LPC2100和LPC2200两个系列的32位ARM微控制器为例,给出它们中 主要型号的功能配臵,如表8.1所示。读者可以此作为选型指南,参 照其中的配臵来决定自己的芯片选型。
8/ 10x2
8/ 10x2 8/ 10x2
LPC2136
32
256
Y
Y
Y
Y
Y
1/10
-
Y
2
2
2
-
47
3.3
3.3
60
LQFP64
LPC2138
32
512
Y
Y
Y
Y
Y
1/10
-
Y
2
2
2
-
47
3.3
3.3
60
LQFP64
8.1.3
常用ARM系列单片机选型指南
8.1
存储器
Philips LPC系列32位ARM微控制器选型指南
公司在内的100多家公司,都与ARM公司建立了合作伙伴关系,采用了
微机原理习题集答案
第1章 概述1.电子计算机主要由.电子计算机主要由 运算器运算器 、 控制器控制器 、 存储器存储器 、 输入设备输入设备 和 输出设备输出设备 等五部分组成。
等五部分组成。
等五部分组成。
2. 运算器运算器 和 控制器控制器 集成在一块芯片上,被称作CPU CPU。
3.总线按其功能可分.总线按其功能可分 数据总线数据总线 、 地址总线地址总线 和 控制总线控制总线 三种不同类型的总线。
三种不同类型的总线。
4.计算机系统与外部设备之间相互连接的总线称为.计算机系统与外部设备之间相互连接的总线称为 系统总线(或通信总线)系统总线(或通信总线) ;用于连接微型机系统内各插件板的总线称为系统内总线(板级总线) ; CPU 内部连接各寄存器及运算部件之间的总线称为内部连接各寄存器及运算部件之间的总线称为 内部总线内部总线 。
5.迄今为止电子计算机所共同遵循的工作原理是迄今为止电子计算机所共同遵循的工作原理是 程序存储程序存储 和 程序控制程序控制 的工作原理。
的工作原理。
这种原理又称这种原理又称为 冯·诺依曼型冯·诺依曼型 原理。
原理。
第3章 微处理器及其结构1.8086/8088 CPU 执行指令中所需操作数地址由执行指令中所需操作数地址由 EU EU EU 计算出计算出计算出 16 16 16 位偏移量部分送位偏移量部分送位偏移量部分送 BIU BIU BIU ,由,由,由 BIU BIU BIU 最后最后形成一个形成一个 20 20 20 位的内存单元物理地址。
位的内存单元物理地址。
2.8086/8088 CPU CPU在总线周期的在总线周期的在总线周期的T1 T1 T1 时刻,用时刻,用时刻,用A19/S6A19/S6A19/S6~~A16/S3 A16/S3 输出输出输出 20 20 20 位地址信息的最高位地址信息的最高位地址信息的最高 4 4 4 位,而在位,而在其他时钟周期,则输出其他时钟周期,则输出 状态状态 信息。
单片微型计算机原理及应用_课后习题答案
《单片微型计算机原理及应用》习题参考答案姜志海刘连鑫王蕾编著电子工业出版社目录第1章微型计算机基础 (2)第2章半导体存储器及I/O接口基础 (4)第3章MCS-51系列单片机硬件结构 (11)第4章MCS-51系列单片机指令系统 (16)第5章MCS-51系列单片机汇编语言程序设计 (20)第6章MCS-51系列单片机中断系统与定时器/计数器 (26)第7章MCS-51系列单片机的串行口 (32)第8章MCS-51系列单片机系统扩展技术 (34)第9章MCS-51系列单片机键盘/显示器接口技术 (36)第10章MCS-51系列单片机模拟量接口技术 (40)第11章单片机应用系统设计 (44)第1章微型计算机基础1.简述微型计算机的结构及各部分的作用微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。
运算器是计算机处理信息的主要部分;控制器控制计算机各部件自动地、协调一致地工作;存储器是存放数据与程序的部件;输入设备用来输入数据与程序;输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。
通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机,而输入、输出设备则称为计算机的外部设备(简称外设)。
由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件,所以常将它们合称为中央处理单元CPU(Central Process Unit)。
2.微处理器、微型计算机、微型计算机系统有什么联系与区别?微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件(运算器和控制器)集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。
它具有解释指令、执行指令和与外界交换数据的能力。
其内部包括三部分:运算器、控制器、内部寄存器阵列(工作寄存器组)。
微型计算机由CPU、存储器、输入/输出(I/O)接口电路构成,各部分芯片之间通过总线(Bus)连接。
以微型计算机为主体,配上外部输入/输出设备、电源、系统软件一起构成应用系统,称为微型计算机系统。
第3章 8086(8088)CPU指令系统
20H 00H
00H 34H 12H
3000H:0000H
注: ◆基址因子BP访问默认为堆栈段 ◆不能同时取两个基址因子;也不 能同时去两个变址因子
16
+
3000H:3000H
AH
AL
第3章 8086/8088CPU指令系统
4.1.4 操作数寻址方式
●存储器寻址之相对基址加变址寻址(Base
9
第3章 8086/8088CPU指令系统
3.1.3 操作数寻址方式
4.1操作数寻址方式
所谓操作数的寻址方式,是在指令格式中怎样有效的表示出操 作数的存放位臵,CPU在执行该指令时,按照指令格式中的表示找 到并对数据进行存取。 1.立即寻址(Immediate Addressing) 立即寻址中的操作数作为指令的一 部分存放在代码段中,在取指阶段数据 随指令一起被取到CPU,这种数据在指 令格式中的直接表现为常数。 如:MOV AL,34H
2
第3章 8086/8088CPU指令系统
汇编语言指令或符号指令:用字母和其它一些符 号组成的“助记符”与操作数等表示的指令称为汇编 语言指令或符号指令。 例如: MOV AX, BX ; AX←BX 而其二进制代码(机器代码)为89D8H,就是 1000 1001 1101 1000 B 不易理解,不易记忆。助记符是MOV。
操作码
操作数
4
第3章 8086/8088CPU指令系统
3.1.1 8086/8088指令格式
4.1操作数寻址方式
8086/8088机器指令格式通常1-6个字节组成。典型的指令格式 由2个字节组成,如下图所示。
操作码 D W MOD REG R/M
计算机组成原理 指令系统
本章所讨论的指令,是机器指令
本章学习内容
4.1 指令格式 4.2 寻址技术 4.3 堆栈与堆栈操作 4.4 指令类型
本章学习要求
理解:指令的基本格式以及不同地址码(3、2、1 、0地址)的双操作数指令的区别 理解:规整型指令和非规整型指令的特点 掌握:扩展操作码的方法 理解:编址单位和指令中地址码的位数与主存容量 、最小寻址单位的关系 掌握:基本的数据寻址方式和有效地址EA的计算方 法 掌握:自底向上的存储器堆栈的概念及堆栈的进、 出栈操作 理解:常用指令的特点
当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后
• 可扩大指令的寻址范围
• 可缩短指令字长 • 可减少访存次数 当指令的地址字段为寄存器时
三地址
二地址 一地址
OP R1, R2, R3
OP R1, R2 OP R1
• 可缩短指令字长 • 指令执行阶段不访存
EXP 某指令字长为16位,每个地址码为6位,扩 展操作码技术,设有14条二地址指令,100条一 地址指令,100条零地址指令: 1)画出扩展图 2)计算操作码平均长度 3)指令译码逻辑
1.规整型
操作码字段的位数和位置是固定的。 假定:指令系统共有m条指令,指令中操 作码字段的位数为N位,则有如下关系式: N≥log2 m 规整型编码对于简化硬件设计,减少指 令译码的时间是非常有利的。 IBM 370机(字长32位)的指令可分为 三种不同的长度,不论指令的长度为多少位,其 中操作码字段一律都是8位。
指令长度可以等于机器字长,也可以大于或 小于机器字长。 在一个指令系统中,若所有指令的长度都是 相等的,称为定长指令字结构;若各种指令的长 度随指令功能而异,称为变长指令字结构。
课后习题七(第八、九、十章)
课后习题(第八、九、十章)1、CPU是指( B )A. 控制器B. 运算器和控制器C. 运算器、控制器和主存D. 运算器、控制器、主存和I/O2、指令周期是( C )A. CPU执行一条指令的时间B. CPU从主存取出一条指令的时间C. CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间D. 对应于不同的指令,时间长短一致3、同步控制是( B )A. 只适用于CPU控制的方式B. 由统一时序信号控制的方式C. 所有指令执行时间都相同的方式D. 具有应答联络控制信号的方式4、异步控制常用于( A )A. CPU访问外设时B. 微程序控制中C. 微型机的CPU控制中D. CPU访问主存时5、下列说法中( C )是正确的A. 指令周期等于机器周期B. 指令周期小于机器周期C. 指令周期大于机器周期D. 指令周期是机器周期的两倍6、下列说法中( A )是错误的A. 计算机的速度完全取决于主频B. 计算机的速度不完全取决于主频C. 计算机的速度与主频、机器周期内平均含主振周期数有关D. 计算机的速度与机器的平均指令执行速度有关24、微程序控制器中,机器指令与微指令的关系是( B )A. 每一条机器指令由一条微指令来执行B. 每一条机器指令由一段微指令编成的微程序来解释执行C. 一段机器指令组成的程序可由一个微程序来执行D. 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行26、Intel 8086 CPU是( B )A. 8位微处理器B. 16位微处理器C. 32位微处理器D. 准16位微处理器28、控制器的控制方式中,局部控制( B )A. 和异步控制相同,都不存在基准时标系统B. 属于同步控制,它和中央控制的基准时标是保持同步的C. 属于同步控制并有独立的时标系统,与中央控制的基准时标系统无关D. 属于异步控制,它和中央控制的基准时标应答联络33、隐指令是指( B )A. 操作数隐含在操作码中的指令B. 指令系统中没有的指令C. 在一个机器周期里完成全部操作的指令D. 用户特殊使用的指令34、中断向量可提供( C )A. 被选中设备的地址B. 传送数据的起始地址C. 中断服务程序入口地址D. 主程序的断点地址36、同步通讯之所以比异步通讯具有较高的传输率是因为( E )A. 同步通讯不需要应答信号B. 同步通讯方式的总线长度较短C. 同步通讯用一个公共的时钟信号进行同步D. 同步通讯中各部件存取时间比较接近E. 以上各项因素综合的结果40、下述( D )种情况会提出中断请求A. 产生存储周期“窃取”B. 一次I/O操作结束C. 两数相加结果溢出D. 上述B、C两项41、中断发生时,程序计数器内容的压栈保护,是由( C )完成的A. 压栈指令B. 转移指令C. 中断隐指令D. 中断服务程序44、在中断响应周期,置“0”中断允许触发器是由( A )完成的A. 硬件自动B. 关中断指令C. 程序员在编制中断服务程序时设置的D. 开中断指令45、采用DMA方式传送数据时,每传送一个数据要占用( C )的时间A. 一个指令周期B. 一个机器周期C. 一个存储周期D. 一个时钟周期46、DMA 方式( B )A. 既然能用于高速外围设备的信息传送,也就能代替中断方式B. 不能取代中断方式C. 是一种纯粹的软件方式D. 是一种操作时与主存无关的操作方式47、I/O编址方式通常可分为统一编址和不统一编址,( B )A. 统一编址就是将I/O地址看作是存储器地址的一部分,可用专门的I/O指令对设备进行访问B. 不统一编址是指I/O地址和存储器地址是分开的,所以对I/O访问必须有专门的I/O指令C. 统一编址是指I/O地址和存储器地址是分开的,所以用访存指令实现CPU对设备的访问D. 不统一编址就是将I/O地址看作是存储器地址的一部分,但对I/O访问必须有专门的I/O指令48、带有处理器的终端一般被称为( B )A. 交互式终端B. 智能终端C. 远程终端D. 移动终端49、目前在小型机和微型机里普遍采用的字母与字符编码是( C )A. BCD码B. 十六进制代码C. ASCII码D. 补码以下为书上相关例题50、某机器字长16位,主存按字节编址,转移指令采用相对寻址,由2字节组成,第一个字节为操作码字段,第二字节为相对位移量字段。
第8章 几种典型的单片机
态锁存器将复用的地址与数据信号分离(见图8―7),这
样就可获得扩展外存与外设所需的全部总线信号。
第8章 几种典型的单片机
图8―7 8098系统总线形成电路
第8章 几种典型的单片机
4. 芯片配置寄存器CCR
为了使外接电路尽可能简化,8098提供了多种总 线控制方式与就绪控制方式,以便使用户可以有选择 地定义总线控制信号及选择插入总线周期中等待状态 周期数。这些方式的选择取决于CCR的设置。 CCR是1个独立于SFR的重要寄存器,它不能直接 寻址。当系统复位时,片内RAM2018H单元中的芯片 配置字节被自动送入到CCR中。CCR的数据格式如图
ROM/EPROM的8098、带8KB片内掩膜ROM的8398及 带8KB片内EPROM的8798。
1.内部结构
8098单片机内部结构如图8―1所示。它包含16位
CPU、片内8KBROM/EPROM(8398或8798)、高速输入
/输出(HSI/HSO)口、4个多用途I/O口、全双工串行口、 4路10位A/D转换器、脉宽调制(PWM)器、1个16位
第8章 几种典型的单片机
·P0口4位高输入阻抗端口,可作为数字量输入口(4
位 P0.4~P0.7) , 也 可 作 为 模 拟 量 输 入 口 (4 路 ACH4~ACH7)。无论用P0口作数字输入还是模拟输入, 都应通过VREF向P0口提供电源。 ·P2口4位多功能口,可作为数据输入/输出口(P2.0、 P2.1、P2.2、P2.5),还可用作其他控制(P2.0可用作串 口发送端TXD,P2.1可用作串口接收端RXD,P2.2可 用 作 外 中 断 输 入 端 EXTINT , P2.5 可 用 作 脉 宽 调 制
第8章 几种典型的单片机
计算机组成习题5,6,8,9章答案
0002H:000AH0007H:000AH
0003H:0002H0008H:0002H
0004H:0007H0009H:0003H
0005H:0004H000AH:0009H
0006H:0005H000BH:0008H
指令为双字长指令,格式如下:
操作码,寻址方式码,寄存器号(16位)
10.什么是中断嵌套?它解决了什么问题?如何才能实现中断嵌套?
略
11.中断源可以分为哪几类?各自有何特点?
略
12.有哪几种中断优先级排队方法?比较它们的优缺点。
略
13.解释下列名词:
(1)中断向量(2)中断隐指令(3)DMA(4)通道
(5)多重中断(6)单重中断(7)中断类型号(8)菊花链电路
略
14.假设有4个中断源A、B、C、D,硬件排队后,中断优先级从高到低依次为A→B→C→D。现在需要将4个中断源得到CPU响应的次序更改为C→A→D→B,写出各个中断源的中断服务程序中应该设置的中断屏蔽字。
答:EBH, 0AH.
6.13某机器内共有16个32位的通用寄存器,设计一种有60种操作,8种寻址方式的指令系统。假设指令字长等于机器字长,机器字长为32位,请回答:
(1)若主存可直接寻址或间接寻址,采用“寄存器-存储器”型指令,能寻址最大存储空间是多少?画出指令格式并说明各字段的含意。
(2)若采用通用寄存器作基址寄存器,则“寄存器-存储器”型指令的指令格式是怎样? 能寻址最大存储空间是多少?
答:B
6.10某机16位字长指令格式如下:
OP
M
D
其中:D是形式地址,采用补码表示(包括一位符号位);
M是寻址方式
M=0立即寻址;
S7-1500PLC应用技术 第8章 SCL编程语言
Date: 2023/6/26
Page: 5
8.2 SCL常用指令
• 指令介绍-IF
Date: 2023/6/26
Page: 6
8.2 SCL常用指令
• 指令介绍-CASE
Date: 2023/6/26
Page: 7
8.2 SCL常用指令
• 指令介绍-FOR
Date: 2023/6/26
Page: 8
SCL语言为在PLC中的应用做了相应的优化处理,它不仅包含PLC的典 型元素(例如,输入、输出、定时器或存储器)外,还包含了高级编程语 言的特性;例如采用表达式、赋值运算、运算符、高级函数等完成数据的 传送和运算,创建程序分支、选择、循环或跳转进行程序控制等。
Date: 2023/6/26
Page: 3
• 控制要求
系统有四台电动机,按下启动按钮,MOTOR_1先 启动,10s后MOTOR_2启动;MOTOR_2运行20s后, MOTOR_3启动;MOTOR_3运行30s后,MOTOR_4启动 。按下停止按钮,四台电动机同时停止。
Date: 2023/6/26
Page: 14
8.4 四台电动机顺序起动控制程序设计
《S7-1500PLC应用技术》
Date: 2023/6/26PageLeabharlann 1第 8 章 SCL编程语言
8.1 SCL编程语言简介 8.2 SCL常用指令介绍 8.3 SCL语言编程设计 8.4四台电动机顺序起动控制程序设计
2
Date: 2023/6/26
Page: 2
8.1 SCL编程语言简介
• SCL编程语言的特点
• 定时器指令应用电路
Date: 2023/6/26
计算机组成原理——指令系统5
15条二地址指令
12 位操作码
1111 1111 0000 1111 1111 0001 1111 1111 1110 … …
16 位操作码
1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 0001 1111 1111 1111 1111 … … …
…
… …
15条一地址指令
16条零地址指令
RISC
RISC——精简指令系统计算机 RISC的优点 RISC通过简化指令功能使计算机结构更为合理从而提高计算速度 RISC将原CISC中复杂指令用子程序代替 I增多,CPI大大减少 P减少
其中:I为目标程序的指令数、CPI每条指令平均周期数
故:指令执行时间P=I*CPI*T
RISC的特点 (1)优先选取使用频率高以及很有用但不复杂的指令。 (2)指令长度固定,指令格式、寻址方式种类少。 (3)除取数/存数指令外,其余指令操作都在寄存器之间。 (4)CPU中通用寄存器数量多。 (5)大部分指令在一个或小于一个机器周期内完成。 (6)以硬布线控制逻辑为主,不用或少用微码控制。 (7)一般用高级语言编程,重视编译优化工作。
• 指令执行阶段不访存 • A 的位数限制了立即数的范围
2. 直接寻址
EA = A 有效地址由形式地址直接给出
寻址特征
主存
LDA
A
A 操作数 ACC
• 执行阶段访问一次存储器
• A 的位数决定了该指令操作数的寻址范围
• 操作数的地址不易修改(必须修改A)
3. 隐含寻址
操作数地址隐含在操作码中
寻址特征
(1) 四地址
8
6
6
6
6
OP A1 A2 A3 A4
《微机原理及应用》各章习题参考答案
《微机原理及应用》各章习题参考答案第1章微型计算机概论一、填空题1. 微机硬件系统主要由CPU、(存储器)、(总线)、(输入输出接口)和输入输出设备组成。
2. 冯·诺依曼计算机的核心原理是(存储程序原理)3. 完成下列数制的转换1)10100110B=( 166 )D=( A6H )H2)223.25 =( 11011111.01 )B=( DF.4 )H3)1011011.101B=( 5B.A )H=(1001 0001.01100010 0101 )BCD4. 已知[X]补5. 已知A=10101111,B=01010000,则A∧B的结果为( 00000000 ) B=86H,则X的十进制表示形式为( -122 )6. -29H的8位二进制反码是(11010110 )B7.字符4的ASCII码=( 34 )H二、简答题1.冯.诺依曼计算机的结构是怎样的,主要特点有哪些?解:将计算机设计为由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等5个部分组成,所有的执行都以运算器为核心,采用存储程序工作原理。
2. 已知X=-1101001B,Y=-1010110B,用补码方法求X-Y=?解:[X-Y]补=[X+(-Y)]补= [X]补+[-Y] [X]补原=11101001B [X]补 [-Y]=10010111B原=01010110B=[-Y] [X-Y]补补= [X]补+[-Y]补X-Y=[[X-Y]=11101101B补]补=10010011=-0010011=-193. 写出下列真值对应的原码和补码的形式:1)X=-1110011B2)X=-713)X=+1001001B解:1)[X]原码=11110011B , [X]补码=10001101B2)[X]原码=11000111B, [X]补码=10111001B3)[X]原码=01001001, [X] 补码=01001001B=?4. 已知X和Y的真值,求[X+Y]补1)X=-1110111B Y=+1011010B2)X=56 Y=-215. 若与门的输入端A、B、C的状态分别为1、0、1,则该与门的输出端状态为?若将这3位信号连接到或门,那么或门的输出又是什么状态?解:由与和或的逻辑关系知,若“与”门的输入端有一位为“0”,则输出为“0”;若“或”门的输入端有一位为“1”,则输出为“1”。
第8章 罗克韦尔PLC工程设计开发应用
1.开关量控制系统的设计 (1)手动控制 (2)单次控制 (3)自动控制 【例8.1】 机械手控制系统线性程序设计。 机械手控制系统的控制要求如图8-2所示。机械手启动后,一个循环周期可分 为8步,分别为下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移。
(1)输入/输出地址分配如表8-2所示。 (2)由逻辑流程图设计程序,如图8-3所示。
接地;
模拟信号线的屏蔽问题,屏蔽线的始端和终端都要接地,信号线的屏蔽是 防止干扰的重要措施;
对某些高频信号要解决匹配问题,如果不匹配,很容易在信号传送中引进
干扰,使信息失真; 对信号进行滤波。
8.5.1 系统测试 1.系统调试内容 系统调试包括硬件调试、安装用户程序、系统功能的测试、记录程序修改、 保存和压缩程序等。
4.RAM数据错误的软件措施 因为RAM中保存的是各种原始数据、标志、变量等重要数据,如果遭到破坏, 会造成系统错误或停止运行,所以在PLC实时控制系统中,因干扰造成的RAM数 据错误会有比较严重的影响。 因此,在PLC控制系统中常采取的RAM数据错误的软件措施如下: 在RAM的重要区域的开始部分和结束部分各设置一个标志;
(2)模拟量点数
对于要求模拟量控制的系统,主要考虑PLC的最大模拟量点数是否能满足系 统要求,以及每个模块的点数。
2.PLC性能要求的估计 PLC性能要求的估计主要考虑是否有特殊控制功能要求,如高速计数器等、
机房离现场最远距离、现场对控制器响应速度要求等问题。
3.所需内存容量的估计 内存容量是PLC本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户 应用项目所使用的存储单元,因此程序容量小于存储器容量。 用户程序所需内存与下列因素有关: 逻辑量输入/输出点数估计; 模拟量输入/输出点数估计; 内存利用率估计; 程序编写者的编程水平估计。
第1章微机基础知识李朝青单片机原理及接口技术第3版ppt课件
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第一章 微机基础知识
§1.1 微处理器、微机和单片机的概念 §1.2 常用数制和编码 §1.3 数据在计算机中的表示 §1.4 89C51单片机 §1.5 思考题与习题
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§1.1 微处理器、微机和单片机的概念
§1.1.1 微处理器(机)的组成 §1.1.2 存储器和输入输出接口
部总线和外部的存储器和输入/输出接口电路联系。
外部总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线,统称为系统总线。 存储器包括RAM和ROM。
微计算机通过输入/输出接口电路可与各种外围设备联接。
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单片机原理及接口技术
图1-2 一个计算机模型
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单片机原理பைடு நூலகம்接口技术
1、运算器
1)、组成 2)、作用 3)、ALU的两个主要的输入来源 4)、运算器的两个主要功能
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1. BCD(Binary Coded Decimal)码——二十进制码
BCD码是一种二进制形式的十进制码,也称二十 进制码。它用4位二进制数表示1位十进制数,最 常用的是8421BCD码,见表1-2。
– 8421BCD码用0000H~1001H代表十进制数0~9, 运算法则是逢十进一。8421BCD码每位的权分别 是8,4,2,1,故得此名。
1.二进制:是“0”和“1”这样的数、逢2进位。按权展开时权的基 数为2。用后缀字母“B”表示。
如:1001=1×23+0×22+0×21+1×20 =9(十进制数)
2.十进制:是“0”—“9”之间的数、逢10进位。按权展开时权的 基数为10。用后缀字母“D”表示。
计算机指令系统
第一节 指令系统
编码方式 0操作数指令(只有操作码)
计算机重新启动指令reset 停机指令stop, halt,空操作 nop
指令格式为:操作码OP
1操作数(地址)指令
如自动“+1”、“-1”、“求反”,跳转 jmp 01
指令格式为:操作码OP 地址
第一节 指令系统
2操作数指令
一、传送指令 4.间接寻址 MOV Reg, [SReg]
间接寻址方式的操作数在存储器中。 操作数地址的偏移量包含在特殊寄存 器BX, BP, SI和DI之一中。 数据段寄存器DS加上SI, DI, BX中的 偏移量为操作数的地址。PA=[DS]16+[SI]
(2)举例 MOV AX,[SI] 寄存器,移位寄存器,加法器,地址总线,数据总 线
一个存储单元的数加上另一个存储单元 add A,B,或add A,10或add A,(10)
操作码OP 第一操作数A1 第二操作数A2 二地址指令在计算机中得到了广泛的应用, 但是在使用时有一点必须注意:指令执行 之后,A1中原存的内容已经被新的运算结 果替换了。第一节 指令系统 作数类型第一节 指令系统
指令系统的要求
完备性:完备性是指用汇编语言(机器指令) 可以编写任何种程序。 有效性:有效性是指利用该指令系统所编写 的程序能够高效率地运行。 兼容性:系列机各机种之间具有相同的基本 结构和共同的基本指令集,因而指令系统是 兼容的,即各机种上基本软件可以通用。 指令的表现形式是机器语言,机器语言一般通 过汇编来书写。
不断增加可实现复杂功能的指令和多种 灵活的编址方式,甚至某些指令可支持 高级语言语句归类后的复杂操作。一般 CISC计算机所含的指令数目至少300条 以上,有的甚至超过500条。 VAX11/780计算机有303条指令,18 种寻址方式。Pentium机也有191条指 令,9种寻址方式。
微处理器系统结构与嵌入式系统设计(第2版)第8章答案
微处理器系统结构与嵌⼊式系统设计(第2版)第8章答案8.1 ARM指令有哪⼏种寻址⽅式?试分别说明。
ARM指令系统⽀持的常见寻址⽅式有:寄存器寻址:1. 操作数存放在寄存器中;2.指令地址码字段给出寄存器编号(名);3.指令执⾏时直接取出寄存器值来操作;⽴即寻址:1. 操作数包含在指令当中;2. 指令地址码部分就是数据本⾝;3. 取指时就取出了可⽴即使⽤的操作数;寄存器间接寻址:寄存器移位寻址1. 操作数存放在寄存器中;2.指令地址码字段给出寄存器编号(名)及移位表达式;3.指令执⾏时取出寄存器值并移位,再将结果作为源操作数;寄存器间接寻址:1. 操作数存放在内存单元中;2.指令地址码字段给出 [寄存器编号(名)];3.指令执⾏时根据寄存器值(指针)找到相应的存储单元;基址变址寻址1. 操作数存放在内存单元中;2.指令地址码字段给出 [寄存器编号(名)]和偏移量;3.指令执⾏时将基址寄存器的内容与偏移量(<4K)相加/减,形成操作数的有效地址。
4. 常⽤于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。
多寄存器寻址/块复制寻址:1. 操作数存放在内存单元中;2.指令地址码字段给出 {寄存器编号(名)列表};3.编号⾼的寄存器总是对应内存中的⾼地址单元;4. 可完成存储块和16个寄存器或其⼦集之间的数据传送。
堆栈寻址:1. 操作数存放在内存栈顶单元中;2.指令地址码字段固定使⽤栈顶指针SP;3.指令执⾏时同多寄存器/块寻址,可完成多个数据的⼊栈和出栈;相对寻址:1. 操作数为指令存放地址;2.指令地址码字段为地址偏移量;3.指令执⾏时同基址寻址,由PC提供基地址根据偏移量完成跳转;8.2 指出下列指令操作数的寻址⽅式。
1)MOVE R1,R2 寄存器直接寻址2)SUBS R0,R0, #2 ⽴即寻址3)SWP R1,R1,[R2] 寄存器间接寻址4)STR R1,[R0,#-4]! 基址变址寻址5)LDMFD SP! , {R1~R4,LR} 多寄存器直接寻址6)ANDS R0,R0,R1,LSL R2 寄存器移位寻址7)STMIA R1!, {R2~R5,R8} 多寄存器直接寻址8)BL AGAIN 相对寻址8.3 ARM指令中的第⼆操作数有哪⼏种表⽰形式?举例说明。
计算机组成原理名词解释
2.ROM:只读存储器,一种只能读取数据不能写入数据的存储器。
3.SRAM:静态随机访问存储器,采用双稳态电路存储信息。
4.DRAM:动态随机访问存储器,利用电容电荷存储信息。
5.EDO DRAM:增强数据输出动态随机访问存储,采用快速页面访问模式并增加了一个数据锁存器以提高数据传输速率。
1.原码:带符号数据表示方法之一,一个符号位表示数据的正负,0代表正号,1代表负号,其余的代表数据的绝对值。
2.补码:带符号数据表示方法之一,正数的补码与原码相同,负数的补码是将二进制位按位取反后在最低位上加1.
3.反码:带符号数据的表示方法之一,正数的反码与原码相同,负数的反码是将二进制位按位取反
12.操作数寻址方式:指令中地址码的内容及编码方式。
13.系统指令:改变计算机系统的工作状态的指令。
14.特权指令:改变执行特权的指令,用于操作系统对系统资源的控制。
15.自陷指令:特殊的处理程序,又叫中断指令。
16.寻址方式:对指令的地址码进行编码,以得到操作数在存储器中的地址的方式。
10.快闪存储器:一种非挥发性存储器,与EEPROM类似,能够用电子的方法擦除其中的内容。
11.相联存储器:一种按内容访问的存储器,每个存储单元有匹配电路,可用于是cache中查找数据。
12.多体交叉存储器:由多个相互独立、容量相同的存储体构成的存储器,每个存储体独立工作,读写操作重叠进行。
5.外围设备:计算机的输入输出设备,包括输入设备,输出设备和外存储设备。
6.数据:编码形式的各种信息,在计算机中作为程序的操作对象。
7.指令:是一种经过编码的操作命令,它指定需要进行的操作,支配计算机中的信息传递以及主机与输入输出设备之间的信息传递,是构成计算机软件的基本元素。
计算机组成原理”统考试题分析
IAV..仅(dI+和f)II- d == f 大Bd约.=为1仅.150eI,1和0两0I,I数变I相成加浮,点阶数差阶为码32大0,约f为相3当30于,0f,=1被.5舍67去8e,3,再变减成d浮,点结数果阶为码0, 和Cf.相仅比较II,和结I果II为假。 D.仅III和IV
2012年真题
14.float类型(即IEEE754单精度浮点数 格式)能表示的最大正整数是: 分A析.:2126-2103 B.IE2EE17275-4单2精10度4 浮点数的真值为:
x=(-1)S×(1.M)×2E-127,其中M为23位
C.当2表1示27-最大21正03整数时: S=D0 .2128-2104
二、综合应用题(两大题,共23分) 43题(11分)分析计算题(指令执行和运算器):
涉及第2、5章 44题(12分)设计题(存储器):涉及第3章
第一章 计算机系统概论
2009年真题
11.冯·诺依曼计算机中指令和数据均以 二进制形式存放在存储器中,CPU区分它们 的依据是( ) A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元
出
(1)R1:86H,R5:90H,R6:7C
(2)m:-122,n:-10
(3)可以利用同一个加法器及辅助电路实现。因 为无符号整数和有符号整数都是以补码形式存储, 所以运算规则都是一样的。但是有一点需要考虑, 由于无符号整数和有符号整数的表示范围是不一 样的,所以需要设置不一样的溢出电路。
(4)判断溢出方法:
双符号位:
单符号位:
K2会发生溢出
2012年真题
13.在C语言中,int型占32位,short型占16位, 若有下列语句: unsigned short x=65530 unsigned int y=x 则执行分析后:,y的16进制表示为: A.000X0=6755F3F0AD=FFFAH B.高0位00补X0和0F,Y都F则F是A 无符号整数,由16位扩展到32位, C.FFFYF=0700F0FAFFFAH D.FFFF FFFA
第章指令系统-PPT精品
累加器A
40H
寄存器R0
50H
内部RAM:40H
30H
内部RAM:50H
10H
(1) MOV A,#20H (2) MOV A,40H (3) MOV A,R0 (4) MOV A,R0
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第一章 概述
(1) A=20H (2) A=30H (3) A=50H (4) A=10H
2) 以Rn为目的地址的传送指令(3条)
和POP 。
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第一章 概述
5、变址寻址(index addressing )
• 以DPTR或PC为基址寄存器,A为变址寄存器,两者 内容相加形成的16位程序存储器地址为操作数地址, 又称基址+变址寄存器间接寻址。
• 如 MOVC A,A+DPTR 功能:把DPTR和A的内容相加后得到的程序存储器 地址单元的内容送A。
内 部 RAM
65H
3A H
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寄存器间接寻址示意图(MOV A,R0 )
第一章 概述
寄存器间接寻址的寻址范围:
• R0或R1为间接寻址寄存器寻址①片内RAM的低128 单元和②片外RAM低256单元。
• DPTR作为间接寻址寄存器寻址 片外RAM64KB单元。 • SP作间接寻址寄存器寻址 堆栈区,操作指令PUSH
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第一章 概述
3.3 指令系统
MCS-51单片机指令系统包括111条指令,按功能 分为:
• 数据传送指令 • 算术运算指令 • 逻辑运算指令 • 控制转移指令 • 位操作指令
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第一章 概述
指令的书写规则表
符号 Rn Ri #data #data16 addr16 addr11 direct rel bit (X)
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8.1.1 指令字长
• 指令字长度 = 操作码长度 + 地址码长度(源 操作数地址长度和目的操作数地址长度)。
例1: DEC公司的PDP – 11是16位小型机中的重要 代表。它的基本指令字长16位,占主存两个字节, 但有些指令之后紧跟一个16位的地址或立即数, 或是紧跟两个16位地址或立即数,指令长度变为 32位或48位。其格式如下:
第8章 指令系统
要点:在计算机硬件系统的设计过程中,首 先要设计指令系统,然后硬件工程师根据设计 好的指令系统完成硬件CPU等功能设计,到实 施硬件电路。 软件工程师根据指令系统编制出系统软件和应 用程序。
8.1 指令格式
计算机指令是计算机硬件能够识别并直接执行 的操作命令,又称为机器指令。一条指令应包 括两方面信息: 操作码信息和地址码信息。指令 格式为:操作码OP 地址码AD 它是按照一定格式编制的二进制代码,所以机 器指令由二进制代码来表示。
8.3 指令类型
一台计算机指令系统从二三十条指令到几 百条指令不等,指令少计算机的功能、速度 等指标就弱,指令多则代表CPU的硬件投入 大,相应的指标就高。无论指令系统的规模 如何,都应具备基本指令类型功能,常见指 令类型包括: 1. 数据传送指令。将数据在主存与CPU寄存 器之间进行传输,即数据从一个地方传送到 另一个地方。汇编助记符有MOV或LD两套 常用符号。例MOV AX, BX或LD R1, (R2)。
(16位长)指令 (16位长)指令 地址/立即数(16位长) (16位长)指令 地址/立即数(16位长)地址/立即数(16位长)
例2: Intel 8086是曾经广泛使用的微处理器。它 采取1~6个字节的变长指令格式,如下所示, 第一个字节是操作码,表明该指令的操作功能; 第二个字节给出寻址方式与寄存器号;其后可 跟两个字节的位移量或立即数,或再跟两个字 节的立即数。
图8-5 寄存器间接寻址
5. 间接寻址方式 操作数的地址在主存储器中,如图8-6所示。 指令中给出的既不是操作数,也不是操作数 的地址,而是操作数地址的地址。存储器间 接寻址方式需要二次访问存储器才能找到操 作数,降低了指令执行速度。在汇编语言中 常在地址值外加上括号来代表存储器间接寻 址方式。如(2050),(0080)等。例ADD (2000),R2 指令, 表示源操作数的地址在第 2000号单元中,指令要从2000号单元中读地 址,再根据地址在内存中读取源操作数,与 R2内容相加,结果写入R2中。
8.2 寻址方式
定义:如何寻找指令以及指令中的数据称为 寻址方式。 寻址方式是规定如何对地址字段作出解释,以 找到操作数。
8.2.1 指令寻址方式
指令寻址:指令寻址方式在现代机中很简单, 由一个程序计数器(PC)提供下一条指令地 址。 具体过程:这个程序计数器每次从内存中取 出指令后(把指令放在指令寄存器里)自动 加1,准备好下一条指令的内存地址。重复此 动作,就可连续执行指令。 转移情况:只要把转移地址放入PC中,自然 就按照新地址开始执行。
2. 变长操作码,定长指令码。 操作码长度不固定,但指令码的长度固定。 这种设计当操作码变长时,地址码就缩短 (地址个数变少),但指令字总长不变。
例:设某机器的指令长度为16位,包括基本操作 码4位和三个地址字段,每个地址字段长4位,其 格式为:
15 14 13 12 OP 11 10 9 8 AD1 7 6 5 4 AD2 3 2 1 0 AD3
8.1.3 指令助记符
助记符:用一些比较容易记忆的文字符号来表 示指令中各种信息。 例:用ADD表示加法,SUB为减法;用MOV 表示数据传送等。 例:在地址码中常用R表示寄存器,A表示存 储单元。 例如: ADD R1 ,A 指令含义为作加法操作, 第一操作数(源操作数)在1号寄存器中,第 二操作数(目的操作数)在存储器A单元中 (A为十六进制数)。
图8-2 立即寻址
2. 直接寻址方式 操作数的地址直接在指令中给出,如图8 -3所示。这种寻址方式简单,不需作任何寻 址计算。由于直接地址值是指令的一部分,不 能修改,因此只能用于访问固定主存单元,或 者外部设备接口中的寄存器。例如ADD 2000, R2。译为内存2000单元的内容与R2寄存器内容 相加,结果放入R2中,2000为直接地址。
• 留下四种组合1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 和 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1作为进一步扩展操作码标志。 可继续扩展零地址指令。以上扩展方法如图8 -1所示。
图8-1 指令扩展操作码示意图
8.2.2 数据的寻址方式
数据寻址方式:立即寻址、直接寻址、寄存器 寻址、寄存器间接寻址、间接寻址、变址寻址 和基址寻址。
1. 立即寻址方式 操作数直接在指令中给出,如图8-2所示。 操作数占据一个地址码部分,在取出指令的 同时也取出了操作数,所以称为立即寻址。 这种方式不需要根据地址寻找操作数,所以 其指令的执行速度较快。因操作数是指令的 一部分,运行时不能修改,它只适用于提供 常数,设定初始值。汇编语言中为表示立即 数寻址,通常直接用数字表示, 有些计算机中 在数字前还加上一个#号。例如#03表示立即 数了,其指令为ADD R1, #03表示将R1寄存器 内容加上3。
图8-7 相对寻址
7. 变址寻址方式 操作数的地址是变址寄存器内容与形式地址 (地址数值)相加得到内存地址。变址寄存 器由指令给出,形式地址也由指令给出。如 图8-8所示。这种寻址方式适合于对一组数 据进行访问。当访问一个数据元素之后,只 要改变变址寄存器的值,该指令就可形成另 一个数据元素的地址。变址寄存器在有的机 器中指定某个寄存器为变址寄存器,大多数 计算机中有多个寄存器都可充当变址寄存器 角 色 。 如 3 0 0 ( R1),400(R3) 等 。 例 如 ADD R2,100(R1)指令中,100(R1)就是 变址寻址方式,此时R1 寄存器充当变址寄存 器,操作数地址等于R1的内容加上100。
• 4位基本操作码有16种组合,如全部用于表示三 地址指令,则只能有16条。但是,如将三地址指 令只设计为15条(0000 ~ 1110),则剩下的 1111编码用作扩展标志(指示AD1 4位不代表地 址,此时代表操作码),这样将第11~8位扩展 为操作码,AD2与AD3仍表示地址,此时指令变 为了二地址指令。
•
操作码OP指明该指令操作的性质及功 能:如是“+”加法操作还是“÷”除法 操作等。 • 地址码也称操作数地址,指明被操作的 数据来自什么地方,以及操作后的结果 存到哪里去;如“+”加法操作的加数与 被加数分别来自寄存器和主存,结果存 到主存。
地址码AD部分历史上出现过四地址指令、 三地址指令、二地址指令和一地址指令系统, 目前采用的是二地址指令系统。
9. 其他寻址 除上述外,还有块寻址和堆栈寻址等。 块寻址是对连续的数据块进行寻址,对于连续 存放的数据进行相同的操作,使用块寻址能有效 压缩程序长度,加快程序的执行。块寻址必须指 明块的首址和块长,或者指明块首址和末址。 堆栈寻址使用堆栈指令对堆栈进行操作时, 堆栈指令中的一个操作数地址是由堆栈指针SP隐 含指定,这种寻址方式称为堆栈寻址。 根据不同的计算机,寻址方式种类有多有少, 以上寻址方式是大多数计算机都包含的。上述寻 址方式中的某种,可能在有的计算机中稍作修改, 或差别较大,请读者按具体计算机中的说明理解。
操作码OP 源操作数地址A1目的操作数地址A2 四地址指令:指明操作结果存放的地址以及 下条机器指令在内存的位置。 三地址指令:提供两个操作数地址,还要指 明结果存放的地址。
• 二地址指令:(A1)OP(A2)→A2。操作结果存入 A2中替代原来的操作数A2内容,A2地址中原有 的内容被破坏。 • A1为源操作数地址,A2为目的操作数地址。 • 一地址指令:只给出一个操作数地址A,另一 个地址隐含给出,由一个事先约定的寄存器提 供目的操作数,运算结果也将存放于该寄存器 中,称该寄存器为累加器AC。
图8-6存储器间接寻址
6. 相对寻址方式 操作数的地址是程序计数器PC的值加上一个偏移量, 这个偏移量在指令地址码中给出,如图8-7所示。因 为访问的数据位置相对于指令的位置,因此称为相对 寻址方式。这种寻址方式下访问的操作数的地址是不 固定的;而是相对于该指令的位置。指令中给出的偏 移量可以是正值,也可以是负值,通常用补码表示。 在汇编语言中为表示相对寻址方式,一般在PC外加上 括号和偏移量的值。如100(PC),-200(PC)等。 例指令ADD 100(PC),R1 表示源操作数在PC值加 100的内存单元中,PC值由当前程序计数器给出,当 前PC值本身也是内存地址(代码段地址),100(PC) 即表示操作数存放在距现行指令100个单元处。
图8-3 直接寻址
3. 寄存器寻址方式 操作数在指定的寄存器中,寄存器号在指令中 给出,如图8-4所示。ADD 2000,R2指令中 目的操作数由R2寄存器提供,即目的操作数在 R2中。CPU中寄存器数量一般很少,从几个~ 几十个不等,因此指令中只需几位二进制就可 指定所有寄存器号,从而减少了整个指令的长 度。在汇编语言中为表示寄存器寻址,一般用 R代表寄存器,R后面的数字代表第几号寄存 器。如R0,R3表示0号寄存器和3号寄存器。
图8-4 寄存器寻址
4. 寄存器间接寻址方式 操作数的地址在寄存器中,如图8-5所示。 指令中给出的是存放操作数地址的寄存器,寄 存器中的内容为内存地址。寄存器的位数较长 (一般为机器字长),足以访问整个内存空间, 这样既有效地压缩了指令长度,又解决了寻址 空间太小的问题。在汇编语言中常在寄存器名 外加上括号来代表寄存器间接寻址方式。如 (R1)、(R4)等。例ADD(R1),(R3) 指令,表示源操作数地址在R1中,目的操作数 地址在R3中,两个操作数分别从R3和R1指定的 内存单元中读出,相加后,结果再存回R3指定 的内存单元中。