第八章 8254
微型计算机原理及接口技术第8章8253
计数器/定时器的内部结构
8253内部包含三个完全一样的计数器/定时器通道， 每个通道的工作是完全独立的
每个通道包含：
① 一个8位控制字寄存器：由编程设定该通道的工作方式、读 写格式和数制
② 一个16位计数初值寄存器：由程序设定初始计数值，可分 成高8位和低8位两个部分，可作8位寄存器使用
③ 一个计数器执行部件（实际的计数器）：实际上是一个16 位减法计数器，它的起始值是初始寄存器的值，由程序设 定。可分成高8位和低8位两个部分
优点：电路结构简单，价格便宜，通过 改变电阻或电容值，可以在一定的定时 范围内改变定时时间
缺点：电路在硬件已连接好的情况下， 定时时间和范围就不能由程序来控制和 改变，而且定时精度也不高
555定时器外部引脚和内部结构
可编程硬件定时
定时原理：利用可编程定时器/计数器芯 片附加硬件电路实现定时
输出信号的波形由工作方式决定，同时还要受 到GATE引脚上的门控信号控制，它决定是否 允许计数
计数器/定时器的定时功能
当加到CLK引脚上的脉冲为精确的时钟脉 冲，可实现定时的功能。
定时时间决定于计数脉冲的频率和计数 器的初值。
定时时间＝时钟脉冲周期×预置的计数初值
计数器/定时器的计数功能
方式1：可编程单稳态输出方式
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用：①高电平或低电平均不起作用；
②只有在GATE发生由低到高的正跳变，输出OUT由高
到低跳变，并开始计数；③在计数过程中，若GATE产 生负跳变，不影响计数；④在计数器回0之前，GATE 又产生由低到高的正跳变，8253又将初始值装入，重 新开始计数，使生成脉冲加宽。 计数过程中OUT状态：保持低电平 计数结束OUT状态：发生由低到高的正跳变。 计数器回0后，是否重新计数：否 应用：用于定时
常用IO接口芯片
（5）并行接口可直接设置成用硬布线方式连接旳接口，也 可用可编程接口芯片构成可编程接口。
并行接口电路8255A
具有多种功能旳可编程并行接口电路芯片
最基本旳接口电路：三态缓冲器和锁存器 与CPU间、与外设间旳接口电路：状态寄存器
用PC6设置INTE1（输出） 用PC4设置INTE2（输入）
输入和输出中断经过
或门输出INTRA信号
PC3
INTRA
方式2双向时序
WR OBF INTR ACK
STB
IBF RD PA0～PA7 D0～D7
data-in data-out
data-out data-in
8255A旳应用
作为通用旳并行接口电路芯片， 825A具有广泛旳应用
方式2旳数据输入过程与方式1旳输入方式一样
方式2旳数据输出过程与方式1旳输出方式有一点 不同：数据输出时8255A不是在OBF*有效时向 外设输出数据，而是在外设提供响应信号ACK* 时才送出数据
方式2双向引脚
PA7~PA0
INTE1
PC6
PC7
INTE2 PC4 PC5
ACKA OBFA STBA IBFA
PC0
STBB IBFB
INTRB
输入缓冲器满信号 表达A口已经接受数据
中断允许触发器 PC2=1时 B口允许中断
中断祈求信号 祈求CPU接受数据
方式1输入联络信号
STB*——选通信号，低电平有效
由外设提供旳输入信号，当其有效时，将输入设备送 来旳数据锁存至8255A旳输入锁存器
IBF——输入缓冲器满信号，高电平有效
微机原理与接口技术总复习
微机原理与接⼝技术总复习微机原理与接⼝技术总复习第⼀部分：填空题第⼀章微机的基本知识1.1基本知识结构微机的构成（包括硬件：主机+外设；软件：操作系统+编译程序+汇编程序+诊断程序+数据库等）微机的⼯作原理和⼯作过程①⼯作原理（冯.诺依曼原理）②⼯作过程（取指令、分析指令、执⾏指令）③控制器的两个主要功能了解微机的主要技术指标数的原码、反码、补码的表⽰⽅法及补码的运算⼆、⼋、⼗、⼗六进制数的表⽰及其相互转换ASCII码、BCD码的表⽰⽅法及其运算、修正原则⽆符号数与符号数的运算及其对标志位的影响1.2相关习题1.对于⼆进制数0110 1001B，⽤⼗进制数表⽰时为：105D；⽤⼗六进制数表⽰时为：69H。
BCD2.设机器字长为8位，最⾼位是符号位。
则⼗进制数–11所对应的原码为：10001011B。
3.已知某数的原码是10110110B，则其反码是11001001B ；补码是11001010B 。
4.⼀个8位⼆进制数⽤补码⽅式表⽰的有符号数的范围是-128~+127 。
第⼆章微处理器与系统结构2.1基本知识结构掌握8086CPU的内部结构与主要引脚信号功能1、内部结构（BIU与EU）组成与功能2、主要引脚信号AD0~AD15, A16/S3~A19/S6,（地址锁存的必要性）BHE, NMI, INTR, INTA, HOLD, HLDA, RESET,READY, ALE, DEN，LOCK，RD，WR，M/IO。
熟悉8086 CPU 内部寄存器阵列了解8086最⼤组态与最⼩组态的区别熟悉存储器物理地址的⽣成及存储器组织20位地址如何⽣成；存储器是如何组织的，字节、字、字符串在内存中是如何存放的。
熟悉CPU中的标志寄存器及堆栈6个状态标志+3个控制标志；堆栈定义、堆栈组成及操作，为什么要设置堆栈？熟悉系统的输⼊/输出结构和基本总线周期（会画读、写周期基本时序图）2.2相关习题1.8086 CPU从功能上分为EU 和BIU 两部分。
第八章 可编程计数器定时器8253及其应用
LSB=4 CR=4
CLK GATE
OUT CRCE 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4
8253方式3 计数初值为奇数时的波形 CW=16H WR LSB=5
CR=5
CLK GATE OUT
CRCE
5 4
CRCE 2 5 2
CRCE 5 4
CRCE 4 3
8253方式0
两种特殊情况：
中途改变计数初值
CW=10H WR CR=3 CLK GATE OUT CR=3 LSB=3
LSB=3
CRCE 3 2
CRCE 1 3 2
1
0
8253方式1
2、方式1——可编程单稳态输出方式
时序图
CW=12H WR
LSB=3 CR=3
CLK GATE
OUT
CRCE
CRCE 3 2
1
0
8253方式1
工作过程
① 写入控制字，OUT立即变为高，并保持不变。 ② 写计数初值N，只有当GATE形成一个上升沿时，才在
下一个时钟脉冲的下降沿，将n装入实际计数器，同 时OUT由高变为低，开始减1计数（再来一个脉冲）。
③ 计数期间，OUT一直为低；当计数结束（计数值为0）
8253综述
Intel 8253是一种可编程的计数器/定时器芯片。 8253内部具有3个独立的16位计数器通道，通过对
它进行编程，每个计数器通道均有6种工作方式，并 且都可以按2进制或10进制2种格式进行计数，最高 计数频率能达到2MHz。 8253还可用作可编程方波频 率产生器、分频器、程控单脉冲发生器等。
教材第八章内容
第八章 可编程计数器/定时器8253及应用
操作系统第五版答案第8章复习题及习题解答
虚拟内存8.1 简单分页与虚拟分页有什么区别？简单分页：一个程序中的所有的页都必须在主存储器中程序才能正常运行，除非使用覆盖技术。
虚拟内存分页：不是程序的每一页都必须在主存储器的帧中来使程序运行，页在需要的时候进行读取。
8.2 解释什么是抖动。
虚拟内存结构的震动现象，在这个过程中处理器大部分的时间都用于交换块，而不是执行指令。
8.3 为什么在使用虚拟内存时，局部性原理是至关重要的？可以根据局部性原理设计算法来避免抖动。
总的来说，局部性原理允许算法预测哪一个当前页在最近的未来是最少可能被使用的，并由此就决定候选的替换出的页。
8.4 哪些元素是页表项中可以找到的元素？简单定义每个元素。
帧号：用来表示主存中的页来按顺序排列的号码。
存在位（P）：表示这一页是否当前在主存中。
修改位（M）：表示这一页在放进主存后是否被修改过。
8.5 转移后备缓冲器的目的是什么？转移后备缓冲器（TLB）是一个包含最近经常被使用过的页表项的高速缓冲存储器。
它的目的是为了减少从磁盘中恢复一个页表项所需的时间。
8.6 简单定义两种可供选择的页读取策略。
在请求式分页中，只有当访问到某页中的一个单元时才将该页取入主存。
在预约式分页中，读取的并不是页错误请求的页。
8.7 驻留集管理和页替换策略有什么区别？驻留集管理主要关注以下两个问题：（1）给每个活动进程分配多少个页帧。
（2）被考虑替换的页集是仅限在引起页错误的进程的驻留集中选择还是在主存中所有的页帧中选择。
页替换策略关注的是以下问题：在考虑的页集中，哪一个特殊的页应该被选择替换。
8.8 FIFO和Clock页替换算法有什么区别？时钟算法与FIFO算法很接近，除了在时钟算法中，任何一个使用位为一的页被忽略。
8.9 页缓冲实现的是什么？（1）被替换出驻留集的页不久又被访问到时，仍在主存中，减少了一次磁盘读写。
（2）被修改的页以簇的方式被写回，而不是一次只写一个，这就大大减少了I/O操作的数目，从而减少了磁盘访问的时间。
第八章__定时器计数器8253
3.
引脚及其功能
• 数据线D7～D0：双向、三态。用于将8253/8254芯片与 系统数据总线相连，在芯片与CPU之间传送数据、命令 、状态信息。 • A1A0：片内端口选择线，输入。这两根线一般接到系 统地址总线的A1、A0 上。当-CS=0时8253/8254芯片被 选中，这两位地址线用来选择片内四个端口地址(三个 计数器的端口和一个控制字寄存端口)，以便进行读写。 (当A1A0=00、01、10时，分别选计0、计1、计2） • 当A1A0=11时选中片内的控制寄存器，将命令字写入其 中。该控制寄存器只写，不可读。 • CLK：计数器时钟（计数脉冲）输入端。三个独立的 计数器，各自有一个独立的输入时钟脉冲信号CLK0、 CLK1、CLK2，每输入一个时钟脉冲信号CLK，计数器 中同步递减计数器CE的当前计数值便减1，进行计数或 定时控制。
2.
方式1（可编程单脉冲发生器）
• 在该方式中，写入方式命令字和装入计数初 值到计数寄存器后，计数器输出端OUT为高 电平。在GATE输入端出现一个上升沿后，计 数器使输出端OUT降为低电平，开始计数； 当计数值减到0，输出端恢复为高电平，完成 一个单脉冲输出过程。 显然输出端负脉冲的宽度与计数值的大小有 关，设预置计数值为N，计数时钟周期为TCLK， 那么输出负脉冲宽度就是N×TCLK。所以这是 一个可编程控制的单稳态发生器，如下图所 示。
(1) 控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位， 输出端OUT进入初始状态。该初始状态与工作方式有关， 设置成方式0时，OUT的初始状态为低电平，设置成其他工 作方式，OUT的初始状态为高电平。 (2) 初始值写入初值计数器CR以后，要经过一个时钟脉冲的 上升沿和下降沿，将初值送入计数执行单元，计数执行单 元从下一个时钟开始进行计数。 (3) 通常，在时钟脉冲CLK的上升沿对门控信号GATE进行采 样，各计数器的门控信号的触发方式与工作方式有关。在 方式0、方式4中，门控信号为电平触发；方式1、方式5中， 门控信号为上升沿触发；方式2、方式3中，即可用电平触 发，也可用上升沿触发。 (4) 在时钟脉冲的下降沿计数器进行计数。0是计数器所能 容纳的最大初值，因为用二进制计数时，16位计数器，0 相当于216，用BCD码计数时，0相当于104。
第八章 8254
方式5的基本功能：
1.方式0
2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
方式5是硬件触发选通方式。它与方式1很类似， 也是由硬件触发启动计数,差别在于OUT端产生的 是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。
方式5的工作特点：
硬件触发（GATE正跳变）启动计数。 当计数值计到0后，自动重新装入初值n，但 并不开始计数，而是待 GATE 端出现新的上 升沿后才重新作减1计数。
写入计数值 GATE
计数开始 计数结束 CE=0
方式1的工作特点
GATE上升沿启动计数 可重触发在（在CE=0前且GANTE 上升沿）
N->CR
重装计数值
方式1的定时波形（硬件可重触发单稳） CR送CE,并计数
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4
CLK WR GATE OUT
方式0 方式1 方式2 方式3 方式4 方式5
— — — — — —
计数结束中断方式 硬件可重触发单稳方式 速率波发生器方式 方波方式 软件触发选通方式 硬件触发选通方式
门控信号GATE的功能 输出信号OUT的波形 启动计数的条件和改变初值的影响
所有工作方式都应遵循以下规则：
① 控制字写入控制寄存器后，选择工作方式，同时使控制 逻辑电路复位，CR清零，输出信号OUT进入初始状态 （高电平或低电平）。 ②在时钟脉冲CLK的下降沿，计数器减“1”计数。 ③ 通常在时钟脉冲CLK的上升沿对门控信号GATE采样。 在不同工作方式下，对门控信号的触发方式有不同的要求。 ④计数初始值写入CR后，经过一个时钟周期，送入CE (方式0-4）； ⑤对于二进制数 0000H值最大（65536）.
微型计算机原理与接口技术第八章课后答案
第八章1. 8253芯片有哪几个计数通道？每个计数通道可工作于哪几种工作方式？这些操作方式的主要特点是什么？答：8253内部包含3个完全相同的计数器/定时器通道，即0～2计数通道，对3个通道的操作完全是独立的。
8253的每个通道都有6种不同的工作方式。
方式0——计数结束中断方式：当对8253的任一个通道写入控制字，并选定工作于方式0时，该通道的输出端OUT立即变为低电平。
要使8253能够进行计数，门控信号GATE 必须为高电平。
经过n十1个脉冲后，计数器减为0，这时OUT引脚由低电平变成高电平。
OUT引脚上的高电平信号，一直保持到对该计数器装入新的计数值，或设置新的工作方式为止。
在计数的过程中，如果GATE变为低电平，则暂停减1计数，计数器保持GATE有效时的值不变，OUT仍为低电平。
待GATE回到高电平后，又继续往下计数。
方式1——可编程单稳态输出方式：当CPU用控制字设定某计数器工作于方式1时，该计数器的输出OUT立即变为高电平。
GATE出现一个上升沿后，在下一个时钟脉冲的下降沿，将n装入计数器的执行部件，同时，输出端OUT由高电平向低电平跳变。
当计数器的值减为零时，输出端OUT产生由低到高的正跳变，在OUT引脚上得到一个n个时钟宽度的负单脉冲。
在计数过程中，若GATE产生负跳变，不会影响计数过程的进行。
但若在计数器回零前，GATE又产生从低到高的正跳变，则8253又将初值n装入计数器执行部件，重新开始计数，其结果会使输出的单脉冲宽度加宽。
方式2——比率发生器：当对某一计数通道写入控制字，选定工作方式2时，OUT端输出高电平。
如果GATE为高电平，则在写入计数值后的下一个时钟脉冲时，将计数值装入执行部件，此后，计数器随着时钟脉冲的输入而递减计数。
当计数值减为1时，OUT端由高电乎变为低电平，待计数器的值减为0时，OUT引脚又回到高电平，即低电平的持续时间等于一个输入时钟周期。
与此同时，还将计数初值重新装入计数器，开始一个新的计数过程，并由此循环计数。
微型计算机原理及接口技术知到章节答案智慧树2023年重庆大学
微型计算机原理及接口技术知到章节测试答案智慧树2023年最新重庆大学第一章测试1.单纯的微处理器不是计算机，单纯的微型计算机也不是完整的计算系统，它们都不能独立工作。
（）参考答案:对2.当运算结果各位全部为零时，标志位ZF＝0。
( )参考答案:错3.控制器是( )。
参考答案:根据指令完成操作功能的硬件4.寄存器中所存放的二进制数，可以是存储单元的地址号。
（）参考答案:对5.随着堆栈操作的进行，堆栈指示器SP的值会自动地发生变化。
（）参考答案:对6.存储系统分级方法的依据是程序访问的局部性原理。
（）参考答案:对7.以下叙述中，不正确的是（）。
参考答案:EPROM使用电擦除方式8.所有的I/O接口电路都需要数据端口、控制端口和状态端口。
( )参考答案:错9.地址总线的位数决定了内存的直接寻址范围。
（）参考答案:对10.总线标准的形成方式都是先有产品后有标准。
( )参考答案:错第二章测试1.指令的操作码部分主要用于给出计算机该做什么。
（）参考答案:对2.取出的指令的操作数，将经CPU的内总线送入指令寄存器IR，然后再送到指令译码器lD。
( )参考答案:错3.在8位的微处理器中，取指令、分析指令和执行指令是按一条指令接着一条指令的顺序串行完成的。
（）参考答案:对4.下面哪项功能不是由执行单元EU承担的？（）参考答案:取指令5.现代高档微机中普通采用了流水线结构，因此每条指令的执行时间明显缩短。
参考答案:错6.8086把1MB空间分为若干逻辑段，每段最多可含( )的存储单元。
参考答案:64KB7.存储器内部段与段之间是( )参考答案:都可以8.在80486微机系统中，其分段机制与CPU的工作方式有关。
（）参考答案:对9.在8086CPU中，BL是BX寄存器的高8位部分的名称。
（）参考答案:错10.在80486CPU中，CX是ECX寄存器的低16位部分的名称。
（）参考答案:对第三章测试1.以下关于指令的描述中，错误的是（）。
微机原理ch8
及其应用可编程计数器//定时器8253及其应用第八章可编程计数器主要内容§8-1 引言§8-2 8253的工作原理§8-2 8253的应用举例引言1 引言§8-1引言在微型计算机系统中，常需要用到定时功能。
例如：（1）按一定的时间间隔对动态RAM进行刷新；（2）扬声器的发声；（3）在计算机实时控制和处理系统中，按一定的采样周期对处理对象进行采样，或定时检测某些参数；（4）对外部事件进行计数。
这些情况下都需要用到定时信号，实现定时功能主要有三种方法：1、软件定时最简单的定时方法，完全由软件编程来控制改变定时时间，方便且节省费用；但CPU的利用率低，不通用。
2、不可编程的硬件定时使用不可编程器件设计数字电路实现计数或定时，但必须视要求改变电路参数，可以在一定的范围内改变定时时间。
在硬件已连接好的情况下，定时时间和范围就不能由程序来控制和改变，定时精度不高。
如：555及74LS190。
3、可编程的硬件定时可编程定时器/计数器电路利用硬件电路和中断方法控制定时，定时时间和范围完全由软件来确定和改变，并由微处理器的时钟信号提供时间基准，计时精确稳定。
与CPU并行工作，不占用CPU时间，应用比较广泛，如8253，8254。
§8-2 8253的工作原理一、8253的性能指标Intel 8253就是一种计数器/定时器芯片，被称为可编程间隔定时器(Programmable Interval Timer，PIT)。
性能指标如下：（1）NMOS，24脚双列直插式封装，+5V电源；（2）包含3个独立的16位计数器，最高计数频率高达2MHz；（3）所有的计数方式，操作方式都通过编程控制。
引脚图如下：二、8253内部结构和功能对照内部结构图，介绍8253内部的各组成部分的功能。
1、数据总线缓冲器是8253与系统数据总线的接口，由8位双向三态缓冲器构成，实现数据的输入和输出，通过编程确定8253的工作方式和时间常数。
《计算机硬件技术基础A》课程标准
《计算机硬件技术基础A》课程标准《计算机硬件技术基础A》课程标准（执笔⼈：邹逢兴审阅学院：机电⼯程与⾃动化学院）课程编号：0812103英⽂名称：The Basis of Computer Hardware Technology A预修课程：⼤学计算机基础，C语⾔程序设计/计算机程序设计，数字电⼦技术基础学时安排：60学时，其中讲授50学时，实践10学时。
学分：2.5⼀、课程概述（⼀）课程性质地位本课程是⼤学计算机基础教育的核⼼课程之⼀，更是⼯科各专业的重要学科技术基础课之⼀。
本课程具有⾃⾝的体系和特点，既有很强的理论性、系统性和完整性，⼜有很强的⼯程性、实践性。
它对于培养学员的⼯程实践能⼒、实际动⼿能⼒、科技创新能⼒，特别是应⽤计算机硬件为主技术思考、分析、解决部队武器装备中实际问题的能⼒，具有特殊重要的意义。
（⼆）课程基本理念本课程以下⾯基本教学理念指导教学活动的组织和实施：围绕⼀条主线（以计算机硬件技术为主线）突出两个结合（硬件与软件结合，理论与实践结合）狠抓三个基本（基本概念，基本原理，基本⽅法技能）坚持淡内强外（淡化内部原理，⽽强化外部接⼝及应⽤）锐意改⾰创新注重教学实效（三）课程设计思路(1) 从本课程在⼯科专业⼈才培养计划中的地位和作⽤出发，以总参军训与兵种部和教育部⾼教司/有关课程教学指导委员会对本课程教学的基本要求作为课程设计的总依据。
（2）在课程内容的选取上，应正确处理先进性与教学规律性的关系，⼒求做到基础性、系统性、科学性、实⽤性和先进性的统⼀。
（3）在教学内容的组织上，应符合计算机基础教学的固有规律、学科的内在联系和⼈的认知规律；内容的深度⼴度应根据本课程在⾮计算机专业中的地位和作⽤，以及⾮计算机专业⼈员学习计算机技术的特点和需要确定，并注意与其它相关课程的联系、渗透和分⼯、衔接。
（4）在教学环节的实施中，要从提⾼实效出发，重视改⾰创新、与时俱进，注重整体优化。
尤其在教学⽅法⼿段上，要注意探索使⽤有利于学员个性化、⾃主性学习的启发式、开放式、互动式教学⽅法，重视先进教学技术⼿段与传统教学⽅法⼿段的结合，合理运⽤多媒体课件和适度引⼊⽹络课程平台等现代数字化教学⼿段辅助教学，⼒求在最⼩课时优先的前提下让学⽣更多、更好地掌握相关的知识和技术，获得尽可能⾼的教学效率，提⾼课程教学效时⽐。
微机原理与接口技术课后习题答案 清华大学出版社
微机原理与接口技术课后部分习题参考答案第一章2. 第3项任务，根据状态标志位的状态决定转移方向。
3. 程序存储是将要执行的程序的全部指令存储到存储器中，程序控制指程序开始执行后，通过指令流控制数据或计算机，完成设定的任务。
4. 分BIU 总线接口部件和EI执行部件两大部件，其中总线接口部件BIU负责取指令和数据，执行部件EI负责执行指令及运算。
在执行一条指令的同时可以取下一条指令，重叠运行，速度快。
5. 有6个状态标志，分别为进位标志CF、溢出标志OF、零标志ZF、奇偶标志PF、负标志SF、辅助进位标志AF。
3个控制标志分别为中断允许标志IF、单步标志TF、方向标志DF。
标志位的内容可以通过标志位操作指令来操作，例如CLC指令清除进位位，即使CF=0，STC指令使CF=1，CLI指令使IF=0，禁止中断,STI指令使IF=1，允许中断。
还可以通过LAHF指令取来标识寄存器的内容修改后用SAHF指令送回去。
也可以用PU SHF/POPF指令来修改标志寄存器的内容。
6. 实模式下分段靠4个段寄存器实现。
段寄存器中的值就是段地址，当偏移地址为0时的段地址+偏移地址就是该段的起始地址。
物理地址是由段地址左移4位后与偏移地址相加形成的20位地址。
7. 说法不一定正确。
对顺序执行指令的计算机是对的。
对重叠或流水线的计算机就不对了。
例如对8086CPU，由于采用了取指令与执行指令的一次重叠，尽管执行一条指令的总时间并没有变化，但连续执行n条指令时，总的时间会大大缩短，可以简单的比喻成总时间为原时间的二分之一，快了一倍。
8. 引入流水线后，执行一条指令的总时间并没有变化。
9. 高速缓存的目的是提高存储器的速度，进而提高了CPU的速度。
虚拟存储器的目的是为了给程序员或程序一个大的存储或运行空间。
10。
8086采用总线接口部件BIU与执行部件EU分开提高了速度，286将8086的BIU进一步分成3个部件，提高了并行性。
计算机组成原理第八章课后部分答案解析
8、1 CPU有哪些功能？画出其结构框图并简要说明每个部件得作用。
解:CPU得主要功能就是执行存放在主存储器中得程序即机器指令、CPU就ALU:实现算逻运算寄存器:存放操作数CU:发出各种操作命令序列得控制部件中断系统:处理异常情况与特殊请求8、2 什么就是指令周期？指令周期就是否有一个固定值？为什么？解:指令周期:指取出并执行完一条指令所需得时间。
由于计算机中各种指令执行所需得时间差异很大,因此为了提高CPU运行效率,即使在同步控制得机器中,不同指令得指令周期长度都就是不一致得,也就就是说指令周期对于不同得指令来说不就是一个固定值。
8、3 画出指令周期得流程图,分别说明图中每个子周期得作用。
解:指令周期流程图取指周期:取指令间址周期:取有效地址执行周期:取操作数(当指令为访存指令时)中断周期:保存程序断点8、4 设CPU内有这些部件:PC、IR、SP、AC、MAR、MDR、CU。
(1)画出完成简洁寻址得取数指令“LDAX”(将主存某地址单元得内容取至AC中)得数据流(从取指令开始)。
(2)画出中断周期得数据流。
解:CPU中得数据通路结构方式有直接连线、单总线、双总线、三总线等形式,目前大多采用总线结构,直接连线方式仅适用于结构特别简单得机器中。
下面采用单总线形式连接各部件,框图如下:(1)LDAX指令周期数据流程图:(2)中断周期流程图如下:8、7 什么叫系统得并行性？粗粒度并行与细粒度并行有什么区别？解:并行性:包含同时性与并发性。
同时性指两个或两个以上得事件在同一时刻发生,并发性指两个或多个事件在同一时间段发生。
即在同一时刻或同一时间段内完成两个或两个以上性质相同或性质不同得功能,只要在时间上存在相互重叠,就存在并行性。
粗粒度并行就是指多个处理机上分别运行多个进程,由多台处理机合作完成一个程序,一般算法实现。
细粒度并行就是指在处理机得指令级与操作级得并行性。
8、8 什么就是指令流水？画出指令二级流水与四级流水得示意图,它们中哪一个更能提高处理器速度,为什么？解:指令流水:指将一条指令得执行过程分为n个操作时间大致相等得阶段,每个阶段由一个独立得功能部件来完成,这样n个部件可以同时执行n条指令得不同阶段,从而大大提高CPU得吞吐率。
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n=4
下一周期影响计数
4
3
2
1
0 4 3 2 1
4 0
3
4
1
0 4
n=5 3 2 1
5 0
4
GATE OUT
5.方式4
6.方式5
①
停止计数
重复周期
重装计数值
②
③
正常计数过程
门控信号的 作用
改变计数初 值的影响
方式2的应用:
产生矩形波分频
方式３的基本功能：
1.方式0
2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
写入计数值 GATEห้องสมุดไป่ตู้
计数开始 计数结束 CE=0
方式1的工作特点
GATE上升沿启动计数 可重触发在（在CE=0前且GANTE 上升沿）
N->CR
重装计数值
方式1的定时波形（硬件可重触发单稳） CR送CE,并计数
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4
CLK WR GATE OUT
①允许的最高计数频率不同； ②8254中有状态寄存器和状态锁存器，而8253没有； ③8254有读回命令，而8253没有。
8.2.3 内部端口寻址与读写控制
CS 0 0 0 0 0 0 0
RD
1 1 1 1 0 0 0
WR
0 0 0 0 1 1 1
A1
0 0 1 1 0 0 1
A0 0 1 0 1 0 1 0
方式0 方式1 方式2 方式3 方式4 方式5
— — — — — —
计数结束中断方式 硬件可重触发单稳方式 速率波发生器方式 方波方式 软件触发选通方式 硬件触发选通方式
门控信号GATE的功能 输出信号OUT的波形 启动计数的条件和改变初值的影响
所有工作方式都应遵循以下规则：
① 控制字写入控制寄存器后，选择工作方式，同时使控制 逻辑电路复位，CR清零，输出信号OUT进入初始状态 （高电平或低电平）。 ②在时钟脉冲CLK的下降沿，计数器减“1”计数。 ③ 通常在时钟脉冲CLK的上升沿对门控信号GATE采样。 在不同工作方式下，对门控信号的触发方式有不同的要求。 ④计数初始值写入CR后，经过一个时钟周期，送入CE (方式0-4）； ⑤对于二进制数 0000H值最大（65536）.
方式３是方波方式。OUT输出的是方波或近似方 波信号：
GATE=1 OUT 写入计数值 nTCLK
方式３的工作特点：
若计数初值 n 为偶数， OUT 输出周期为 n 个 CLK周期的标准方波。
若n为奇数，OUT端得到的是近似方波。
GATE 变低电平时停止计数 ; 而当 GATE 由低 重新变高时,重新由初值开始计数。
第八章定时器/计数器电路
2011.10.26
8.1.1 实现定时延时的控制方法
在计算机应用中， MPU和I/O设备需要时钟 和定时脉冲 ，实现定时/延时。
实现定时/延时的方法：
软件定时；
不可以编程硬件定时 ；
可编程硬件定时。
定时 = 计数 ！
8.1.2可编程定时器/计数器的典型结构和主要用途
……
8.2.可编程定时器/计数器芯片8254
8.2.1 基本功能
8254具有以下基本功能：
有3个独立的16位计数器通道 每个计数器可按二进制或十进制(BCD)计数 每个计数器可工作于6种不同工作方式 每个计数器允许的最高计数频率为10MHz (8253 为2MHz) 有读回命令(8253没有),可以读出当前计数单元的 内容和状态寄存器内容 每个计数器通道的逻辑功能完全相同，既可作 定时器用，又可作计数器用
③
GATE的影 响
初值为偶数的计数
初值为奇数的计数
方式3的应用:
产生方波分频
方式4的基本功能：
1.方式0 2.方式1 方式 4 是软件触发选通方式。它与方式 0 的功能 很相似，主要差别是计数结束时，在 OUT 端产生 的是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。
3.方式2
4.方式3 5.方式4 6.方式5
3
2
1
0
4.方式3
5.方式4 6.方式5
初始化后为 低电平
GATE
OUT
继续计数值 停止计数
①
INTR
②
门控信号的作用
③
INTR
正常计数过程
改变计数初值
注意：在时钟脉冲CLK的下降沿，计数器减“1”计数。 CPU写计数初值到CR后，CR内容并不立即装入CE。在下 一个CLK脉冲下降沿才将CR内容装入CE，该脉冲不计数。
式2可以连续自动工作，方式4由软件触发启动，方式5由硬件触发启动。
8.2.5 应用编程
与其他可编程芯片一样，为了使用8254，必 须通过读/写操作对它编程。包括：
初始化 编程
工作之前写入控制字，以确定每个 计数器通道的工作方式。 工作之前写入每个计数器通道的计 数初值。
数据 控制字寄存器 读 写 计数初值寄存器 控 计数器（计数工作单元） 制 逻 辑 片选 端口地址 状态锁存器 状态寄存器 输出锁存器 CLK
复位
准备就绪
GATE
OUT
可编程定时器/计数器的主要用途：
①以均匀分布的时间间隔中断分时操作系统，以便切换 程序； ②向I/O设备输出周期可控的定时信号； ③用作可编程波特率发生器； ④检测外部事件发生的频率或周期； ⑤统计外部某过程中某一事件发生的次数； ⑥作为向CPU的定时或定次数中断源；
在设置8254的工作方式时，需要注意上述六种工作方式的一些特点： 方式0, 1, 4的计数初始值无自动加载功能，当一次计数结束后，若要继续计 数，需要再次编程写入计数值； 方式2和方式3的计数初始值有自动加载功能，只要写入一次计数值，就可以 连续进行重复计数。 方式2, 4, 5的输出波形虽然相同，即都是宽度为一个时钟周期的负脉冲，但方
方式5的定时波形（硬件触发选题）
计数过程改变初 值不影响计数 硬件触发，以 新初值计数
1.方式0
2.方式1 3.方式2
CLK
WR
n=4 4 3 2 1 0 n=5 5 4 3 2 1 0
4
3
2
1
0
4.方式3
5.方式4 6.方式5
GATE
OUT
硬件触发 输出负脉冲 启动计数
正常计数
改变初值的影响
读/写操作说明
写计数通道0的CR 写计数通道1的CR 写计数通道2的CR 写控制寄存器 读通道0的OL或SL 读通道1的OL或SL 读通道2的OL或SL 无操作 禁止使用 无操作
0
1 0
0
× 1
1
×
1
× ×
1
× ×
1
8.2.4 六种工作方式
8254中各计数器通道均有6种工作方式可供选择:
RD WR A1 A0
CS
读写 控制 逻辑
计数 器通 道1
CLK1 GATE1
OUT1
控制字 寄存器
计数 器通 道2
CLK2 GATE2
OUT2
3通道共有！ 内部结构图
脉冲间隔不一定相同，而定时脉冲要求周期一定。
每个计数器既可用作计数器，又可用作定时器，差别在于：计数
8
SL
SR
CR：计数初值寄存器 CE：计数工作单元 CPU不能直接读写。 OL：输出锁存器 读回命令控制。 SR：状态寄存器 工作方式、OUT状态、 CR内容已装入CE状态。 SL：状态锁存器 读回命令控制。
方式5的基本功能：
1.方式0
2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
方式5是硬件触发选通方式。它与方式1很类似， 也是由硬件触发启动计数,差别在于OUT端产生的 是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。
方式5的工作特点：
硬件触发（GATE正跳变）启动计数。 当计数值计到0后，自动重新装入初值n，但 并不开始计数，而是待 GATE 端出现新的上 升沿后才重新作减1计数。
GATE=1 OU 写入计数值 T nTCLK
方式2的工作特点：
自动重复计数。
可由软件通过写计数初值启动,也可由GATE 上升沿启动。
GATE变低电平时停止计数;而当GATE由低 重新变高时,重新由初值开始计数。
方式2的定时波形：（n分频方式）
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3
方式3的定时波形
1.方式0 2.方式1 3.方式2
CLK
CR→CE，并立即 做CE-1操作。其他 方式是下一个CLK 下降！
WR
GATE OUT
n=4 4 2 0 4 2 0
n=5 42 0
重装计数值
420 4 20 420 4 222
4.方式3
5.方式4 6.方式5
标准方波
①
近似方波
②
停止计数
注意：启动条件是GATE正跳变，高电平对启动平无效；
1.方式0 2.方式1 3.方式2
4.方式3
5.方式4 6.方式5
方式5输出波形与方式4相同。两种工作方式的区 别是： 方式4为软件启动计数，即GATE＝1，写入 计数初始值时启动计数； 方式5为硬件启动计数，即先写入计数初始值， 由GATE的上升沿触发，启动计数。 方式1、5重触发条件都GATE正跳变区别： 方式1 要求是OUT变为高电平前，； 方式5 可以自动重新装入初值。
计数通道内部结构
基本工作原理：
写入控制字，设置工作方式，OUT处于工作方式对应初始状态，逻辑电 路复位， CR清零； 程序设置CR初值；CR内容送CE ； CLK对计数器CE减法计数;