微机原理与接口技术第二版课后习题答案,龚尚福版

微机原理与接口技术部分答案第二版

主编：龚尚福

2.2 8086微处理器由哪几部分组成？各部分的功能是什么？16355

【解】：按功能可分为两部分：总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）和执行单元EU （Execution Unit）。

总线接口单元BIU是8086 CPU在存储器和I/O设备之间的接口部件，负责对全部引脚的操作，即8086对存储器和I/O设备的所有操作都是由BIU完成的。所有对外部总线的操作都必须有正确的地址和适当的控制信号，BIU中的各部件主要是围绕这个目标设计的。它提供了16位双向数据总线、20位地址总线和若干条控制总线。

其具体任务是：负责从内存单元中预取指令，并将它们送到指令队列缓冲器暂存。CPU 执行指令时，总线接口单元要配合执行单元，从指定的内存单元或I/O端口中取出数据传送给执行单元，或者把执行单元的处理结果传送到指定的内存单元或I/O端口中。

执行单元EU中包含1个16位的运算器ALU、8个16位的寄存器、1个16位标志寄存器FR、1个运算暂存器和执行单元的控制电路。这个单元进行所有指令的解释和执行，同时管理上述有关的寄存器。EU对指令的执行是从取指令操作码开始的，它从总线接口单元的指令队列缓冲器中每次取一个字节。如果指令队列缓冲器中是空的，那么EU就要等待BIU通过外部总线从存储器中取得指令并送到EU，通过译码电路分析，发出相应控制命令，控制ALU数据总线中数据的流向。

2.3 简述8086 CPU的寄存器组织。

【解】：（1）通用寄存器：通用寄存器又称数据寄存器，既可作为16位数据寄存器使用，也可作为两个8位数据寄存器使用。当用作16位时，称为AX、BX、CX、DX。当用作8位时，AH、BH、CH、DH存放高字节，AL、BL、CL、DL存放低字节，并且可独立寻址。这样，4个16位寄存器就可当作8个8位寄存器来使用。

（2）段寄存器：段寄存器共有4个CS、DS、SS、ES。代码段寄存器CS表示当前使用的指令代码可以从该段寄存器指定的存储器段中取得，相应的偏移值则由IP提供；堆栈段寄存器SS指定当前堆栈的起始地址；数据段寄存器DS指示当前程序使用的数据所存放段的起始地址；附加段寄存器ES则指出当前程序使用附加段地址的起始位置，该段一般用来存放原始数据或运算结果。

（3）指针和变址寄存器：堆栈指针SP用以指出在堆栈段中当前栈顶的地址。入栈（PUSH）和出栈（POP）指令由SP给出栈顶的偏移地址。基址指针BP指出要处理的数据在堆栈段中的基地址，故称为基址指针寄存器。变址寄存器SI和DI用来存放当前数据段中某个单元的偏移量。

（4）指令指针与标志寄存器：指令指针IP的功能跟Z80 CPU中的程序计数器PC的功能类似。正常运行时，IP中存放的是BIU要取的下一条指令的偏移地址。它具有自动加1功能，每当执行一次取指令操作时，它将自动加1，使它指向要取的下一内存单元，每取一个字节后IP内容加1，而取一个字后IP内容则加2。某些指令可使IP值改变，某些指令还可使IP值压入堆栈或从堆栈中弹出。标志寄存器FLAGS是16位的寄存器，8086共使用了9个有效位，标志寄存器格式如图2.5所示。其中的6位是状态标志位，3位为控制标志位。状态标志位是当一些指令执行后，表征所产生数据的一些特征。而控制标志位则可以由程序写入，以达到控制处理机状态或程序执行方式的表征。

2.4 试述8086 CPU标志寄存器各位的含义与作用。

【解】：(1) 6个状态标志位的功能分别叙述如下：

CF(Carry Flag)——进位标志位。当执行一个加法(或减法)运算，使最高位产生进位(或借位)时，CF为1；否则为0。

PF(Parity Flag)——奇偶标志位。该标志位反映运算结果中1的个数是偶数还是奇数。当指令执行结果的低8位中含有偶数个1时，PF=1；否则PF=0。

AF(Auxiliary carry Flag)——辅助进位标志位。当执行一个加法(或减法)运算，使结果的低4位向高4位有进位(或借位)时，AF=1；否则AF=0。

ZF(Zero Flag)——零标志位。若当前的运算结果为零，ZF=1；否则ZF=0。

SF(Sign Flag)——符号标志位。它和运算结果的最高位相同。

OF(Overflow Flag)——溢出标志位。当补码运算有溢出时，OF=1；否则OF=0。

(2) 3个控制标志位用来控制CPU的操作，由指令进行置位和复位。

DF(Direction Flag)——方向标志位。它用以指定字符串处理时的方向，当该位置“1”时，字符串以递减顺序处理，即地址以从高到低顺序递减。反之，则以递增顺序处理。

IF(Interrupt enable Flag)——中断允许标志位。它用来控制8086是否允许接收外部中断请求。若IF=1，8086能响应外部中断，反之则不响应外部中断。

注意：IF的状态不影响非屏蔽中断请求(NMI)和CPU内部中断请求。

TF(Trap Flag)——跟踪标志位。它是为调试程序而设定的陷阱控制位。当该位置“1”时，8086 CPU处于单步状态，此时CPU每执行完一条指令就自动产生一次内部中断。当该位复位后，CPU恢复正常工作。

2.5 8086中，存储器为什么采用分段管理？

【解】：8086/8088的地址总线宽度为20位，其最大寻址空间是1MB。而其他微处理器则在实模式下只能访问前1 MB的存储器地址。实际上，实模式就是为8086/8088而设计的工作方式，它要解决在16位字长的机器里怎么提供20位地址的问题，而解决的办法是采用存储器地址分段的方法。程序员在编制程序时要把存储器划分成段，在每个段内地址空间是线性增长的。每个段的大小可达64KB，这样段内地址可以用16位表示。存储器分段的方法虽然给程序设计带来一定的麻烦，但这种方法可以扩大存储空间，而且对于程序的再定位也是很方便的。

2.6 什么是逻辑地址？什么是物理地址？如何由逻辑地址计算物理地址？

【解】：物理地址：完成存储器单元或I/O端口寻址的实际地址成为物理地址，CPU型号不同其物理地址也不同。物理地址是指CPU和存储器进行数据交换时实际所使用的地址，而逻辑地址是程序使用的地址。物理地址由两部分组成：段基址(段起始地址高16位)和偏移地址。前者由段寄存器给出，后者是指存储单元所在的位置离段起始地址的偏移距离。当CPU寻址某个存储单元时，先将段寄存器的内容左移4位，然后加上指令中提供的16位偏移地址而形成20位物理地址。在取指令时，CPU自动选择代码段寄存器CS，左移4位后，加上指令提供的16位偏移地址，计算出要取指令的物理地址。堆栈操作时，CPU自动选择堆栈段寄存器SS，将其内容左移4位后，加上指令提供的16位偏移地址，计算出栈顶单元的物理地址。每当存取操作数时，CPU会自动选择数据段寄存器(或附加段寄存器ES)，将段基值左移4位后加上16位偏移地址，得到操作数在内存的物理地址。

2.9 在80x86微机的输入/输出指令中，I/O端号通常是由DX寄存器提供的，但有时也可以在指令中直接指定00H～0FFH的端口号。试问可直接由指令指定的I/O端口数是多少？【解】：由于在80x86的输入/输出指令中，可以直接在00H~0FFH指定，所以直接由指令指定的I/O端口数是256。