微机原理与接口技术习题解答
第1章 微型计算机系统
〔习题1.1〕简答题
（1）计算机字长（Word）指的是什么？ （2）总线信号分成哪三组信号？
（3）PC机主存采用DRAM组成还是SRAM组成？ （4）Cache是什么意思？ （5）ROM-BIOS是什么？ （6）中断是什么？
（7）32位PC机主板的芯片组是什么？ （8）教材中MASM是指什么？
（9）处理器的“取指－译码－执行周期”是指什么？
（10）本课程的主要内容属于计算机系统层次结构中哪个层次？
〔解答〕
① 处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。 ② 总线信号分成三组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。 ③ PC机主存采用DRAM组成。
④ 高速缓冲存储器Cache是处理器与主存之间速度很快但容量较小的存储器。
⑤ ROM-BIOS是“基本输入输出系统”，操作系统通过对BIOS的调用驱动各硬件设备，用户也可以在应用程序中调用BIOS中的许多功能。
⑥ 中断是CPU正常执行程序的流程被某种原因打断、并暂时停止，转向执行事先安排好的一段处理程序，待该处理程序结束后仍返回被中断的指令继续执行的过程。
⑦ 主板芯片组是主板的核心部件，它提供主板上的关键逻辑电路。 ⑧ MASM是微软开发的宏汇编程序。
⑨ 指令的处理过程。处理器的“取指—译码—执行周期” 是指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。
⑩ 机器语言层，即指令集结构。
（学生很多认为是：汇编语言层。前4章主要涉及汇编语言，但本书还有很多处理器原理等内容） 〔习题1.2〕判断题
（1）软件与硬件的等价性原理说明软硬件在功能、性能和成本等方面是等价的。 （2）IA-结构是IA-32结构的位扩展，也就是Intel 结构。
（3）8086的数据总线为16位，也就是说8086的数据总线的个数、或说条数、位数是16。 （4）微机主存只要使用RAM芯片就可以了。
（5）处理器并不直接连接外设，而是通过I/O接口电路与外设连接。 （6）处理器是微机的控制中心，内部只包括5大功能部件的控制器。 （7）Windows的模拟DOS环境与控制台环境是一样的。 （8）16位IBM PC/AT机采用ISA系统总线。
（9）IA-32处理器吸取了RISC技术特长。RISC是指复杂指令集计算机。 （10）处理器进行读操作，就是把数据从处理器内部读出传送给主存或外设。 〔解答〕
① 错 ⑥ 错
② 错 ⑦ 错
③ 对 ⑧ 对
④ 错 ⑨ 错
⑤ 对 ⑩ 错
〔习题1.3〕填空题
（1）CPU是英文___________的缩写，中文译为___________，微型机采用___________芯片构成CPU。 （2）Intel 8086支持___________容量主存空间，80486支持___________容量主存空间。
（3）二进制16位共有___________个编码组合，如果一位对应处理器一个地址信号，16位地址信号共能寻址___________容量主存空间。
（4） DOS主要支持两种可执行文件，它们的扩展名分别是___________和___________。
（5）英文缩写ISA常表示PC机工业标准结构（Industry Standard Architecture）总线，也表示指令集
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结构，后者的英文原文是___________。
（6）Windows的文件夹对应的专业术语是___________。
（7）Pentium系列处理器的多媒体指令有___________，SSE，SSE2和___________类指令。 （8）Pentium处理器采用___________位数据总线与主存相连。
（9）最初由___________公司采用Intel 8088处理器和___________操作系统推出PC机。 （10）当前32位PC机主要采用___________总线连接I/O接口电路卡。 〔解答〕
① Central Processing Unit，处理单元，处理器 ② 1MB，4GB ③ 216，KB ④ EXE，COM
⑤ Instruction Set Architecture ⑥ 目录
⑦ MMX，SSE3 ⑧
⑨ IBM，DOS ⑩ PCI
〔习题1.4〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。
〔解答〕
CPU：CPU也称处理器，是微机的核心。它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。
存储器：存储器是存放程序和数据的部件。
外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（Input）设备和输出（Output）设备，也称I/O设备。I/O设备通过I/O接口与主机连接。
总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。
〔习题1.5〕什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、DSP芯片、嵌入式系统？
〔解答〕
通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在PC机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。
单片机：是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。
DSP芯片：称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。
嵌入式系统：利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统。
〔习题1.6〕综述Intel 80x86系列处理器在指令集方面的发展。
〔解答〕
8086奠定了基本的16位指令集，80286提供了保护方式的各种指令，80386将指令集全面提升为32位，80486融入了浮点数据处理指令，奔腾系列陆续增加了多媒体指令MMX、SSE、SSE2和SSE3，最新的奔腾4处理器还支持位指令集。
题外话：大家可以通过阅读相关资料、查询互联网获得更加详细的发展情况。可以考虑组织成一篇或多篇论文。
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〔习题1.7〕区别如下概念：助记符、汇编语言、汇编语言程序和汇编程序。
〔解答〕
助记符：人们采用便于记忆、并能描述指令功能的符号来表示机器指令操作码，该符号称为指令助记符。
汇编语言：用助记符表示的指令以及使用它们编写程序的规则就形成汇编语言。 汇编语言程序：用汇编语言书写的程序就是汇编语言程序，或称汇编语言源程序。 汇编程序：汇编语言源程序要翻译成机器语言程序才可以由处理器执行。这个翻译的过程称为“汇编”，完成汇编工作的程序就是汇编程序（Assembler）。
〔习题1.8〕区别如下概念：路径、绝对路径、相对路径、当前目录。系统磁盘上存在某个可执行文件，但在DOS环境输入其文件名却提示没有这个文件，是什么原因？
〔解答〕
路径：操作系统以目录形式管理磁盘上的文件，文件所在的分区和目录就是该文件的路径。
绝对路径：从根目录到文件所在目录的完整路径称为“绝对路径”。是保证文件唯一性的标示方法。 相对路径：从系统当前目录到文件所在目录的路径称为相对路径。 当前目录：用户当前所在的目录就是当前目录。
指明的路径不正确，或者执行了另外一个同名的文件。
〔习题1.9〕什么是摩尔定律？它能永久成立吗？
〔解答〕
每18个月，集成电路的性能将提高一倍，而其价格将降低一半。（1965年，Intel公司的创始人之一摩尔预言：集成电路上的晶体管密度每年将翻倍。现在这个预言通常表达为：每隔18个月硅片密度（晶体管容量）将翻倍；也常被表达为：每18个月，集成电路的性能将提高一倍，而其价格将降低一半。）
不能。由于电子器件的物理极限在悄然逼近，摩尔定律不会永远持续。
〔习题1.10〕冯·诺依曼计算机的基本设计思想是什么？
〔解答〕
采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址码组成。
将程序和数据存放在存储器中，计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念。
指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。 计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了5部分的基本功能。
〔习题1.11〕计算机系统通常划分为哪几个层次？普通计算机用户和软件开发人员对计算机系统的认识一样吗？
〔解答〕
最上层是用户层。
第5层是高级语言层。 第4层是汇编语言层。 第3层是操作系统层。 第2层是机器语言层。 第1层是控制层。
第0层是数字电路层。
普通计算机用户和软件人员对计算机系统的认识并不一样。普通计算机用户看到的计算机，也就是我
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们最熟悉的计算机，属于用户层，而软件人员看到的属于高级语言层或是汇编语言层。
〔习题1.12〕什么是系列机和兼容机？你怎样理解计算机中的“兼容”特性？例如，你可以用PC机为例，谈谈你对软件兼容（或兼容性）的认识，说明为什么PC机具有如此强大的生命力？
〔解答〕
系列机是指在一个厂家生产的具有相同计算机结构，但具有不同组成和实现的一系列（Family）不同档次、不同型号的机器。
兼容机是指不同厂家生产的具有相同计算机结构（不同的组成和实现）的计算机。
兼容是一个广泛的概念，包括软件兼容、硬件兼容、系统兼容等。其中软件兼容是指同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器，结果一样但运行时间可能不同。软件兼容可从机器性能和推出时间分成向上（向下）和向前（向后）兼容。例如32位PC机就陆续增加了对浮点处理指令、多媒体指令等的支持。在保证向后兼容的前提下，不断改进其组成和实现，延续计算机结构的生命，才使得PC机具有如此强大的生命力。
〔习题1.13〕英特尔公司最新Intel 80x86处理器是什么？请通过查阅相关资料（如英特尔公司网站），说明其主要特点和采用的新技术。 〔解答〕
酷睿2多核处理器。
〔习题1.14〕说明高级语言、汇编语言、机器语言三者的区别，谈谈你对汇编语言的认识。
〔解答〕
高级语言与具体的计算机硬件无关，其表达方式接近于所描述的问题，易为人们接受和掌握，用高级语言编写程序要比低级语言容易得多，并大大简化了程序的编制和调试，使编程效率得到大幅度的提高。而汇编语言是为了便于理解与记忆，将机器指令用助记符代替而形成的一种语言。汇编语言的语句通常与机器指令对应，因此，汇编语言与具体的计算机有关，属于低级语言。它比机器语言直观，容易理解和记忆，用汇编语言编写的程序也比机器语言易阅读、易排错。机器语言的每一条机器指令都是二进制形式的指令代码，计算机硬件可以直接识别。高级语言程序通常也需要翻译成汇编语言程序，再进一步翻译成机器语言代码。 〔习题1.15〕
为了更好地进行编程实践，请进入Windows操作系统下的控制台环境（或MS-DOS模拟环境），练习常用命令。
第2章 处理器结构
〔习题2.1〕简答题
（1）ALU是什么？
（2）8086的取指为什么可以被称为指令预取？
（3）Pentium的片上Cache采用统一结构还是分离结构？ （4）堆栈的存取原则是什么？
（5）标志寄存器主要保存哪方面的信息？
（6）执行了一条加法指令后，发现ZF＝1，说明结果是什么？
（7）汇编语言中的标识符与高级语言的变量和常量名的组成原则有本质的区别吗？ （8）汇编语言的标识符大小写不敏感意味着什么？
（9）汇编语言源程序文件中，END语句后的语句会被汇编吗？ （10）为什么将查找操作数的方法称为数据寻“址”方式？
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〔解答〕
① ALU是算术逻辑运算单元，负责处理器所能进行的各种运算，主要是算术运算和逻辑运算。 ② 取指是指从主存取出指令代码通过总线传输到处理器内部指令寄存器的过程。8086分成总线接口单元和指令执行单元，可以操作。在执行单元执行一条指令的同时，总线接口单元可以读取下一条指令，等到执行时不需要进行取指了，所以称为预取。
③ Pentium采用分离的Cache结构，一个用做指令Cache，一个用做数据Cache。 ④ 堆栈的存取原则是先进后出（也称为后进先出）操作方式存取数据。
⑤ 标志寄存器主要保存反映指令执行结果和控制指令执行形式的有关状态。 ⑥ 执行了一条加法指令后，发现ZF＝1，表明运算结果为0。 ⑦ 没有。
⑧ 汇编语言的标识符大小写不敏感，即表示字母大小写不同、但表示同一个符号。 ⑨ 不会。
⑩ 指令的操作数需要通过存储器地址或I/O地址，才能查找到数据本身，故称数据寻址方式。 〔习题2.2〕判断题
（1）程序计数器PC或指令指针EIP寄存器属于通用寄存器。
（2）处理器的指令译码是将指令代码翻译成它代表的功能的过程，与数字电路的译码器是不同的概念。
（3）EAX也被称为累加器，因为它使用最频繁。
（4）处理器的传送指令MOV属于汇编语言的执行性语句。
（5）汇编语言的语句由明显的4部分组成，不需要分隔符区别。
（6）80减90（80－90）需要借位，所以执行结束后，进位标志CF＝1。 （7）MASM汇编语言的注释用分号开始，但不能用中文分号。 （8）IA-32处理器在实地址方式下，不能使用32位寄存器。 （9）存储器寻址方式的操作数当然在主存了。
（10）保护方式下，段基地址加偏移地址就是线性地址或物理地址。 〔解答〕
① 错 ⑥ 对
② 对 ⑦ 对
③ 对 ⑧ 错
④ 对 ⑨ 对
⑤ 错 ⑩ 对
〔习题2.3〕填空题
（1）寄存器EDX是__________位的，其中低16位的名称是__________，还可以分成两个8位的寄存器，其中D8～D15部分可以用名称__________表示。
（2）IA-32处理器在保护方式下，段寄存器是__________位的。
（3）逻辑地址由__________和__________两部分组成。代码段中下一条要执行的指令由CS和__________寄存器指示，后者在实地址模型中起作用的仅有__________寄存器部分。
（4）进行8位二进制数加法：10111010＋01101100，8位结果是__________，标志PF＝__________。 （5）在实地址工作方式下，逻辑地址“7380H∶400H”表示的物理地址是__________，并且该段起始于__________物理地址。
（6）IA-32处理器有8个32位通用寄存器，其中EAX，__________，__________和EDX，可以分成16位和8位操作；还有另外4个是__________，__________，__________，和__________。
（7）IA-32处理器复位后，首先进入是__________工作方式。该工作方式分段最大不超过__________。 （8）MASM要求汇编语言源程序文件的扩展名是_____________，汇编产生扩展名为OBJ的文件被称为_____________文件，编写32位Windows应用程序应选择_____________存储模型。
（9）除外设数据外的数据寻址方式有3类，分别被称为_____________、_____________和_____________。
（10）用EBX做基地址指令，默认采用__________段寄存器指向的数据段；如果采用BP，EBP或SP，ESP作为基地址指针，默认使用__________段寄存器指向堆栈段。 〔解答〕
① 32，DX，DH ② 16
③ 段地址，偏移地址，EIP，IP
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④ 00100110，0
⑤ 73C00H，73800H
⑥ EBX，ECX，ESI，EDI，EBP，ESP ⑦ 实地址，KB
⑧ ASM，目标模块，FLAT
⑨ 立即数寻址、寄存器寻址和存储器寻址 ⑩ DS，SS
〔习题2.4〕处理器内部具有哪3个基本部分？8086分为哪两大功能部件？其各自的主要功能是什么？ 〔解答〕
处理器内部有ALU、寄存器和指令处理三个基本单元。 8086有两大功能部件：总线接口单元和执行单元。
总线接口单元：管理着8086与系统总线的接口，负责处理器对存储器和外设进行访问。8086所有对外操作必须通过BIU和这些总线进行。
执行单元EU：负责指令译码、数据运算和指令执行。
〔习题2.5〕8086怎样实现了最简单的指令流水线？
〔解答〕
8086中，指令的读取是在BIU单元，而指令的执行是在EU单元。因为BIU和EU两个单元相互、分别完成各自操作，所以可以并行操作。也就是说，在EU单元对一个指令进行译码执行时，BIU单元可以同时对后续指令进行读取；这就是最简单的指令流水线技术。 〔习题2.6〕
什么是标志？什么是IA-32处理器的状态标志、控制标志和系统标志？说明状态标志在标志寄存器EFLAGS的位置和含义。
〔解答〕
标志：用于反映指令执行结果或控制指令执行形式的一个或多个二进制数位。例如，有些指令执行后会影响有关标志位；有些指令的执行要利用相关标志。
状态标志：用来记录程序运行结果的状态信息。 控制标志：DF标志，控制字符串操作的地址方向。 系统标志：用于控制处理器执行指令的方式。
状态标志在标志寄存器EFLAGS中的位置和含义如下：
31 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 …… OF SF ZF AF PF CF
〔习题2.7〕举例说明CF和OF标志的差异。
〔解答〕
进位标志CF表示无符号数运算结果是否超出范围，超出范围后加上进位或借位，运算结果仍然正确；溢出标志OF表示有符号数运算结果是否超出范围，如果超出范围，运算结果已经不正确。
例1：3AH ＋ 7CH＝B6H
无符号数运算：58＋124＝182，范围内，无进位。 有符号数运算：58＋124＝182，范围外，有溢出。 例2：AAH + 7CH＝①26H
无符号数运算：170＋124＝294，范围外，有进位。 有符号数运算：－86＋124＝28 ，范围内，无溢出。
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〔习题2.8〕什么是8086中的逻辑地址和物理地址？逻辑地址如何转换成物理地址？请将如下逻辑地址用物理地址表达（均为十六进制形式）：
① FFFF∶0 ② 40∶17 ③ 2000∶4500 ④ B821∶4567
〔解答〕
物理地址：在处理器地址总线上输出的地址称为物理地址。每个存储单元有一个唯一的物理地址。 逻辑地址：在处理器内部、程序员编程时采用逻辑地址，采用“段地址：偏移地址“形式。某个存储单元可以有多个逻辑地址，即处于不同起点的逻辑段中，但其物理地址是唯一的。
逻辑地址转换成物理地址：逻辑地址由处理器在输出之前转换为物理地址。将逻辑地址中的段地址左移二进制4位（对应16进制是一位，即乘以16），加上偏移地址就得到20位物理地址。
① FFFFH:0＝FFFF0H ② 40H:17H＝00417H ③ 2000H:4500H＝24500H ④ B821H:4567H＝BC777H
〔习题2.9〕IA-32处理器有哪三类基本段，各是什么用途？
〔解答〕
IA-32处理器有代码段、数据段、堆栈段三类基本段。
代码段：存放程序的指令代码。程序的指令代码必须安排在代码段，否则将无法正常执行。
数据段：存放当前运行程序所用的数据。程序中的数据默认是存放在数据段，也可以存放在其他逻辑段中。
堆栈段：主存中堆栈所在的区域。程序使用的堆栈一定在堆栈段。
〔习题2.10〕什么是平展存储模型、段式存储模型和实地址存储模型？
〔解答〕
平展存储模型下，对程序来说存储器是一个连续的地址空间，称为线性地址空间。程序需要的代码、数据和堆栈都包含在这个地址空间中。
段式存储模型下，对程序来说存储器由一组的地址空间组成，的地址空间称为段。通常，代码、数据和堆栈位于分开的段中。
实地址存储模型是8086处理器的存储模型。它是段式存储模型的特例，其线性地址空间最大为1MB容量，由最大为KB的多个段组成。
〔习题2.11〕什么是实地址方式、保护方式和虚拟8086方式？它们分别使用什么存储模型？
〔解答〕
实地址方式：与8086具有相同的基本结构，只能寻址1MB物理存储器空间，逻辑段最大不超过KB；但可以使用32位寄存器、32位操作数和32位寻址方式；相当于可以进行32位处理的快速8086。实地址工作方式只能支持实地址存储模型。
保护方式：具有强大的段页式存储管理和特权与保护能力，使用全部32条地址总线，可寻址4GB物理存储器。保护方式通过描述符实现分段存储管理，每个逻辑段可达4GB。处理器工作在保护方式时，可以使用平展或段式存储模型。
虚拟8086方式：在保护方式下运行的类似实方式的运行环境，只能在1MB存储空间下使用“16位段”。 处理器工作在虚拟8086方式时，只能使用实地址存储模型。
〔习题2.12〕汇编语句有哪两种，每个语句由哪4个部分组成？
〔解答〕
汇编语句有两种：执行性语句（处理器指令）、说明性语句（伪指令）。
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每个语句有：标号、指令助记符、操作数或参数、注释4个部分组成。
〔习题2.13〕汇编语言程序的开发有哪4个步骤，分别利用什么程序完成、产生什么输出文件。 〔解答〕
汇编语言程序的开发有4个步骤：
编辑：用文本编辑器形成一个以ASM为扩展名的源程序文件。 汇编：用汇编程序将ASM文件转换为OBJ模块文件。
连接：用连接程序将一个或多个目标文件链接成一个EXE或COM可执行文件。 调试：用调试程序排除错误，生成正确的可执行文件。
〔习题2.14〕MASM汇编语言中，下面哪些是程序员可以使用的正确的标识符。
FFH，DS，0xvab，Again，next，@data，h_ascii，63b，.exit，small 〔解答〕
FFH，Again，next，h_ascii
〔习题2.15〕给出IA-32处理器的32位寻址方式和16位寻址方式的组成公式，并说明各部分作用。 〔解答〕
① 32位存储器寻址方式的组成公式
32位有效地址 ＝ 基址寄存器＋（变址寄存器×比例）＋位移量 其中的4个组成部分是：
·基址寄存器任何8个32位通用寄存器之一；
·变址寄存器除ESP之外的任何32位通用寄存器之一；
·比例可以是1，2，4或8（因为操作数的长度可以是1，2，4或8字节）； ·位移量可以是8或32位有符号值。 ② 16位存储器寻址方式的组成公式
16位有效地址 ＝ 基址寄存器＋变址寄存器＋位移量
其中基址寄存器只能是BX或BP，变址寄存器只能是SI或DI，位移量是8或16位有符号值 〔习题2.16〕说明下列指令中源操作数的寻址方式？假设VARD是一个双字变量。
（1）mov edx,1234h （2）mov edx,vard （3）mov edx,ebx （4）mov edx,[ebx]
（5）mov edx,[ebx+1234h] （6）mov edx,vard[ebx] （7）mov edx,[ebx+edi]
（8）mov edx,[ebx+edi+1234h] （9）mov edx,vard[esi+edi] （10）mov edx,[ebp*4] 〔解答〕
① 立即数 ② 直接 ③ 寄存器 ④ 寄存器间接 ⑤ 寄存器相对 ⑥ 寄存器相对 ⑦ 基址变址
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⑧ 相对基址变址 ⑨ 相对基址变址 ⑩ 带比例寻址
〔习题2.17〕使用本书配套的软件包（或者按照本书说明）创建MASM开发环境，通过编辑例题2-1和例题2-2程序、汇编连接生成可执行程序和列表文件，掌握汇编语言的开发。
第3章 数据处理
〔习题3.1〕简答题
（1）使用二进制8位表达无符号整数，257有对应的编码吗？
（2）字符“'F'”和数值46H作为MOV指令的源操作数有区别吗？
（3）为什么可以把指令“MOV AX, (34＋67H)*3”中的数值表达式看成是常量？ （4）数值500，能够作为字节变量的初值吗？
（5）为什么说“XCHG EDX,CX”是一条错误的指令？
（6）都是获取偏移地址，为什么指令“LEA EBX, [ESI]”正确，而指令“MOV EBX, OFFSET[ESI]”就错误？
（7）INC，DEC，NEG和NOT都是单操作数指令，这个操作数应该是源操作数还是目的操作数？ （8）大小写字母转换使用了什么规律？
（9）乘除法运算针对无符号数和有符号数，有两种不同的指令。只有一种指令的加减法如何区别无符号数和有符号数运算？
（10）逻辑与运算为什么也称为逻辑乘？ 〔解答〕
① 没有。使用二进制8位表达无符号整数，257没有对应的编码。 ② 字符“'F'”的ASCII码就是数值46H，所以没有区别。
③ 汇编程序在汇编过程中对数值表达式计算，得到一个确定的数值，故称数值表达式为常量。 ④ 不能。数值500大于一个字节所能表达的数据量，所以不能为字节变量赋值。 ⑤ 源、目标寄存器位数不同，不能用该指令进行数据交换。
⑥ 前者在指令执行时获得偏移地址，是正确的；但后者的OFFSET只能在汇编阶段获得偏移地址，但此时寄存器内容是不可知的，所以无法获得偏移地址。
⑦ INC，DEC，NEG和NOT指令的操作数既是源操作数也是目的操作数。 ⑧ 大小写字母转换利用它们的ASCII码相差20H。
⑨ 加减法不区别无符号数和有符号数，但根据运算结果分别设置标志寄存器的CF和OF标志，可利用CF和OF进行区别。
⑩ 逻辑与运算规则类似二进制的乘法，所以称其为逻辑乘。 〔习题3.2〕判断题
（1）对一个正整数，它的原码、反码和补码都一样，也都与无符号数的编码一样。 （2）常用的BCD码为8421 BCD码，其中的8表示D3位的权重。 （3）IA-32处理器采用小端方式存储多字节数据。 （4）空操作NOP指令其实根本没有指令。
（5）堆栈的操作原则是“先进后出”，所以堆栈段的数据除PUSH和POP指令外，不允许其他方法读写。
（6）虽然ADD指令和SUB指令执行后会影响标志状态，但执行前的标志并不影响它们的执行结果。 （7）指令“INC ECX”和“ADD ECX,1”的实现功能完全一样，可以互相替换。
（8）无符号数在前面加零扩展，数值不变；有符号数前面进行符号扩展，位数加长一位、数值增加一倍。
（9）逻辑运算没有进位或溢出问题，此时CF和OF没有作用，所以逻辑运算指令如AND、OR等将CF和OF设置为0。
（10）CMP指令是目的操作数减去源操作数，CMPS指令是源操作数减去目的操作数。
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〔解答〕
① 对 ⑥ 对
② 对 ⑦ 错 ③ 对 ⑧ 错 ④ 错 ⑨ 对 ⑤ 错 ⑩ 对
〔习题3.3〕填空题
（1）定义字节变量的伪指令助记符是_____________，获取变量名所具有的偏移地址的操作符是_____________。
（2）计算机中有一个“01100001”编码。如果把它认为是无符号数，它是10进制数___________；如果认为它是BCD码，则表示真值_____________；又如果它是某个ASCII码，则代表字符__________。
（3）C语言用“\\n”表示让光标回到下一行首位，在汇编语言中需要输出两个控制字符：一个是回车，其ASCII码是_____________，它将光标移动到当前所在行的首位；另一个是换行，其ASCII码是_____________，它将光标移到下一行。
（4）数据段有语句“H8843 DWORD 99008843H”，代码段指令“MOV CX, WORD PTR H8843”执行后，CX＝_____________。
（5）用DWORD定义的一个变量XYZ，它的类型是_____________，用“TYPE XYZ”会得到数值为_____________。如果将其以字量使用，应该用_____________说明。
（6）数据段有语句“ABC BYTE 1,2,3”，代码段指令“MOV CL, ABC+2”执行后，CL＝_____________。 （7）例题3-9的TAB定义如果是“12345670”，则显示结果是__________。 （8）指令“XOR EAX, EAX”和“SUB EAX, EAX”执行后，EAX＝__________，CF＝OF＝__________。而指令“MOV EAX, 0”执行后，EAX＝__________，CF和OF没有变化。
（9）例题3-15程序执行结束，变量QVAR内容是__________；BCD内容是__________。
（10）欲将EDX内的无符号数除以16，使用指令“SHR EDX, __________”，其中后一个操作数是一个立即数。
〔解答〕
① BYTE，OFFSET ② 97，61，小写字母a
③ 0DH（13），0AH（10） ④ 8843H
⑤ DWORD，4，WORD PTR XYZ ⑥ 3
⑦ 784111 ⑧ 0，0，0
⑨ 01234567887632H，83H ⑩ 4 〔习题3.4〕
下列十六进制数表示无符号整数，请转换为十进制形式的真值： ① FFH ② 0H ③ 5EH ④ EFH 〔解答〕
① 255 ② 0 ③ 94 ④ 239 〔习题3.5〕
将下列十进制数真值转换为压缩BCD码： ① 12 ② 24 ③ 68 ④ 99 〔解答〕
① 12H ② 24H ③ 68H ④ 99H
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〔习题3.6〕
将下列压缩BCD码转换为十进制数：
① 10010001 ② 10001001 ③ 00110110 ④ 10010000 〔解答〕
① 91 ② ③ 36 ④ 90 〔习题3.7〕
将下列十进制数用8位二进制补码表示： ① 0 ② 127 ③－127 ④ －57 〔解答〕
① 00000000 ② 01111111 ③ 10000001 ④ 11000111 〔习题3.8〕
进行十六进制数据的加减运算，并说明是否有进位或借位： ① 1234H＋7802H ② F034H＋5AB0H ③ C051H－1234H ④ 9876H－ABCDH
〔解答〕
① 1234H＋7802H＝8A36H，无进位 ② F034H＋5AB0H＝4AF4H，有进位 ③ C051H－1234H＝BE1DH，无借位 ④ 9876H－ABCDH＝ECA9H，有借位 〔习题3.9〕
数码0～9、大写字母A～Z、小写字母a～z对应的ASCII码分别是多少？ASCII码0DH和0AH分别对应什么字符？
〔解答〕
数码0～9对应的ASCII码依次是30H～39H。
大写字母A～Z对应的ASCII码依次是：41H～5AH。 小写字母a～z对应的ASCII码依次是：61～7AH。 ASCII码0DH和0AH分别对应的是回车和换行字符。 〔习题3.10〕
设置一个数据段，按照如下要求定义变量或符号常量： ① my1b为字符串变量：Personal Computer ② my2b为用十进制数表示的字节变量：20 ③ my3b为用十六进制数表示的字节变量：20 ④ my4b为用二进制数表示的字节变量：20 ⑤ my5w为20个未赋值的字变量 ⑥ my6c为100的常量
⑦ my7c表示字符串：Personal Computer 〔解答〕 my1b byte 'Personal Computer' my2b byte 20 my3b byte 14h
－ －12
my4b my5w my6c my7c
byte 00010100b word 20 dup(?) = 100
equ 〔习题3.11〕定义常量NUM，其值为5；数据段中定义字数组变量DATALIST，它的头5个字单元中依次存放-10，2，5和4，最后1个单元初值不定。 〔解答〕 num equ 5 datalist byte -10,2,5,4,? 〔习题3.12〕从低地址开始以字节为单位，用十六进制形式给出下列语句依次分配的数值： byte 'ABC',10,10h,'EF',3 dup(-1,?,3 dup(4)) word 10h,-5,3 dup(?) 〔解答〕 41 42 43 0A 10 45 46 FF 00 04 04 04 FF 00 04 04 04 FF 00 04 04 04 10 00 FB FF 00 00 00 00 00 00 〔习题3.13〕设在某个程序中有如下片段，请写出每条传送指令执行后寄存器EAX的内容： varw varb vard buff mess ; 数据段 org 100h word 1234h,5678h byte 3,4 dword 12345678h byte 10 dup(?) byte 'hello' ; 代码段 mov eax,offset mess mov eax,type buff+type mess+type vard mov eax,sizeof varw+sizeof buff+sizeof mess mov eax,lengthof varw+lengthof vard 〔解答〕 ① EAX＝0114H ② EAX＝0006H ③ EAX＝0013H ④ EAX＝0003H 〔习题3.14〕按照如下输出格式，在屏幕上显示ASCII表： | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F ---+-------------------------------- 20 | ! “ # ... 30 | 0 1 2 3 ... 40 | @ A B C ... 50 | P Q R S ... 60 | ‘ a b c ... 70 | p q r s ... 表格最上一行的数字是对应列ASCII代码值的低4位（用十六进制形式），而表格左边的数字对应行ASCII代码值的高4位（用十六进制形式）。编程在数据段直接构造这样的表格、填写相应ASCII代码值 － －13 （不是字符本身），然后使用字符串显示子程序DISPMSG实现显示。 〔解答〕 include io32.inc .data table byte ' |0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F',13,10 byte '---+-------------------------------',13,10 byte |',20h,20h,21h,20h,22h,20h,23h,20h,24h,20h,25h,20h,26h,20h,27h,20h,28h,20h,29h,20h byte 2ah,20h,2bh,20h,2ch,20h,2dh,20h,2eh,20h,2fh,20h,13,10 byte |',30h,20h,31h,20h,32h,20h,33h,20h,34h,20h,35h,20h,36h,20h,37h,20h,38h,20h,39h,20h byte 3ah,20h,3bh,20h,3ch,20h,3dh,20h,3eh,20h,3fh,20h,13,10 byte |',40h,20h,41h,20h,42h,20h,43h,20h,44h,20h,45h,20h,46h,20h,47h,20h,48h,20h,49h,20h byte 4ah,20h,4bh,20h,4ch,20h,4dh,20h,4eh,20h,4fh,20h,13,10 byte |',50h,20h,51h,20h,52h,20h,53h,20h,h,20h,55h,20h,56h,20h,57h,20h,58h,20h,59h,20h byte 5ah,20h,5bh,20h,5ch,20h,5dh,20h,5eh,20h,5fh,20h,13,10 byte |',60h,20h,61h,20h,62h,20h,63h,20h,h,20h,65h,20h,66h,20h,67h,20h,68h,20h,69h,20h byte 6ah,20h,6bh,20h,6ch,20h,6dh,20h,6eh,20h,6fh,20h,13,10 byte |',70h,20h,71h,20h,72h,20h,73h,20h,74h,20h,75h,20h,76h,20h,77h,20h,78h,20h,79h,20h byte 7ah,20h,7bh,20h,7ch,20h,7dh,20h,7eh,20h,7fh,20h,13,10 byte 0 .code start: mov eax,offset table call dispmsg exit 0 end start 〔习题3.15〕数据段有如下定义，IA-32处理器将以小端方式保存在主存： var dword 12345678h 现以字节为单位按地址从低到高的顺序，写出这个变量内容。并说明如下指令的执行结果： mov eax,var ; EAX＝__________ mov bx,var ; BX＝__________ mov cx,var+2 ; CX＝__________ mov dl,var ; DL＝__________ mov dh,var+3 ; DH＝__________ 可以编程使用十六进制字节显示子程序DSIPHB顺序显示各个字节进行验证，还可以使用十六进制双字显示子程序DSIPHD显示该数据进行对比。 〔解答〕 小端方式采用“低对低、高对高”，即低字节数据存放在低地址存储单元、高字节数据存放在高地址存储单元。以字节为单位按地址从低到高的顺序，var变量的内容：78H、56H、34H、12H。 ; EAX＝12345678H ; BX＝5678H ; CX＝1234H ; DL＝78H '20 '30 '40 '50 '60 '70 － －14 ; DH＝12H 使用若干MOV指令实现交互指令“XCHG EBX,[EDI]”功能。 〔习题3.16〕 〔解答〕 push eax mov eax,ebx mov ebx,[edi] mov [edi],eax pop eax ; 可以没有 ; 可以没有 〔习题3.17〕 假设当前ESP＝0012FFB0H，说明下面每条指令后，ESP等于多少？ push eax push dx push dword ptr 0f79h pop eax pop word ptr [bx] pop ebx 〔解答〕 ESP＝0012FFACH ESP＝0012FFAAH ESP＝0012FFA6H ESP＝0012FFAAH ESP＝0012FFACH ESP＝0012FFB0H 〔习题3.18〕已知数字0～9对应的格雷码依次为：18H、34H、05H、06H、09H、0AH、0CH、11H、12H、14H；请为如下程序的每条指令加上注释，说明每条指令的功能和执行结果。 table ; 数据段 byte 18h,34h,05h,06h,09h,0ah,0ch,11h,12h,14h ; 代码段 mov ebx,offset table mov al,8 xlat 为了验证你的判断，不妨使用本书的I/O子程序库提供的子程序DISPHB显示换码后AL的值。如果不使用XLAT指令，应如何修改？ 〔解答〕 ; 数据段 table byte 18h,34h,05h,06h,09h,0ah,0ch,11h,12h,14h ; 定义格雷码表 ; 代码段 mov ebx,offset table ; EBX＝格雷码表首地址 mov al,8 ; AL＝8 xlat ; AL＝12H（8的格雷码） 不使用XLAT指令： mov ebx,offset table ; EBX＝格雷码表首地址 mov eax,0 mov al,8 ; AL＝8 mov al,[eax+ebx] ; AL＝12H（8的格雷码） － －15 〔习题3.19〕请分别用一条汇编语言指令完成如下功能： （1）把EBX寄存器和EDX寄存器的内容相加，结果存入EDX寄存器。 （2）用寄存器EBX和ESI的基址变址寻址方式把存储器的一个字节与AL寄存器的内容相加，并把结果送到AL中。 （3）用EBX和位移量0B2H的寄存器相对寻址方式把存储器中的一个双字和ECX寄存器的内容相加，并把结果送回存储器中。 （4）将32位变量VARD与数3412H相加，并把结果送回该存储单元中。 （5）把数0A0H与EAX寄存器的内容相加，并把结果送回EAX中。 〔解答〕 〔习题3.20〕分别执行如下程序片断，说明每条指令的执行结果： （1） mov eax,80h add eax,3 add eax,80h adc eax,3 （2） mov eax,100 add ax,200 （3） mov eax,100 add al,200 （4） mov al,7fh sub al,8 sub al,80h sbb al,3 ; EAX＝__________ ; EAX＝__________，CF＝__________，SF＝__________ ; EAX＝__________，CF＝__________，OF＝__________ ; EAX＝__________，CF＝__________，ZF＝__________ ; EAX＝__________ ; EAX＝__________，CF＝__________ ; EAX＝__________ ; EAX＝__________，CF＝__________ ; AL＝__________ ; AL＝__________，CF＝__________，SF＝__________ ; AL＝__________，CF＝__________，OF＝__________ ; AL＝__________，CF＝__________，ZF＝__________ ① add edx,ebx ② add al,[ebx+esi] ③ add [bx+0b2h],cx ④ add varw,3412h ⑤ add eax,0a0h 〔解答〕 （1） ; EAX＝80H ; EAX＝83H，CF＝0，SF＝0 ; EAX＝103H，CF＝0，OF＝0 ; EAX＝106H，CF＝0，ZF＝0 （2） ; EAX＝100 ; EAX＝300，CF＝0 （3） ; EAX＝100 ; EAX＝2CH，CF＝1（包含256的进位含义：256＋44＝300） （4） mov al,7fh ; AL＝7FH sub al,8 ; AL＝77H，CF＝0，SF＝0 sub al,80h ; AL＝F7H，CF＝1，OF＝1 － －16 sbb al,3 ; AL＝F3H，CF＝0，ZF＝0 〔习题3.21〕 给出下列各条指令执行后AL值，以及CF、ZF、SF、OF和PF的状态： mov al,h add al,al add al,9dh cmp al,0bch sub al,al dec al inc al mov al,h add al,al add al,9dh cmp al,0bch sub al,al dec al inc al ; AL＝H ; AL＝12H ; AL＝0AFH ; AL＝0AFH ; AL＝00H ; AL＝0FFH ; AL＝00H CF ZF 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 SF 0 1 1 0 1 0 OF 1 0 0 0 0 0 PF 1 1 1 1 1 1 〔解答〕 〔习题3.22〕有两个位无符号整数存放在变量buffer1和buffer2中，定义数据、编写代码完成EDX.EAX←buffer1－buffer2功能。 〔解答〕 buffer1 buffer2 〔习题3.23〕分别执行如下程序片断，说明每条指令的执行结果： （1） mov esi,10011100b and esi,80h or esi,7fh xor esi,0feh （2） mov eax,1010b shr eax,2 shl eax,1 and eax,3 （3） mov eax,1011b rol eax,2 rcr eax,1 or eax,3 ; ESI＝__________H ; ESI＝__________H ; ESI＝__________H ; ESI＝__________H ; EAX＝__________B ; EAX＝__________B，CF＝__________ ; EAX＝__________B，CF＝__________ ; EAX＝__________B，CF＝__________ ; EAX＝__________B ; EAX＝__________B，CF＝__________ ; EAX＝__________B，CF＝__________ ; EAX＝__________B，CF＝__________ ; 数据段 qword 67883000h qword 67762000h ; 代码段 mov eax,dword ptr buffer1 mov edx,dword ptr buffer1+4 sub eax,dword ptr buffer2 sbb edx,dword ptr buffer2+4 － －17 （4） xor eax,eax ; EAX＝__________，CF＝__________，OF＝__________ ; ZF＝__________，SF＝__________，PF＝__________ 〔解答〕 （1） ; ESI＝9CH ; ESI＝80H ; ESI＝FFH ; ESI＝01H （2） ; EAX＝1010B（可以有前导0，下同） ; EAX＝0010B，CF＝1 ; EAX＝0100B，CF＝0 ; EAX＝0000B，CF＝0 （3） ; EAX＝1011B（可以有前导0，下同） ; EAX＝101100B，CF＝0 ; EAX＝10110B，CF＝0 ; EAX＝10111B，CF＝0 （4） ; EAX＝0，CF＝0，OF＝0 ; ZF＝1，SF＝0，PF＝1 〔习题3.24〕3.24 给出下列各条指令执行后AX的结果，以及状态标志CF、OF、SF、ZF、PF的状态。 〔解答〕 〔习题3.25〕逻辑运算指令怎么实现复位、置位和求反功能？ 〔解答〕 AND指令同“0”与实现复位，OR指令同“1”或实现置位，XOR同“1”异或实现求反。 〔习题3.26〕说明如下程序段的功能： next: mov ecx,16 mov bx,ax shr ax,1 rcr edx,1 mov ax,1470h and ax,ax or ax,ax xor ax,ax not ax test ax,0f0f0h mov ax,1470h and ax,ax or ax,ax xor ax,ax not ax test ax,0f0f0h ; AX＝1470H ; AX＝1470H ; AX＝1470H ; AX＝0000H ; AX＝FFFFH ; AX＝0F0F0H CF OF 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 SF 0 0 0 0 1 ZF 0 0 1 1 0 PF 0 0 1 1 1 － －18 shr bx,1 rcr edx,1 loop next mov eax,edx 〔解答〕 将AX的每一位依次重复一次，所得的32位结果保存于EAX中。 〔习题3.27〕 编程将一个位数据逻辑左移3位，假设这个数据已经保存在EDX.EAX寄存器对中。 〔解答〕 again: 〔习题3.28〕编程将一个压缩BCD码变量（例如92H）转换为对应的ASCII码，然后调用DISPC子程序（在输入输出子程序库中）显示。 〔解答〕 bcd 〔习题3.29〕以MOVS指令为例，说明串操作指令的寻址特点，并用MOV和ADD等指令实现MOVSD的功能（假设DF＝0）。 〔解答〕 MOVS指令的功能是： ES:[EDI]←DS:[ESI]；ESI←ESI±1/2/4，EDI←EDI±1/2/4 由此可看出串操作指令的寻址特点： 源操作数用寄存器ESI间接寻址，默认在DS指向的数据段，但可以改变；目的操作数用寄存器EDI间接寻址，只能在ES指向的附加数据段；每执行一次串操作，源指针ESI和目的指针EDI将自动修改：±1（字节），±2（字）或±4（双字）。指针的增量和减量控制由DF标志确定，DF＝0，进行增量；DF＝1，进行减量。 push eax mov eax,[esi] mov es:[edi],eax add esi,4 add edi,4 ; 数据段 byte 92h ; 代码段 mov al,bcd shr al,4 add al,30h call dispc mov al,bcd and al,0fh add al,30h call dispc ; 代码段 mov ecx,3 shl eax,1 rcl edx,1 loop again － －19 〔习题3.30〕说明如下程序执行后的显示结果： ; 数据段 msg byte 'WELLDONE',0 ; 代码段 mov ecx,(lengthof msg)-1 mov ebx,offset msg again: mov al,[ebx] add al,20h mov [ebx],al add ebx,1 loop again mov eax,offset msg call dispmsg 如果将其中语句“mov ebx,offset msg”改为“xor ebx,ebx”，则利用EBX间接寻址的两个语句如何修改成EBX寄存器相对寻址，就可以实现同样功能？ 〔解答〕 显示结果：welldone EBX寄存器相对寻址： mov al,msg[ebx] mov msg[ebx],al 〔习题3.31〕下面程序的功能是将数组ARRAY1的每个元素加固定值（8000H），将和保存在数组ARRAY2。在空白处填入适当的语句或语句的一部分。 array1 array2 again: ; 数据段 dword 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 dword 10 dup(?) ; 代码段 mov ecx,lengthof array1 mov ebx,0 mov eax,array1[ebx*4] add eax,8000h mov ______________ add ebx,__________ loop again 〔解答〕 mov array2[ebx*4],eax add ebx,1 〔习题3.32〕 上机实现本章的例题程序，编程实现本章的习题程序。 第4章 汇编语言程序设计 〔习题4.1〕简答题 （1）是什么特点决定了目标地址的相对寻址方式应用最多？ （2）什么是奇偶校验？ － －20 （3）为什么判断无符号数大小和有符号大小的条件转移指令不同？ （4）双分支结构中两个分支体之间的JMP指令有什么作用？ （5）为什么特别强调为子程序加上必要的注释？ （6）子程序采用堆栈传递参数，为什么要特别注意堆栈平衡问题？ （7）参数传递的“传值”和“传址”有什么区别？ （8）INCLUDE语句和INCLUDELIB有什么区别？ （9）混合编程有什么优势？ （10）运行Windows程序，有时为什么会提示某个DLL文件不存在？ 〔解答〕 ① 当同一个程序被操作系统安排到不同的存储区域执行时，指令间的位移没有改变，目标地址采用相对寻址可方便操作系统的灵活调度。 ② 数据通信时，数据的某一位用做传输数据的奇偶校验位，数据中包括校验位在内的“1”的个数恒为奇数，就是奇校验；恒为偶数，就是偶校验。 ③ 无符号数和有符号数的操作影响两组不同的标志状态位，故判断两个无符号数和有符号数的大小关系要利用不同的标志位组合，所以有对应的两组指令。 ④ 双分支结构中两个分支体之间的JMP指令，用于实现结束前一个分支回到共同的出口作用。 ⑤ 完整的子程序注释可方便程序员调用该子程序，子程序注释包括子程序名、子程序功能、入口参数和出口参数、调用注意事项和其他说明等。 ⑥ 子程序保持堆栈平衡，才能保证执行RET指令时当前栈顶的内容是正确的返回地址。主程序也要保持堆栈平衡，这样才能释放传递参数占用的堆栈空间，否则多次调用该子程序可能就致使堆栈溢出。 ⑦ “传值”是传递参数的一个拷贝，被调用程序改变这个参数不影响调用程序；“传址”时，被调用程序可能修改通过地址引用的变量内容。 ⑧ INCLUDE语句包含的是文本文件、是源程序文件的一部分；INCLUDELIB语句包含的是子程序库文件。 ⑨ 取长补短。 ⑩ Windows程序在运行时需要加载其配套的动态链接库DLL文件，当其没有被搜索到时就会提示不存在。 〔习题4.2〕判断题 （1）指令指针或者还包括代码段寄存器值的改变将引起程序流程的改变。 （2）JMP指令对应高级语言的GOTO语句，所以不能使用。 （3）因为条件转移指令Jcc要利用标志作为条件，所以也影响标志。 （4）JA和JG指令的条件都是“大于”，所以是同一个指令的两个助记符。 （5）控制循环是否结束只能在一次循环结束之后进行。 （6）介绍LOOP指令时，常说它相当于DEC ECX和JNZ两条指令。但考虑对状态标志的影响，它们有差别。LOOP指令不影响标志，而DEC指令却会影响除CF之外的其他状态标志。 （7）CALL指令用在调用程序中，如果被调用程序中也有CALL指令，说明出现了嵌套。 （8）子程序需要保护寄存器，包括保护传递入口参数和出口参数的通用寄存器。 （9）利用INCLUDE包含的源文件实际上只是源程序的一部分。 （10）导入库文件和静态子程序库文件的扩展名都是LIB，所以两者性质相同。 〔解答〕 ① 对 ⑥ 对 ② 错 ⑦ 对 ③ 错 ⑧ 错 ④ 错 ⑨ 对 ⑤ 错 ⑩ 错 〔习题4.3〕填空题 （1）JMP指令根据目标地址的转移范围和寻址方式，可以分成四种类型：段内转移、__________，段内转移、__________和段间转移、__________，段间转移、__________。 （2）假设在平展存储模型下，EBX＝1256H，双字变量TABLE的偏移地址是20A1H，线性地址32F7H处存放3280H，执行指令“JMP EBX” 后EIP＝__________，执行指令“JMP TABLE[EBX]”后EIP＝__________。 （3）“CMP EAX,3721H”指令之后是JZ指令，发生转移的条件是EAX＝__________，此时ZF＝__________。 － －21 （4）小写字母“e”是英文当中出现频率最高的字母。如果某个英文文档利用例题4-11的异或方法进行简单加密，统计发现密文中字节数据“8FH”最多，你判断该程序采用的字节密码可能是__________。 （5）循环结构程序一般有三个部分组成，它们是__________，循环体和__________部分。 （6）例题4-14程序中的RET指令，如果用POP EBP指令和JMP EBP指令替换，此时EBP内容是__________。 （7）过程定义开始是“TEST PROC”语句，则过程定义结束的语句是__________。宏定义开始是“DISP MACRO”语句，则宏定义结束的语句是__________。 （8）利用堆栈传递子程序参数的方法是固定的，例如寻址堆栈段数据的寄存器是__________。 （9）MASM汇编语言中，声明一个共用的变量应使用__________伪指令；而使用外部变量要使用__________伪指令声明。 （10）调用ReadConsole函数时，用户在键盘上按下数字8，然后回车，则键盘缓冲区的内容依次是__________。 〔解答〕 ① 相对寻址，间接寻址，直接寻址，间接寻址 ② 1256H，3280H ③ 3721H，1 ④ EAH ⑤ 循环初始，循环控制 ⑥ REPT1标号的地址 ⑦ TEST ENDP，ENDM ⑧ EBP ⑨ PUBLIC，EXTERN ⑩ 38H 0DH 0AH 〔习题4.4〕为了验证例题4-1程序的执行路径，可以在每个标号前后增加显示功能。例如使得程序运行后显示数码1234。 〔解答〕 labl1: labl2: labl3: jmp labl1 ; 相对寻址 nop mov eax,'?' call dispc mov eax,'1' call dispc jmp near ptr labl2 ; 相对近转移 nop mov eax,'?' call dispc mov eax,'2' call dispc mov eax,offset labl3 jmp eax ; 寄存器间接寻址 nop mov eax,'?' call dispc mov eax,'3' call dispc mov eax,offset labl4 mov nvar,eax jmp nvar ; 存储器间接寻址 － －22 labl4: nop mov eax,'?' call dispc mov eax,'4' call dispc 〔习题4.5〕使用“SHR EAX,2”将EAX中的D1位移入CF标志，然后用JC/JNC指令替代JZ/JNZ指令完成例题4-3的功能。 〔解答〕 mov eax,56h shr eax,2 jnc nom ... ; 假设一个数据 ; D1位移入CF标志 ; D1＝0条件成立，转移 ; 余同原程序 〔习题4.6〕 执行如下程序片断后，CMP指令分别使得5个状态标志CF、ZF、SF、OF和PF为0还是为1？它会使得哪些条件转移指令指令Jcc的条件成立、发生转移？ mov eax,20h cmp eax,80h 〔解答〕 CF＝1 ZF＝0 SF＝1 OF＝0 PF＝1 可以使得条件成立、发生转移的指令有：JC JS JP JNZ JNO 〔习题4.7〕将例题4-4程序修改为实现偶校验。建议进一步增加显示有关提示信息的功能，使得程序具有更加良好的交互性。 〔解答〕 include io32.inc .data msg1 byte 'Please input a character: ',0 msg2 byte 'The ASCII code of the charater you entered is: ',0 msg3 byte 'The code with even parity is: ',0 .code start: mov eax,offset msg1 call dispmsg call readc call dispcrlf mov ebx,eax mov eax,offset msg2 call dispmsg mov eax,ebx call dispbb call dispcrlf and al,7fh jp next or al,80h next: mov ebx,eax mov eax,offset msg3 － －23 call dispmsg mov eax,ebx call dispbb exit 0 end start 〔习题4.8〕在采用奇偶校验传输数据的接收端应该验证数据传输的正确性。例如，如果采用偶校验，那么在接收到的数据中，其包含“1”的个数应该为0或偶数个，否则说明出现传输错误。现在，在接收端编写一个这样的程序，如果偶校验不正确显示错误信息，传输正确则继续。假设传送字节数据、最高位作为校验位，接收到的数据已经保存在Rdata变量中。 〔解答〕 Rdata error done: ; 数据段 byte 57h byte 'Error !',0 ; 代码段 mov al,Rdata and al,0ffh jp done mov eax,offset error call dispmsg ;保存接收的数据 ;标志PF反映“1”的个数 ;个数为偶数，正确继续 ;个数为奇数，显示出错 〔习题4.9〕 指令CDQ将EAX符号扩展到EDX，即：EAX最高为0，则EDX＝0；EAX最高为1，则EDX＝FFFFFFFFH。请编程实现该指令功能。 〔解答1〕 test eax,8000h jz next1 mov edx,0ffffffffh jmp done next1: mov dx,0 done: 〔解答2〕 使用移位指令更好。 rol eax,1 rcr edx,1 sar edx,31 ror eax,1 〔习题4.10〕编程，首先测试双字变量DVAR的最高位，如果为1，则显示字母“L”；如果最高位不为1，则继续测试最低位，如果最低位为1，则显示字母“R”；如果最低位也不为1，则显示字母“M”。 〔解答〕 dvar ; 数据段 dword 57h ; 代码段 mov eax,dvar test eax,80000000h jnz nextl ; 测试最高位 ; 最高位为0（ZF＝1），转移到标号NEXT1 ; 最高位为1，顺序执行：设置EDX＝FFFFFFFFH ; 无条件转移，跳过另一个分支 ; 最高位为0转移到此执行：设置EDX＝0 － －24 nextl: nextr: done: test eax,1 jnz nextr mov al,'M' jmp done mov al,'L' jmp done mov al,'R' call dispc 〔习题4.11〕编写一个程序，先提示输入数字“Input Number：0～9”，然后在下一行显示输入的数字，结束；如果不是键入了0～9数字，就提示错误“Error!”，继续等待输入数字。 〔解答〕 inmsg ermsg again: erdisp: done: 〔习题4.12〕有一个首地址为ARRAY的20个双字的数组，说明下列程序段的功能。 sumlp: mov ecx,20 mov eax,0 mov esi,eax add eax,array[esi] add esi,4 loop sumlp mov total,eax ; 数据段 byte 'Input number(0~9): ',0 byte 0dh,0ah,'Error! Input again: ',0 ; 代码段 mov eax,offset inmsg ; 提示输入数字 call dispmsg call readc ; 等待按键 cmp al,'0' ; 数字 < 0？ jb erdisp cmp al,'9' ; 数字 > 9？ ja erdisp call dispcrlf call dispc jmp done mov eax,offset ermsg call dispmsg jmp again 〔解答〕 求这20个双字的和，保存在TOTAL变量，不关进心进位和溢出。 〔习题4.13〕编程中经常要记录某个字符出现的次数。现编程记录某个字符串中空格出现的次数，结果保存在SPACE单元。 〔解答〕 ; 数据段 string byte 'Do you have fun with Assembly ?',0 ;以0结尾的字符串 － －25 space again: next: done: dword ? ; 代码段 mov esi,offset string xor ebx,ebx ;EBX用于记录空格数 mov al,[esi] cmp al,0 jz done cmp al,20h ;空格的ASCII码是20H jne next ;不相等、不是空格，转移 inc bx ;相等、是空格，空格个数加1 inc esi jmp again ;继续循环 mov space,ebx ;保存结果 〔习题4.14〕编写计算100个16位正整数之和的程序。如果和不超过16位字的范围（65535），则保存 其和到WORDSUM，如超过则显示‘Overflow !’。 〔解答〕 array wordsum error again: over: 〔习题4.15〕在一个已知长度的字符串中查找是否包含“BUG”子字符串。如果存在，显示“Y”，否则显示“N”。 〔解答〕 string count bug L1: LN: ; 数据段 byte 'If you find any error in the program, you can DEBUG it.' = sizeof string byte 'BUG' ; 代码段 mov ecx,count mov edi,offset string mov esi,offset bug push edi mov edx,sizeof bug mov al,[esi] cmp [edi],al ; 数据段 word 2005,2008,98 dup (1394) ; 假设100个16位正整数 word ? byte 'Overflow !',0 ; 代码段 and ebx,0 mov ecx,100 xor ax,ax add ax,array[ebx*2] jc over inc ebx loop again mov wordsum,ax mov eax,offset error call dispmsg － －26 L2: L3: jne L2 inc esi inc edi dec edx jne LN pop edi mov al,'Y' jmp L3 pop edi inc edi loop L1 mov al,'N' call dispc 〔习题4.16〕主存中有一个8位压缩BCD码数据，保存在一个双字变量中。现在需要进行显示，但要求不显示前导0。由于位数较多，需要利用循环实现，但如何处理前导0和数据中间的0呢？不妨设置一个标记。编程实现。 〔解答〕 bcd goon: again: disp: next: done: 〔习题4.17〕已知一个字符串的长度，剔除其中所有的空格字符。请从字符串最后一个字符开始逐个向前判断、并进行处理。 〔解答〕 ; 数据段 string byte 'Let us have a try !',0dh,0ah,0 ; 代码段 ; 数据段 dword 00371002h ; 代码段 mov esi,bcd cmp esi,0 jnz goon mov al,'0' call dispc jmp done mov ecx,8 xor ebx,ebx rol esi,4 mov eax,esi and eax,0fh cmp ebx,0 jnz disp cmp eax,0 jz next mov ebx,1 add al,30h call dispc loop again ; EBX＝0，表示可能是前导0 ; EAX低4位保存当前要显示的BCD码 ; EBX≠0，说明不是前导0，要显示 ; EBX＝0，说明可能是前导0 ; EAX＝0，说明是前导0，不显示 ; EAX≠0，没有前导0了，令EBX＝1≠0 － －27 outlp: inlp: next: done: mov ecx,sizeof string cmp ecx,2 jb done lea eax,string call dispmsg mov esi,ecx dec esi cmp string[esi],' ' jnz next mov edi,esi dec ecx inc edi mov al,string[edi] mov string[edi-1],al cmp edi,ecx jb inlp dec esi cmp esi,0 jnz outlp lea eax,string call dispmsg ; 显示处理前的字符串 ; 检测是否是空格 ; 不是空格继续循环 ; 是空格，进入剔除空格分支 ; 前移一个位置 ; 继续进行 ; 为0结束 ; 显示处理后的字符串 〔习题4.18〕第3章习题3.14在屏幕上显示ASCII表，现仅在数据段设置表格缓冲区，编程将ASCII代码值填入留出位置的表格，然后调用显示功能实现（需要利用双重循环）。 〔解答〕 table tab1 start: again0: again1: include io32.inc .data byte ' |0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F',13,10 byte '---+-------------------------------',13,10 byte 6 dup(36 dup(?),13,10) byte 0 .code mov ebx,offset tab1 mov edx,'| 02' mov ax,2020h mov esi,6 mov [ebx],edx add ebx,4 mov ecx,16 mov word ptr [ebx],ax add ebx,2 inc al loop again1 add ebx,2 add edx,1 － －28 dec esi jnz again0 mov eax,offset table call dispmsg exit 0 end start 〔习题4.19〕请按如下说明编写子程序： 子程序功能：把用ASCII码表示的两位十进制数转换为压缩BCD码 入口参数：DH＝十位数的ASCII码，DL＝个位数的ASCII码 出口参数：AL＝对应BCD码 〔解答〕 asctob asctob 〔习题4.20〕乘法的非压缩BCD码调整指令AAM执行的操作是：AH←AL÷10的商，AL←AL÷10的余数。利用AAM可以实现将AL中的100内数据转换为ASCII码，程序如下： xor ah,ah aam add ax,3030h 利用这段程序，编写一个显示AL中数值（0～99）的子程序。 proc xor ah,ah aam add ax,3030h push ax mov al,ah call dispc pop ax call dispc ret endp proc shl dh,4 mov al,dh and dl,0fh or al,dl ret endp 〔解答〕 disp99 disp99 〔习题4.21〕编写一个源程序，在键盘上按一个键，将其返回的ASCII码值显示出来，如果按下ESC键（对应ASCII码是1BH）则程序退出。请调用书中的HTOASC子程序。 〔解答〕 again: ; 代码段，主程序 call readc cmp al,1bh jz done － －29 done: mov bl,al mov al,':' call dispc mov al,bl rol al,4 call htoasc call dispc mov al,bl call htoasc call dispc call dispcrlf jmp again ; 调用子程序 ; 显示一个字符 ; 调用子程序 ; 显示一个字符 〔习题4.22〕编写一个子程序，它以二进制形式显示EAX中32位数据，并设计一个主程序验证。 〔解答〕 dispbd dbd: dispbd 〔习题4.23〕将例题4-16的32位寄存器改用16位寄存器，仅实现输出－215～＋215－1之间的数据。 〔解答〕 ; 数据段 array word 12345,-1234,32767,-32768,0,667 writebuf byte 6 dup(0) ; 代码段，主程序 mov ecx,lengthof array mov ebx,0 again: mov ax,array[ebx*2] call write call dispcrlf ; 代码段，主程序 mov eax,8F98FF00H call dispbd ; 代码段，子程序 proc push ecx push edx mov ecx,32 rol eax,1 push eax and al,01h add al,30h call dispc pop eax loop dbd pop edx pop ecx ret endp ; 调用子程序 ; 32位二进制数的输出 ; 要输出的字符个数 ; AL循环左移一位 ; 取AL最低位 ; 转化成相应的ASCLL码值 ; 以二进制的形式显示 － －30 inc ebx ;此时ebx代表array中的第几个数 dec ecx ;此时ecx代表循环的次数 jnz again ; 代码段，子程序 write proc ;子程序开始 push ebx push ecx push edx mov ebx,offset writebuf ;ebx指向显示缓冲区 test ax,ax jnz write1 mov byte ptr [ebx],30h inc ebx jmp write5 write1: ;若不为0则首先判断是正是负 jns write2 ;若为正则跳过下面两步到write2 mov byte ptr [ebx],'-' inc ebx neg ax write2: mov cx,10 push cx ;将cx=10压入栈，作为退出标志 write3: ;write3是让eax循环除以10并把余数的ASCII码压入栈 cmp ax,0 jz write4 xor dx,dx div cx add dx,30h push dx jmp write3 write4: ;余数的ASCII码出栈，遇到10终止并转到write5显示结果 pop dx cmp dx,cx jz write5 mov byte ptr [ebx],dl inc ebx jmp write4 write5: ;显示结果 mov byte ptr [ebx],0 mov eax,offset writebuf call dispmsg pop edx pop ecx pop ebx ret write endp － －31 〔习题4.24〕参考例题4-17，编写实现32位无符号整数输入的子程序，并设计一个主程序验证。 〔解答〕 ; 数据段 count =10 array dword count dup(0) temp dword ? readbuf byte 30 dup(0) errmsg byte 'Input error,enter again!',13,10,0 msg1 byte 'Input ten unsigned numbers,each number ends with enter key:',13,10,0 msg2 byte 'Check the numbers your inputted:',13,10,0 ; 代码段，主程序 mov eax,offset msg1 call dispmsg mov ecx,count mov ebx,offset array again: call read mov eax,temp mov [ebx],eax add ebx,4 dec ecx jnz again mov eax,offset msg2 call dispmsg mov edx,offset array mov ecx,count next: mov eax,[edx] call dispuid call dispcrlf add edx,4 dec ecx jnz next ; 代码段，子程序 read proc push eax push ecx push ebx push edx read0: mov eax,offset readbuf call readmsg test eax,eax jz readerr cmp eax,12 ja readerr mov edx,offset readbuf － －32 xor ebx,ebx xor ecx,ecx mov al,[edx] cmp al,'+' jz read1 cmp al,'-' jnz read2 jmp readerr read1: inc edx mov al,[edx] test al,al jz read3 ;如果为0，则说明该字符串已结束 read2: cmp al,'0' jb readerr cmp al,'9' ja readerr sub al,30h imul ebx,10 ;ebx用来存储处理过的数据 jc readerr movzx eax,al add ebx,eax jnc read1 readerr: mov eax,offset errmsg call dispmsg jmp read0 read3: mov temp,ebx pop edx pop ebx pop ecx pop eax ret read endp 〔习题4.25〕编写一个计算字节校验和的子程序。所谓“校验和”是指不记进位的累加，常用于检查信息的正确性。主程序提供入口参数，有数据个数和数据缓冲区的首地址。子程序回送求和结果这个出口参数。 〔解答〕 ; 计算字节校验和的通用过程 ; 入口参数：DS:EBX＝数组的段地址:偏移地址，ECX=元素个数 ; 出口参数：AL＝校验和 ; 说明：除EAX/EBX/ECX外，不影响其他寄存器 checksum proc xor al,al ; 累加器清0 sum: add al,[ebx] ; 求和 inc ebx ; 指向下一个字节 loop sum － －33 ret checksum endp 〔习题4.26〕 编制3个子程序把一个32位二进制数用8位十六进制形式在屏幕上显示出来，分别运用如下3种参数传递方法，并配合3个主程序验证它。 （1）采用EAX寄存器传递这个32位二进制数 （2）采用temp变量传递这个32位二进制数 （3）采用堆栈方法传递这个32位二进制数 〔解答〕 （1） ; 数据段 wvar word 307281AFH ; 代码段，主程序 mov eax,wvar call disp mov al,'H' call dispc ; 代码段，子程序disp proc push ebx push ecx mov ecx,8 dhw1: rol eax,4 mov ebx,eax and al,0fh add al,30h cmp al,'9' jbe dhw2 add al,7 dhw2: call dispc mov eax,ebx loop dhw1 pop ecx pop ebx ret disp endp （2） ; 数据段 wvar word 307281AFH temp word ? ; 代码段，主程序 mov eax,wvar mov temp,eax call disp mov al,'H' call dispc ; 代码段，子程序disp proc push ebx ; 8位 ; 转换为ASCII码 －34 － push ecx mov ecx,8 mov eax,temp dhw1: rol eax,4 mov ebx,eax and al,0fh add al,30h cmp al,'9' jbe dhw2 add al,7 dhw2: call dispc ; mov eax,ebx loop dhw1 pop ecx pop ebx ret disp endp （3） ; 数据段 wvar word 307281AFH ; 代码段，主程序 push wvar call disp add esp,4 mov al,'H' call dispc ; 代码段，子程序disp proc push ebp mov ebp,esp push ebx push ecx mov ecx,8 mov eax,[ebp+8] dhw1: rol eax,4 mov ebx,eax and al,0fh add al,30h cmp al,'9' jbe dhw2 add al,7 dhw2: call dispc mov eax,ebx loop dhw1 pop ecx pop ebx pop ebp ret disp endp ; 8位 ; 转换为ASCII码 显示一个字符 ; 8位 ; 转换为ASCII码 －35 － 〔习题4.27〕配合例题4-11的简单加密解密程序，设计一个输入密码的程序，将输入的若干字符经过适当算法得到一个字节量密码。 〔解答〕 ;ex0427.asm include io32.inc .data key byte ? msg0 byte 'Enter your password:',0 passw byte 50 dup(0) errormsg byte 'Password error, input again!',13,10,0 bufnum = 255 buffer byte bufnum+1 dup(0) ; 定义键盘输入需要的缓冲区 msg1 byte 'Enter messge: ',0 msg2 byte 'Encrypted message: ',0 msg3 byte 'Original messge: ',0 .code start: mov eax,offset msg0 ; 提示输入加密密码 call dispmsg mov eax,offset passw ; 设置入口参数EAX call readmsg ; 调用输入字符串子程序输入密码 mov ecx,eax dec ecx xor ebx,ebx mov al,passw[ebx] again0: inc ebx xor al,passw[ebx] ;使用简单的异或方法得到加密关键字 loop again0 mov key,al ; 保存加密关键字 mov eax,offset msg1 ; 提示输入字符串 call dispmsg mov eax,offset buffer ; 设置入口参数EAX call readmsg ; 调用输入字符串子程序 push eax ; 字符个数保存进入堆栈 mov ecx,eax ; ECX＝实际输入的字符个数，作为循环的次数 xor ebx,ebx ; EBX指向输入字符 encrypt: mov al,key ; AL＝加密关键字 xor buffer[ebx],al ; 异或加密 inc ebx dec ecx ; 等同于指令：loop encrypt jnz encrypt ; 处理下一个字符 mov eax,offset msg2 call dispmsg mov eax,offset buffer ; 显示加密后的密文 call dispmsg call dispcrlf ; － －36 again: mov eax,offset msg0 ; 提示输入解密密码 call dispmsg mov eax,offset passw ; 设置入口参数EAX call readmsg ; 调用输入字符串子程序输入密码 mov ecx,eax dec ecx xor ebx,ebx mov al,passw[ebx] again1: inc ebx xor al,passw[ebx] ;使用简单的异或方法得到加密关键字 loop again1 cmp key,al ; 与原加密关键字比较 jz next ; 密码相同，则进行解密 mov eax,offset errormsg ; 提示输入解密密码错误 call dispmsg jmp again next: pop ecx ; 从堆栈弹出字符个数，作为循环的次数 xor ebx,ebx ; EBX指向输入字符 decrypt: mov al,key ; AL＝解密关键字 xor buffer[ebx],al ; 异或解密 inc ebx dec ecx jnz decrypt ; 处理下一个字符 mov eax,offset msg3 call dispmsg mov eax,offset buffer ; 显示解密后的明文 call dispmsg 〔习题4.28〕设计一个简单的两个整数的加法器程序。 〔解答〕 ;ex0428.asm include io32.inc .data msg1 byte 'Enter the integers:',13,10,0 msg2 byte 13,10,'Enter space to continue! Enter any other key to exit!',13,10,0 .code start: mov eax,offset msg1 call dispmsg call readsid mov ebx,eax mov al,'+' call dispc call dispcrlf call readsid add ebx,eax － －37 mov al,'=' call dispc mov eax,ebx call dispsid call dispcrlf mov eax,offset msg2 call dispmsg call readc cmp al,20h je start exit 0 end start 〔习题4.29〕利用十六进制字节显示子程序DISPHB设计一个从低地址到高地址逐个字节显示某个主存区域内容的子程序DISPMEM。其入口参数：EAX＝主存偏移地址，ECX＝字节个数（主存区域的长度）。同时编写一个主程序进行验证。 〔解答〕 ;ex0429.asm in Windows Console include io32.inc .data var byte 'This is a test!' .code start: ; 主程序 mov eax,offset var mov ecx,sizeof var call dispmem exit 0 ; 子程序 dispmem proc push ebx mov ebx,eax dispm1: mov al,[ebx] call disphb mov al,' ' call dispc inc ebx loop dispm1 pop ebx ret dispmem endp end start 〔习题4.30〕 将例题4-19分别使用子程序模块、子程序库和子程序库包含方法生成最终可执行文件。 〔习题4. 31〕 区别如下概念：宏定义、宏调用、宏指令、宏展开、宏汇编。 〔解答〕 － －38 宏定义：就是对宏进行说明，由一对宏汇编伪指令MACRO和ENDM来完成。 宏调用：宏定义之后的使用。在使用宏指令的位置写下宏名，后跟实体参数。 宏指令：使用宏时，其形式很像指令，所以称为宏指令。 宏展开：在汇编时，汇编程序用对应的代码序列替代宏指令。 宏汇编：指使用宏的方法进行汇编语言程序设计。 〔习题4. 32〕 直接使用控制台输入和输出函数实现例题4-21的功能（不使用READMSG和DISPMSG子程序）。 〔解答〕 〔习题4. 33〕 直接使用控制台输出函数实现某个主存区域内容的显示（习题4.29的功能）。可以改进显示形式，例如每行显示16个字节（128位），每行开始先显示首个主存单元的偏移地址，然后用冒号分隔主存内容。 〔解答〕 〔习题4. 34〕 如何进行很简单的修改，使得例题4-22程序的消息窗有“OK”和“Cancel”两个按钮。 〔解答〕 将MB_OK常量定义为1，即： MB_OK equ 1 〔习题4. 35〕 上机实践例题4-23和例题4-24，并在创建可执行文件的过程中生成汇编语言列表文件。 〔习题4.36〕 Pentium处理器含有一个位的时间标记计数器（Time-Stamp Counter）。该计数器每个时钟周期递增（加1）；在上电和复位后，该计数器清0。指令“RDTSC”执行后将在EDX（高32位）和EAX（低32位）返回当前的位时间标记计数器值。利用RDTSC指令在某个函数运行前获得时间标记计数器值，然后运行该函数后，立即再次执行RDTSC指令，并将再次获得的时间标记计数器值与之前的计数值相减，得到的差值就是运行该函数需要的时钟周期数（乘以时钟周期，等于运行时间）。请利用混合编程方法显示某个函数的运行时钟周期数。 〔解答〕 第5章 微机总线 〔习题5.1〕简答题 （1）为什么称处理器的数据总线是双向的？ （2）8086的地址和数据总线为什么要分时复用？ （3）具有三态能力的引脚输出高阻意味着什么？ （4）总线周期中的等待状态是个什么工作状态？ （5）猝发传送是一种什么传送？ （6）总线数据传输为什么要进行总线仲裁？ （7）异步时序为什么可以没有总线时钟信号？ （8）32位PC机为什么采用多级总线结构，而不是单总线结构？ （9）USB总线有几个导线组成？ （10）什么是微软宣称的即插即用PnP（Plug-and-Play）技术？ 〔解答〕 ① 数据总线承担着处理器与存储器、外设之间的数据交换，既可以输入也可以输出，故其是双向的。 ② 为减少引脚个数，8086采用了地址总线和数据总线分时复用。即数据总线在不同时刻还具有地址 － －39 总线的功能。 ③ 具有三态能力的引脚当输出呈现高阻状态时，相当于连接了一个阻抗很高的外部器件，信号无法正常输出；即放弃对该引脚的控制，与其他部件断开连接。 ④ 处理器的运行速度远远快于存储器和I/O端口。处理器检测到存储器或I/O端口不能按基本的总线周期进行数据交换时，插入一个等待状态Tw。等待状态实际上是一个保持总线信号状态不变的时钟周期。 ⑤ 猝发传送是处理器只提供首地址、但可以从后续连续的存储单元中读写多个数据。 ⑥ 总线上可能连接多个需要控制总线的主设备，需要确定当前需要控制总线的主设备，所以需要总线仲裁。 ⑦ 异步时序是由总线握手（Handshake）联络（应答）信号控制，不是由总线时钟控制。故总线时钟信号可有可无。 ⑧ 单总线结构了许多需要高速传输速度的部件。32位PC机采用多种总线并存的系统结构。各种专用局部总线源于处理器芯片总线，以接近处理器芯片引脚的速度传输数据，它为高速外设提供速度快、性能高的共用通道。 ⑨ 4个。 ⑩ 即插即用技术是指32位PC机的主板、操作系统和总线设备配合，实现自动配置功能。 〔习题5.2〕判断题 （1）低电平有效是指信号为低电平时候表示信号的功能。 （2）处理器读取存储器操作数时和读取代码时，都发生存储器读的总线操作。 （3）8086准备好READY引脚输出给存储器或外设有效信号，表明处理器准备好交换数据了。 （4）8086总线周期的T1状态发出地址，属于总线操作的寻址阶段。 （5）存储器单元以一个字节为基本单元，所以Pentium对应每8个数据总线引脚有一个奇偶校验信号。 （6）PCI总线和USB接口都支持热插拔。 （7）ISA总线仅支持8位和16位数据传输，PCI总线还支持32位和位数据传输。 （8）PCI总线于处理器，所以其引脚信号多数并不与IA-32处理器对应。 （9）USB总线结构中主机包含有根集线器。 （10）支持USB 2.0版本的USB设备一定能够以高速（480Mb/s）传输数据。 〔解答〕 ① 对 ⑥ 错 ② 对 ⑦ 对 ③ 错 ⑧ 对 ④ 对 ⑨ 对 ⑤ 对 ⑩ 错 〔习题5.3〕填空题 （1）某个处理器具有16个地址总线，通常可以用A__________表达最低位地址信号，用A15表达最高地址信号。 （2）8086有3个最基本的读写控制信号，它们是M/IO，__________和__________。 （3）8086预取指令时，在其引脚上将产生__________总线操作；执行指令“MOV AX, [BX]”时，在其引脚上将产生__________总线操作；执行指令“MOV [BX], AX”时，在其引脚上将产生__________总线操作。 （4）8086无等待的总线周期由__________个T状态组成，Pentium无等待的总线周期由__________个T状态组成。如果处理器的时钟频率为100MHz，则每个T状态的持续时间为__________。 （5）8086处理器进行I/O读操作时，其引脚M/IO为低，引脚RD为__________；ISA总线的__________引脚低有效说明进行I/O读操作。PCI总线用C/BE[3::0]#引脚编码为__________表示I/O读总线周期。 （6）占用总线进行数据传输，一般需要经过总线请求和仲裁、__________、__________和结束4个阶段。 （7）USB总线理论上最多能够连接__________个USB设备，USB 2.0支持低速__________、全速__________和高速480Mb/s三种速率。 （8）PCI总线共用数据和地址信号，所以数据传输需要两个阶段：第一个阶段（一个时钟）提供__________（地址，数据），第二个阶段（最少一个时钟）交换__________（地址，数据）。 － －40 （9）Pentium的3个最基本的读写控制引脚是M/IO，__________和__________。 （10）用于要求处理器插入等待状态的信号在8086上是引脚READY，在Pentium上是__________引脚，对应ISA总线是__________信号。 〔解答〕 ① 0 ② 读RD，写WR ③ 存储器读，存储器读，存储器写 ④ 4，2，10ns ⑤ 低有效，IOR，0010 ⑥ 寻址，数据传送 ⑦ 127，1.5Mb/s，12Mb/s ⑧ 地址，数据 ⑨ D/C，W/R ⑩ BRDY，I/O CH RDY 〔习题5.4〕 处理器有哪4种最基本的总线操作（周期）？ 〔解答〕 存储器读、存储器写，I/O读、I/O写。 〔习题5.5〕8086处理器的输入控制信号有RESET，HOLD，NMI和INTR，其含义各是什么？当它们有效时，8086 CPU将出现何种反应？ 〔解答〕 RESET：复位输入信号，高电平有效。该引脚有效时，将迫使处理器回到其初始状态；转为无效时，CPU重新开始工作。 HOLD：总线请求，是一个高电平有效的输入信号。该引脚有效时，表示其他总线主控设备向处理器申请使用原来由处理器控制的总线。 NMI：不可屏蔽中断请求，是一个利用上升沿有效的输入信号。该引脚信号有效时，表示外界向CPU申请不可屏蔽中断。 INTR：可屏蔽中断请求，是一个高电平有效的输入信号。该引脚信号有效时，表示中断请求设备向处理器申请可屏蔽中断。 〔习题5.6〕区别概念：指令周期、总线周期（机器周期）、时钟周期、T状态。 〔解答〕 指令周期：一条指令从取指、译码到最终执行完成的过程。 总线周期（机器周期）：有数据交换的总线操作。 时钟周期：处理器的基本工作节拍，由时钟信号产生，一个高电平和一个低电平为一个周期。 T状态：完成特定操作的一个时钟周期。由于时间上一个T状态等于一个时钟周期，所以常常将两者混为一谈。 〔习题5.7〕总结8086各个T状态的主要功能。 〔解答〕 T1状态：总线周期的第一个时钟周期主要用于输出存储器地址或I/O地址； T2状态：输出读/写控制信号。 T3状态：锁存地址、处理器提供的控制信号和数据在总线上继续维持有效，且T3时钟的前沿（下降沿）对READY引脚进行检测。READY信号有效，进入T4周期。 － －41 T4状态：总线周期的最后一个时钟周期，处理器和存储器或I/O端口继续进行数据传送，直到完成，并为下一个总线周期做好准备。 Tw状态：等待状态。处理器在T3前沿发现READY信号无效后，插入Tw。Tw状态的引脚信号延续T3时的状态、维持不变。 〔习题5.8〕请解释8086（最小组态）以下引脚信号的含义：CLK，A19/S6～A16/S3，AD15～AD0，ALE， M/IO，RD和WR。默画它们在具有一个等待状态的存储器读总线周期中的波形示意。 〔解答〕 CLK：时钟输入。时钟信号是一个频率稳定的数字信号，其频率就是处理器的工作频率，工作频率的倒数就是时钟周期的时间长度。 A19/S6～A16/S3：地址/状态分时复用引脚，是一组4个具有三态能力的输出信号。这些引脚在访问存储器的第一个时钟周期输出高4位地址A19～A16，在访问外设的第一个时钟周期输出低电平无效；其他时间输出状态信号S6～S3。 AD15～AD0：地址/数据分时复用引脚，共16个引脚，用作地址总线时是单向输出信号；用作数据总线时是双向信号，具有三态输出能力。 ALE：地址锁存允许，是一个三态、输出、高电平有效的信号。有效时，表示复用引脚（AD15～AD0和A19/S6～A16/S3）上正在传送地址信号。 M/IO：访问存储器或者I/O，是一个三态输出信号，该引脚高电平时，表示处理器将访问存储器， 此时地址总线A19～A0提供20位的存储器物理地址。该引脚低电平时，表示处理器将访问I/O端口，此时地址总线A15～A0提供16位的I/O地址。 RD：读控制，也是一个三态、输出低电平有效信号。有效时，表示处理器正在从存储单元或I/O端 口读取数据。 WR：写控制，是一个三态、输出低电平有效信号。有效时，表示处理器正将数据写到存储单元或 I/O端口。 T1 CLK M/IO BHE/S7, A19/S6～A16/S3 BHET2 T3 Tw T4 A19~A0 高阻 S7～S0 高阻 AD15～AD0 A15～A0 输入数据 ALE RD READY 图6-1 具有一个Tw的存储器读总线周期时序 〔习题5.9〕 区别如下总线概念：芯片总线、局部总线、系统总线；并行总线、串行总线；地址总线、数据总线、控制总线；ISA总线、PCI总线。 〔解答〕 芯片总线：是指大规模集成电路芯片内部，或系统中各种不同器件连接在一起的总线；用于芯片级互连。 局部总线：位于处理器附件的器件相互连接的总线，相对于芯片总线。 系统总线：通常是指微机系统的主要总线。 － －42 并行总线：采用并行传输方式的总线。 串行总线：将多位数据按二进制位的顺序在数据线上逐位传送的总线。 地址总线：实现地址信息互连和交换的一组导线。 数据总线：实现数据信息互连和交换的一组导线。 控制总线：控制协调处理器和内存、外设交互信息的一组导线。 ISA总线：即IBM PC/AT总线，以处理器80286引脚形成的总线，分成支持8位操作的前62信号和扩展16位操作的后36信号。 PCI总线：外设部件互连总线，不仅适用于IA-32处理器，也适用其它处理器，支持32位和位操作，广泛用于32位通用微型计算机中。 〔习题5.10〕什么是同步时序、半同步时序和异步时序？ 〔解答〕 同步时序：总线操作的各个过程由共用的总线时钟信号控制。 半同步时序：总线操作仍由共用的总线时钟信号控制，但慢速模块可以通过等待信号让快速模块等待。 异步时序：总线操作需要握手（Handshake）联络（应答）信号控制，总线时钟信号可有可无。 〔习题5.11〕EISA总线的时钟频率是8MHz，每2个时钟可以传送一个32位数据，计算其总线带宽。 〔解答〕 （32×8）÷（2×8）＝16MBps 〔习题5.12〕 PCI总线有什么特点？ 〔解答〕 PCI总线与处理器无关，具有32位和位数据总线，有＋5V和＋3.3V两种设计，采用集中式总线仲裁、支持多处理器系统，通过桥（Bridge）电路兼容ISA/EISA总线，具有即插即用的自动配置能力等一系列优势。 〔习题5.13〕 PCI总线操作如何插入等待状态？ 〔解答〕 主设备利用IRDY#信号无效、从设备利用TRDY#信号无效要求对方等待，即插入等待状态。 〔习题5.14〕 什么是USB总线支持的“热插拔”，这个特性有什么意义？ 〔解答〕 “热插拔”是在PC机正常工作状态进行插入或拔出。这个特性可以使用户随时连接USB设备。 〔习题5.15〕 简述USB总线的主要特征？ 〔解答〕 使用方便、扩充能力强。 支持多种传输速度、适用面广。 低功耗、低成本、占用系统资源少。 〔习题5.16〕 USB总线的集线器有什么作用？主机上是否需要集线器？ 〔解答〕 集线器是专门用于提供额外USB接入点的USB设备。 主机需要集线器，被称为根集线器。 － －43 〔习题5.17〕USB总线协议支持哪几种数据传输方式？简述之。 〔解答〕 USB的数据传输有4种： 控制传输——在USB设备初次安装时，USB系统软件使用控制传输方式设置USB设备参数、发送控制指令、查询状态等。 批量传输——对于打印机、扫描仪等设备需要传输大量数据，可以使用批量传输方式连续传输一批数据。 中断传输——该方式传输的数据量很小，但需要及时处理，以保证实时性，主要用于键盘、鼠标等设备上。 同步传输——该方式以稳定的速率发送和接收信息，保证数据的连续和及时，用于数据传输正确性要求不高而对实时性要求高的外设，例如麦克风、喇叭、电话等。 第6章 存储系统 〔习题6.1〕简答题 （1）存储系统为什么不能采用一种存储器件构成？ （2）什么是高速命中和高速缺失（未命中）？ （3）高速缓存Cache系统的标签存储器有什么作用？ （4）什么是Cache的地址映射？ （5）Cache的写入策略用于解决什么问题？ （6）存储器的存取时间和存取周期有什么区别？ （7）虚拟存储器是什么存储器？ （8）DRAM芯片怎么有行地址又有列地址？ （9）地址重复是怎么回事？ （10）页表项的P（D0）位有什么作用？ 〔解答〕 ① 因为各种存储器件在容量、速度和价格方面存在矛盾。速度快，则单位价格高；容量大，单位价格低，但存取速度慢。故存储系统不能采用一种存储器件。 ② Cache中复制着主存的部分内容。当处理器试图读取主存的某个字时，Cache控制器首先检查Cache中是否已包含有这个字。若有，则处理器直接读取Cache，这种情况称为高速命中；若无，则称为高速缺失。 ③ 标签存储器保存着该数据所在主存的地址信息。 ④ 主存块与Cache行之间的对应关系称“地址映射”， Cache通过地址映射确定一个主存块应放到哪个Cache行组中。 ⑤ 写入策略用于解决写入Cache时引起主存和Cache内容不一致性的问题。 ⑥ 存取时间是指从读/写命令发出，到数据传输操作完成所经历的时间；存取周期表示两次存储器访问所允许的最小时间间隔。存取周期大于等于存取时间。 ⑦ 虚拟存储器是由操作系统利用辅助存储器、以磁盘文件形式建立的、在主存储器与辅助存储器之间的一个存储器。 ⑧ DRAM芯片容量大、芯片小，高集成度，引脚数量少。故DRAM芯片将地址引脚分时复用，即用一组地址引脚传送两批地址。第一批地址称行地址，第二批地址称列地址。 ⑨ 译码电路中只有部分地址线参与译码会造成地址重复，也就是一个存储单元占有多个存储器地址。 ⑩页表项的P位称为存在位（Present），表示该页面是否在物理存储器中。 〔习题6.2〕判断题 （1）存储系统的高速缓存需要操作系统的配合才能提高主存访问速度。 （2）指令访问的操作数可能是8，16或32位，但主存与Cache间却以数据块为单位传输。 （3）为了加快段描述符和页表项的访问速度，IA-32处理器内部分别设置了段描述符高速缓冲器和 － －44 转换后备缓冲器。它们的基本工作原理类似主存的高速缓存。 （4）存储器芯片的集成度高表示单位芯片面积制作的存储单元数多。 （5）微机大容量主存一般采用DRAM芯片组成。 （6）部分译码可以简化译码电路，不会减少可用的存储空间。 （7）存储系统每次给DRAM芯片提供刷新地址，被选中的芯片上所有单元都刷新一遍。 （8）存储系统的刷新地址提供给所有DRAM芯片。 （9）FPM DRAM芯片中的快页读写方式就是猝发传送方式。 （10）ROM芯片的烧写或擦写就是指对ROM芯片的编程。 〔解答〕 ① 错 ⑥ 错 ② 对 ⑦ 错 ③ 对 ⑧ 对 ④ 对 ⑨ 错 ⑤ 对 ⑩ 对 〔习题6.3〕填空题 （1）计算机存储容量的基本单位：1 B（Byte）＝__________b（bits），1KB＝__________B，1MB＝__________KB，1GB＝__________MB，1TB＝__________GB＝__________B。 （2）80486片上Cache的容量是__________，采用__________路组合地址映射。 （3）在半导体存储器中，RAM指的是__________，它可读可写，但断电后信息一般会__________；而ROM指的是__________，正常工作时只能从中__________信息，但断电后信息__________。 （4）存储结构为8K×8位的EPROM芯片27，共有__________个数据引脚、__________个地址引脚。用它组成KB的ROM存储区共需__________片芯片。 （5）对一个存储器芯片进行片选译码时，有一个高位系统地址信号没有参加译码，则该芯片的每个存储单元占有__________个存储器地址。 （6）半导体__________芯片顶部开有一个圆形石英窗口。U盘、MP3播放器、数码相机、多媒体手机等设备一般采用半导体__________芯片构成存储器。 （7）在8088处理器系统中，假设地址总线A19～A15输出01011时译码电路产生一个有效的片选信号。这个片选信号将占有主存从__________到__________的物理地址范围，共有__________容量。 （8）8086和80286使用16位数据总线，主存分成偶数地址和奇数地址两个存储体。80386和80486处理器使用__________位数据总线，利用4个字节允许信号区别__________个存储体。Pentium及以后的IA-32处理器使用__________位数据总线，主存由_____8_____个存储体组成。 （9）高速缓冲存储器的地映址射有____________、____________和____________方式。Pentium的L1 Cache采用____________映射方式。 （10）已知IA-32处理器某个段描述符为0000B98200002000H，则该段基地址＝__________，段界限＝__________。 〔解答〕 ① 8，1024，1024，1024，1024，240 ② 8KB，4 ③ 随机存取存储器，丢失，只读存储器，读取，不会丢失 ④ 8，13，8 ⑤ 2 ⑥（UV-）EPROM，Flash Memory ⑦ 58000H，5FFFFH，32KB ⑧ 32，4，，8 ⑨ 直接映射，组合相关映射，全相关映射，2路组合相关映射 ⑩ 00820000H，02000H 〔习题6.4〕举例说明存储访问的局部性原理。 〔解答〕 处理器访问存储器时，无论是读取指令还是存取数据，所访问的存储单元在一段时间内都趋向于一个较小的连续区域中，这就是存储访问的局部性原理。 例如，求平均值的函数。 － －45 long mean(long d[], long num) { long i,temp=0; for(i=0; i 〔习题6.5〕简述存储系统的层次结构及各层存储部件特点。 〔解答〕 为解决容量、速度和价格的矛盾，存储系统采用金字塔型层次结构，单位价格和速度自上而下逐层减少，容量自上而下逐层增加。 存储系统的各层存储部件自上而下依次是：CPU寄存器、高速缓存、主存存储器(RAM/ROM)，辅助存储器如磁盘、光盘等。CPU寄存器、高速缓存器集成在CPU芯片上，对用户来说，是透明的，它们用于暂存主存和处理器交互的数据，以减少频繁读取主存而影响处理器速度；主存储器则可和处理器直接交换数据，而辅助存储器必须经过主存存储器，才可与处理器进行数据交换。 〔习题6.6〕在半导体存储器件中，什么是SRAM、DRAM和NVRAM？ 〔解答〕 SRAM是静态读写存储器芯片，它以触发器为基本存储单元，以其两种稳定状态表示逻辑0和逻辑1。 DRAM是动态读写存储器芯片，它以单个MOS管为基本存储单元，以极间电容充放电表示两种逻辑状态，需要不断刷新保持信息正确。 NVRAM多指带有后备电池的SRAM芯片，这种芯片采用CMOS制造工艺设计以减少用电。 〔习题6.7〕SRAM芯片的片选信号有什么用途？对应读写控制的信号是什么？ 〔解答〕 片选信号CS：片选有效时，才可以对该芯片进行读/写操作；无效时，数据引脚呈现高阻状态、与系统数据总线隔离，并可降低内部功耗。 读控制信号OE：在芯片被选中的前提下，若OE有效，则芯片将允许地址信号选择的存储单元内的数据输出到数据引脚上。 写控制信号WE：在芯片被选中的前提下，若WE有效，则芯片将数据引脚上的数据写入地址信号选择的存储单元内。 〔习题6.8〕DRAM为什么要刷新，存储系统如何进行刷新？ 〔解答〕 DRAM以单个MOS管为基本存储单元，以极间电容充放电表示两种逻辑状态。由于极间电容的容量很小，充电电荷自然泄漏会很快导致信息丢失，所以要不断对它进行刷新操作、即读取原内容、放大再写入。 存储系统的刷新控制电路提供刷新行地址，将存储DRAM芯片中的某一行选中刷新。实际上，刷新控制电路是将刷新行地址同时送达存储系统中所有DRAM芯片，所有DRAM芯片都在同时进行一行的刷新操作。 刷新控制电路设置每次行地址增量，并在一定时间间隔内启动一次刷新操作，就能够保证所有DRAM芯片的所有存储单元得到及时刷新。 － －46 〔习题6.9〕什么是掩摸ROM、OTP-ROM、EPROM、EEPROM和Flash ROM？ 〔解答〕 掩膜ROM：通过掩膜工艺、将要保存的信息直接制作在芯片当中，以后再也不能更改。 OTP-ROM：该类芯片出厂时存储的信息为全“1”，允许用户进行一次性编程，此后便不能更改。 EPROM：一般指可用紫外光擦除、并可重复编程的ROM。 EEPROM：也常表达为E2PROM，其擦除和编程（即擦写）通过加电的方法来进行，可实现“在线编程”和“在应用编程” Flash ROM：是一种新型的电擦除可编程ROM芯片，能够很快擦除整个芯片内容。 〔习题6.10〕请给出教材图6-7中138译码器的所有译码输出引脚对应的地址范围。 〔解答〕 Y0～Y7的地址范围依次是： E0000H～E3FFFH，E4000H～E7FFFH，E8000H～EBFFFH，EC000H～EFFFFH，F0000H～F3FFFH，F4000H～F7FFFH，F8000H～FBFFFH，FC000H～FFFFFH。 〔习题6.11〕什么是存储器芯片的全译码和部分译码？各有什么特点？ 〔解答〕 全译码：使用全部系统地址总线进行译码。特点是地址唯一，一个存储单元只对应一个存储器地址（反之亦然），组成的存储系统其地址空间连续。 部分译码：只使用部分系统地址总线进行译码。其特点：有一个没有被使用的地址信号就有两种编码，这两个编码指向同一个存储单元，出现地址重复。 〔习题6.12〕区别如下各个主存名称的含义：常规主存，扩展主存，扩充主存；上位主存区UMA和上位主存块UMB，高端主存区HMA，影子主存。 〔解答〕 常规主存：8088和8086提供20个地址线A19～A0，寻址1MB的存贮空间，其中，最低0KB的系统RAM区被称为常规主存或基本主存。 扩展主存：IA-32处理器在1MB之后的主存空间都作为RAM区域使用，被称为扩展主存。 扩充主存：处理器不可以直接访问，利用“体交换技术”实现处理器访问。 上位主存区UMA：在常规主存其后384KB（A0000H～FFFFFH）主存称为上位主存区UMA。 上位主存块UMB：上位主存区UMA没有被使用部分，被开辟为上位主存块UMB。 高端主存区HMA：在实方式下，通过控制A20开放，程序可以访问的1MB之后的KB区域。 影子主存：PC机启动后可以将ROM-BIOS映射到RAM中，这部分用作ROM-BIOS、并被操作系统设置为只读的RAM区域。 〔习题6.13〕开机后，微机系统常需要检测主存储器是否正常。例如，可以先向所有存储单元写入数据55H（或00H）、然后读出看是否还是55H（或00H）；接着再向所有存储单元写入数据AAH（或FFH）、然后读出看是否还是AAH（或FFH）。利用两个二进制各位互反的“花样”数据的反复写入、读出和比较就能够识别出有故障的存储单元。利用获得的有故障存储单元所在的物理地址，如果能够分析出该存储单元所在的存储器芯片，就可以实现芯片级的维修。试利用汇编语言编写一个检测常规主存最高KB（逻辑地址从9000H∶0000H到9000H∶FFFFH）的程序，如果发现错误请显示其逻辑地址。 〔解答〕 ; 代码段 mov ax,9000h － －47 again: again1: again2: next2: done: mov ds,ax mov ah,55h push ax mov bx,0 mov al,ah mov [bx],al dec bx jnz again1 mov al,[bx] cmp al,ah jz next2 dispcrlf push ax mov ax,ds call disphw mov al,':' call dispc mov ax,bx call disphw pop ax dec bx jnz again2 pop ax cmp ah,0aah jz done mov ah,0aah jmp again ; 先用55H ; 写入 ; 读出 ; 检测 ; 显示段地址 ; 显示偏移地址 ; 后用0AAH 〔习题6.14〕什么是LRU替换算法？80486片内Cache中，如果3个替换算法位B2B1B0＝010，则将替换哪个Cache行，并给出你的判断过程。 〔解答〕 LRU算法是近期最少使用、即选择最长时间未被使用的数据块进行替换的算法。 B0＝0，说明最近访问了L2/L3行，所以应该替换L0或L1行。B1＝1，说明最近访问了L0行，所以应该替换L1。因为LRU算法是选择最长时间未被访问的Cache行进行替换。 〔习题6.15〕高速缓冲存储器Cache的写入策略是解决什么问题的？有哪两种写入策略，各自的写入策略是怎样的？ 〔解答〕 写入策略用于在写命中时Cache与主存内容保持一致。 直写式写入策略指处理器对Cache写入的同时，将数据也写入到主存，这样来保证主存和Cache内容一致。它简单可靠。 回写Cache只有在行替换时才可能写入主存，写入主存的次数，会少于处理器实际执行的写入操作数。回写Cache的性能要高于直写Cache，但实现结构略为复杂。 〔习题6.16〕80486片上8KB Cache的标签存储器为什么只需要21位？ 〔解答〕 － －48 80486片上Cache共有8KB容量，采用4路组合地址映射方式。对于4GB容量的主存来说，以Cache 321121 路为单位，可以分成4GB÷2KB＝2÷2＝2个Cache路。这样每个Cache行只要设计一个21位的标签存储器，记录该Cache行映射到哪个主存的Cache路。再结合直接映射的组号就可以明确该Cache行对应哪个主存块。 〔习题6.17〕高速缓存的写入操作有几个很近似的英文词汇，它们分别表示什么含义？ （1）Write Through （2）Write Back （3）Write Around （4）Fetch on Write 〔解答〕 （1）Write Through：写命中时的直写策略。 （2）Write Back：写命中时的回写策略。 （3）Write Around：写未命中时的不写分配法，即绕写法。 （4）Fetch on Write：写未命中时的写分配法，即写时取法。 〔习题6.18〕区别如下高速缓存中的概念： （1）主存数据块Block （3）高速缓存组Set （2）高速缓存行Line （4）高速缓存路Way 〔解答〕 （1）主存数据块Block：高速缓存与主存间的数据传送以数据块（Block）为单位，例如B个字。主存数据块Block是主存中连续的B个字数据。 （2）高速缓存行Line：指高速缓存中包含B个字的一个单元。 （3）高速缓存组Set：组合相关映射将多个Cache行作为一个组（Set）。 （4）高速缓存路Way：组合相关映射将所有组中同位置Cache行称为一路（Way）。 〔习题6.19〕什么是段选择器、描述符、描述符表和描述符表寄存器？ 〔解答〕 段选择器：保护方式下的16位段寄存器就是段选择器。 描述符：是保护方式引入的数据结构，有8个字节位，具有段基地址、访问权限、段界限等字段。IA-32处理器利用它来实现存储管理、特权与保护。 描述符表：描述符表是存放描述符的一个特殊区域段。 描述符表寄存器：指明描述符表所在主存地址的寄存器。 〔习题6.20〕IA-32处理器在保护方式下，段寄存器是什么内容？若DS＝78H，说明在保护方式其具体的含义。 〔解答〕 段寄存器是段选择器，包含3个域，指向一个段描述符。 DS＝78H，说明当前数据段描述符是全局描述符表中的第0FH个描述符。本次访问数据的特权级别为0，最高。 〔习题6.21〕采用4KB分页，说明IA-32处理器将线性地址转换为物理地址的过程。 〔解答〕 通过2级查表来实现线性地址转换为位物理地址。 （1）在CR3中包含着当前任务的页目录的起始地址，将其加上线性地址最高10位A31～A22确定的页目录项的偏移量，便访问到指定的页目录项。 （2）在此页目录项中包含着指向的页表的起始地址，将其加上线性地址中间的10位A21～A12确定 － －49 的页表项的偏移量，便访问到指定的页表项。 （3）在此页表项中包含着要访问的页面的起始地址，将其加上线性地址最低12位A11～A0的偏移量，就从这一页中访问到所寻址的物理单元。 第7章 输入输出接口 〔习题7.1〕简答题 （1）外设为什么不能像存储器芯片那样直接与主机相连？ （2）计算机两个功能部件、设备等之间为什么一般都需要数据缓冲？ （3）什么是接口电路的命令字或控制字？ （4）PC机中CMOS RAM属于主存空间吗？ （5）与系统总线连接的输入接口为什么需要三态缓冲器？ （6）透明锁存器和非透明锁存器是什么区别？ （7）什么样的外设可以采用无条件数据传送方式？ （8）什么是查询超时错误？ （9）远调用CALL指令和INT N指令有什么区别？ （10）为什么说外部中断才是真正意义上的中断？ 〔解答〕 ① 外部设备，在工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度等方面彼此差别很大，与处理器的工作方式也大相径庭。所以，外设不能像存储器芯片那样直接与处理器相连，必须经过一个中间电路。 ② 数据缓冲用于匹配快速的处理器与相对慢速的外设或两个功能部件速度不匹配的数据交换。 ③ 处理器向接口芯片相应端口写入特定的数据，用于选择I/O芯片的工作方式或控制外设工作，该数据称命令字或控制字。 ④ PC机中CMOS RAM不属于主存空间，CMOS RAM有个字节容量，以8位I/O接口形式与处理器连接，通过两个I/O地址访问。 ⑤ 在输入接口中，为避免多个设备同时向总线发送数据，需要安排一个三态缓冲器。只有当处理器选通时，才允许被选中设备将数据送到系统总线，此时其他输入设备与数据总线隔离。 ⑥ 透明锁存器的控制端为有效电平时，输出随输入变化，常称为直通或透明。非透明锁存器不论其控制端为低或为高电平，输出状态都不随输入变化。 ⑦ 如发光二极管、按键和开关等简单设备，它们的工作方式十分简单；相对处理器而言，其状态很少发生变化或变化很慢。这些设备与处理器交换数据时，可采用无条件传送。 ⑧ 在查询程序中，当查询超过了规定的时间，设备仍未就绪时，就引发超时错误。 ⑨ 远调用CALL指令利用直接或间接寻址调用另一个代码段的子程序；INT n指令利用中断向量表（地址表）的方法调用另一个代码段的中断服务程序，还有保存标志寄存器的功能。 ⑩ 外部中断是由处理器外部提出中断请求引起的程序中断。相对于处理器来说，外部中断是随机产生的，所以是真正意义上的中断。 〔习题7.2〕判断题 （1）处理器并不直接连接外设，而是通过I/O接口电路与外设连接。 （2）I/O接口的状态端口通常对应其状态寄存器。 （3）I/O接口的数据寄存器保存处理器与外设间交换的数据，起着数据缓冲的作用。 （4）IA-32处理器的K个I/O地址也像存储器地址一样分段管理。 （5）指令“OUT DX,AX”的两个操作数均采用寄存器寻址方式，一个来自处理器、一个来自外设。 （6）向某个I/O端口写入一个数据，一定可以从该I/O端口读回这个数据。 （7）程序查询方式的一个主要缺点是需要处理器花费大量循环查询、检测时间。 （8）中断传送方式下，由硬件实现数据传送，不需要处理器执行IN或OUT指令。 （9）IA-32处理器保护方式用中断描述符表代替了实方式的中断向量表。 （10）某个外设中断通过中断控制器IR引脚向处理器提出可屏蔽中断，只要处理器开中断就一定能够响应。 － －50 〔解答〕 ① 对 ⑥ 错 ② 对 ⑦ 对 ③ 对 ⑧ 错 ④ 错 ⑨ 对 ⑤ 错 ⑩ 错 〔习题7.3〕填空题 （1）计算机能够直接处理的信号是_____，_____和_____形式。 （2）在Intel 80x86系列处理器中，I/O端口的地址采用_____编址方式，访问端口时要使用专门的_____指令，有两种寻址方式，其具体形式是：_____和_____。 （3）指令IN是将数据从_____传输到_____，执行该指令处理器引脚产生_____总线周期。 （4）指令“IN AL, 21H”的目的操作数是_____寻址方式，源操作数是_____寻址方式。 （5）指令“OUT DX, EAX”的目的操作数是_____寻址方式，源操作数是_____寻址方式。 （6）DMA的意思是_____，主要用于高速外设和主存间的数据传送。进行DMA传送的一般过程是：外设先向DMA控制器提出_____，DMA控制器通过_____信号有效向处理器提出总线请求，处理器回以_____信号有效表示响应。此时处理器的三态信号线将输出_____状态，即将它们交由_____进行控制，完成外设和主存间的直接数据传送。 （7）在IA-32处理器中0号中断被称为_____中断，外部非屏蔽中断是_____号中断。 （8）IA-32处理器在开中断状态，其标志IF＝_____。指令_____是开中断指令，而关中断指令是_____，关中断时IF＝_____。 （9）实地址方式下，主存最低_____的存储空间用于中断向量表。向量号8的中断向量保存在物理地址_____开始的_____个连续字节空间；如果其内容从低地址开始依次是00H、23H、10H、F0H，则其中断服务程序的首地址是_____。 （10）某时刻中断控制器8259A的IRR内容是08H，说明其_____引脚有中断请求。某时刻中断控制器8259A的ISR内容是08H，说明_____中断正在被服务。 〔解答〕 ① 数字量、开关量、脉冲量 ② I/O，输入输出（I/O）指令，直接寻址，DX寄存器间接寻址 ③ I/O端口（接口，外设），处理器（主机），I/O读 ④ 寄存器，I/O地址的直接寻址 ⑤ I/O地址的间接寻址，寄存器 ⑥ 直接存储器存取，DMA请求，总线请求，总线响应，高阻，DMAC（DMA控制器） ⑦ 除法错，2 ⑧ 1，STI，CLI，0 ⑨ 1KB，20H，4，F010H∶2300H ⑩ IR3，IR3请求的 〔习题7.4〕一般的I/O接口电路安排有哪三类寄存器？它们各自的作用是什么？ 〔解答〕 ① 数据寄存器 保存处理器与外设之间交换的数据。 ② 状态寄存器 保存外设当前的工作状态信息。处理器通过该寄存器掌握外设状态，进行数据交换。 ③ 控制寄存器 保存处理器控制接口电路和外设操作的有关信息。处理器向控制寄存器写入控制信息，选择接口电路的不同工作方式和与外设交换数据形式。 〔习题7.5〕什么是I/O编址和统一编址，各有什么特点？ 〔解答〕 编址是将I/O端口单独编排地址，于存储器地址。 － －51 统一编址是将I/O端口与存储器地址统一编排，共享一个地址空间。 端口编址方式，处理器除要具有存储器访问的指令和引脚外，还需要设计I/O访问的I/O指令和I/O引脚，其优点是：不占用存储器空间；I/O指令使程序中I/O操作一目了然；较小的I/O地址空间使地址译码简单。但I/O指令功能简单，寻址方式没有存储器指令丰富。 统一编址方式，处理器不再区分I/O口访问和存储器访问。其优点是：处理器不用设计I/O指令和引脚，丰富的存储器访问方法同样能够运用于I/O访问。缺点是：I/O端口会占用存储器的部分地址空间，通过指令不易辨认I/O操作。 〔习题7.6〕简述主机与外设进行数据交换的几种常用方式。 〔解答〕 主机与外设进行数据交换的几种常用方式： ① 无条件传送方式，常用于简单设备，处理器认为它们总是处于就绪状态，随时进行数据传送。 ② 程序查询方式：处理器首先查询外设工作状态，在外设就绪时进行数据传送。 ③ 中断方式：外设在准备就绪的条件下通过请求引脚信号，主动向处理器提出交换数据的请求。处理器无其他更紧迫任务，则执行中断服务程序完成一次数据传送。 ④ DMA传送： DMA控制器可接管总线，作为总线的主控设备，通过系统总线来控制存储器和外设直接进行数据交换。此种方式适用于需要大量数据高速传送的场合。 〔习题7.7〕参看图7-5，编程实现以下功能：当K0键单独按下时，发光二极管L0～L7将依次点亮（L0，L1，L2，……L7），每个维持200ms；当K1键单独按下时，发光二极管L0～L7将反向依次点亮（L7，L6，L5，……L0），每个也维持200ms；在其他情况下各发光二极管均不点亮。假定有延时200ms的子程序DELAY可直接调用。 〔解答〕 again: next1: next11: next2: next21: mov dx,8000h in al,dx cmp al,0feh jz next1 cmp al,0fdh jz next2 jmp again mov cx,8 mov al,1 out dx,al call delay shl al,1 loop next11 jmp again mov cx,8 mov al,80h out dx,al call delay shr al,1 loop next21 jmp again ; D7～D0＝11111110B ？ ; 单独按下K0，转移到next1 ; D7～D0＝11111101B ？ ; 单独按下K1，转移到next2 ; 其它情况不点亮 ; 从K0开始 ; 某个LED电亮 ; 延时200ms ; rol al,1 ; 从K7开始 ; 某个LED电亮 ; 延时200ms ; ror al,1 － －52 〔习题7.8〕现有一个输入设备，其数据端口地址为FFE0H，状态端口地址为FFE2H。当状态标志D0＝1时，表明一个字节的输入数据就绪。请编写利用查询方式进行数据传送的程序段，要求从该设备读取100个字节保存到BUFFER缓冲区。 〔解答〕 again: status: mov bx, offset buffer mov cx,100 mov dx,0ffe2h in al,dx ; 查询一次 test al,01h jz status mov dx,0ffe0h in al,dx ; 输入一个字节 mov [bx],al inc bx loop again ; 循环，输入100个字节 〔习题7.9〕 某个字符输出设备，其数据端口和状态端口的地址均为80H。在读取状态时，当标志位D7＝0时， 表明该设备闲，可以接收一个字符。请编写利用查询方式进行数据传送的程序段，要求将存放于缓冲区ADDR处的一串字符（以0为结束标志）输出给该设备。 〔解答〕 again: status: done: 〔习题7.10〕以可屏蔽中断为例，说明一次完整的中断过程主要包括哪些环节？ 〔解答〕 中断请求：外设通过硬件信号的形式、向处理器引脚发送有效请求信号。 中断响应：在满足一定条件时，处理器进入中断响应总线周期。 关中断：处理器在响应中断后会自动关闭中断。 断点保护：处理器在响应中断后将自动保护断点地址。 中断源识别：处理器识别出当前究竟是哪个中断源提出了请求，并明确与之相应的中断服务程序所在主存位置。 现场保护：对处理器执行程序有影响的工作环境（主要是寄存器）进行保护。 中断服务：处理器执行相应的中断服务程序，进行数据传送等处理工作。 恢复现场：完成中断服务后，恢复处理器原来的工作环境。 开中断：处理器允许新的可屏蔽中断。 中断返回：处理器执行中断返回指令，程序返回断点继续执行原来的程序。 mov bx,offset addr cmp byte ptr [bx],0 jz done in al,80h ; 查询 test al,80h jnz status mov al,[bx] out 80h,al ; 输出一个字节 inc bx jmp again ; 循环 － －53 〔习题7.11〕什么是中断源？为什么要安排中断优先级？什么是中断嵌套？什么情况下程序会发生中断嵌套？ 〔解答〕 计算机系统中，凡是能引起中断的事件或原因，被称为中断源。 处理器随时可能会收到多个中断源提出的中断请求，因此，为每个中断源分配一级中断优先权，根据它们的高低顺序决定响应的先后。 一个中断处理过程中又有一个中断请求、并被响应处理，被称为中断嵌套。 必须在中断服务程序中打开中断，程序才会发生中断嵌套。 〔习题7.12〕明确如下中断有关的概念：中断源、中断请求、中断响应、关中断、开中断、中断返回、中断识别、中断优先权、中断嵌套、中断处理、中断服务。 〔解答〕 中断源：能引起中断的事件或原因。 中断请求：是外设通过硬件信号的形式、向处理器引脚发送有效请求信号。 中断响应：中断响应是在满足一定条件时，处理器进入中断响应总线周期。 关中断：禁止处理器响应可屏蔽中断。 开中断：允许处理器响应可屏蔽中断。 中断返回：处理器执行中断返回指令，将断点地址从堆栈中弹出，程序返回断点继续执行原来的程序。 中断识别：处理器识别出当前究竟是哪个中断源提出了请求，并明确与之相应的中断服务程序所在主存位置。 中断优先权：为每个中断源分配一级中断优先权，即系统设计者事先为每个中断源确定处理器响应他们的先后顺序。 中断嵌套：在一个中断处理过程中又有一个中断请求被响应处理，称为中断嵌套。 中断处理：接到中断请求信号后，随之产生的整个工作过程，称中断处理。 中断服务：指处理器执行相应的中断服务程序，进行数据传送等处理工作。 〔习题7.13〕按照图7-10所示的中断查询接口与相应的流程图，编写用于中断服务的程序段。具体要求是，当程序查到中断设备0有中断请求（对应数据线D0），它将调用名为PROC0的子程序；如此，依次去查中断设备1～中断设备3，并分别调用名为PROC1～PROC3的子程序。 〔解答〕 sti push ax push dx … mov dx,4000h status: in al,dx test al,01h jnz service0 test al,02h jnz service1 test al,04h jnz service2 test al,08h jnz service3 … service0: call proc0 jmp done － － service1: call proc1 jmp done service2: call proc2 jmp done service3: call proc3 jmp done …… done: pop dx pop ax iret 〔习题7.14〕什么是DMA读和DMA写？什么是DMA控制器8237A的单字节传送、数据块传送和请求传送？ 〔解答〕 DMA读：存储器的数据在DMA控制器控制下被读出传送给外设。 DMA写：外设的数据在DMA控制器控制下被写入存储器。 单字节传送方式：每次DMA传送时仅传送一个字节。传送一个字节之后，DMA控制器释放系统总线，将控制权还给处理器。 数据块传送： DMA传送启动后就连续地传送数据，直到规定的字节数传送完。 请求传送：DMA传送由请求信号控制。如果请求信号一直有效，就连续传送数据；但当请求信号无效时，DMA传送被暂时中止。 〔习题7.15〕IA-32处理器何时处于开中断状态、何时处于关中断状态？ 〔解答〕 在IA-32处理器中，若IF＝1，则处理器处于开中断状态。 若IF＝0，则处理器处于关中断状态。IF＝0关中断的情况有：系统复位后，任何一个中断（包括外部中断和内部中断）被响应后，执行关中断指令CLI后。 〔习题7.16〕简述IA-32处理器的中断工作过程。 〔解答〕 IA-32处理器获得向量号识别出中断源后，中断或异常接着的工作过程如下： （1）将标志寄存器EFLAGS压入堆栈，保护各个标志位；将被中断指令的逻辑地址（代码段寄存器和指令指针寄存器内容）压入堆栈，保护断点。 （2）如果有错误代码，将其压入堆栈（有些异常产生错误代码，更具体地表明产生异常的原因）。实地址方式的异常不返回错误代码。 （3）根据向量号获得中断服务程序（中断或异常的处理程序）的段选择器和指令指针，分别传送给代码段寄存器CS和指令指针寄存器EIP。 （4）对于中断，要设置中断允许标志IF为0，即禁止进一步的可屏蔽中断。 （5）控制转移至中断服务程序入口地址（首地址），开始执行中断或异常处理程序。 中断服务程序最后是中断返回指令IRET。中断返回指令IRET将断点地址和标志寄存器出栈恢复，如果压入了错误代码还需要相应增量堆栈指针，于是控制又返回到断点指令继续执行。 〔习题7.17〕IA-32处理器的中断向量表和中断描述符表的作用是什么？ 〔解答〕 IA-32处理器的中断向量表和中断描述符表的作用都是获取中断服务程序的入口地址（称为中断向量），进而控制转移到中断服务程序中。 － －55 〔习题7.18〕说明如下程序段的功能： cli mov ax,0 mov es,ax mov di,80h*4 mov ax,offset intproc cld mov es:[di],ax mov ax,seg intproc mov es:[di+2],ax sti ; intproc是一个过程名 〔解答〕 设置80H号中断向量。 〔习题7.19〕中断控制器8259A中IRR，IMR和ISR三个寄存器的作用是什么？ 〔解答〕 中断请求寄存器IRR：保存外界中断请求信号IR0～IR7的请求状态。Di位为1表示IRi引脚有中断请求；为0表示该引脚无请求。 中断屏蔽寄存器IMR：保存对中断请求信号IR的屏蔽状态。Di位为1表示IRi中断被屏蔽（禁止）；为0表示允许该中断。 中断服务寄存器ISR：保存正在被8259A服务着的中断状态。Di位为1表示IRi中断正在服务中；为0表示没有被服务。 〔习题7.20〕下面是IBM PC/XT机ROM-BIOS中的08号中断服务程序，请说明各个指令的作用。 int08h proc sti push ds push ax push dx …… ; 日时钟计时 …… ; 控制软驱马达 int 1ch mov al,20h out 20h,al pop ax pop dx pop ds iret int08h endp 〔解答〕 int08h proc far sti push ds push ax push dx …… …… ; 远过程 ; 开中断 ; 保护现场 ; 日时钟计时 ; 控制软驱马达 － －56 int08h int 1ch mov al,20h out 20h,al pop ax pop dx pop ds iret endp ; 调用1CH号中断 ; 发送EOI中断结束命令 ; 恢复现场 ; 中断返回 〔习题7.21〕编写一个程序，将例题7-5的INT 80H内部中断服务程序驻留内存。然后在调试程序中或其他程序中执行INT 80H，看能否实现其显示功能。 〔解答〕 new80h new1: new2: intmsg new80h start: ; 代码段 jmp start ; 80H内部中断服务程序：显示字符串（以0结尾）；DS∶DX＝缓冲区首地址 proc ; 过程定义 sti ; 开中断 push ax ; 保护寄存器 push bx push si mov si,offset intmsg mov al,cs:[si] ; 获取欲显示字符 cmp al,0 ; 为“0”结束 jz new2 mov bx,0 ; 采用ROM-BIOS调用显示一个字符 mov ah,0eh int 10h inc si ; 显示下一个字符 jmp new1 pop si ; 恢复寄存器 pop bx pop ax iret ; 中断返回 db 'A Instruction Interrupt !',0dh,0ah,0 ; 字符串（以0结尾） endp ; 中断服务程序结束 ; 主程序 mov ax,cs mov ds,ax ; 设置04H中断向量 mov dx,offset new80h cli mov ax,2580h int 21h sti mov eax,offset tsrmsg ; 显示安装信息 call dispmsg mov dx,offset start ; 计算驻留内存程序的长度 add dx,15 shr dx,4 ; 调整为以“节”（16个字节）为单位 mov ax,3100h ; 程序驻留，返回DOS － －57 tsrmsg int 21h db 'INT 80H Program Installed ! ',0dh,0ah,0 〔习题7.22〕完成例题7-2显示当前日期同样的功能，请获得日期数据后转换成ASCII码，保存在缓冲区、利用DISPMSG子程序显示。 〔解答〕 ; ex0722.asm in DOS include io16.inc .data date byte 'Today is 20xx-yy-zz',0 .code start: mov ebx,11 mov al,9 ; AL＝9（准备从9号单元获取年代数据） out 70h,al ; 从70H的I/O地址输出，选择CMOS RAM的9号单元 in al,71h ; 从71H的I/O地址输入，获取9号单元的内容，保存在AL mov dl,al shr al,4 ; 转换高位BCD码为ASCII码 add al,30h mov date[ebx],al ; 保存到缓冲区 add ebx,1 and dl,0fh ; 转换低位BCD码为ASCII码 add dl,30h mov date[ebx],dl ; 保存到缓冲 add ebx,2 mov al,8 ; AL＝8（从8号单元获取月份数据） out 70h,al in al,71h mov dl,al shr al,4 ; 转换高位BCD码为ASCII码 add al,30h mov date[ebx],al ; 保存到缓冲区 add ebx,1 and dl,0fh ; 转换低位BCD码为ASCII码 add dl,30h mov date[ebx],dl ; 保存到缓冲 add ebx,2 mov al,7 ; AL＝7（从7号单元获取日期数据） out 70h,al in al,71h mov dl,al shr al,4 ; 转换高位BCD码为ASCII码 add al,30h mov date[ebx],al ; 保存到缓冲区 add ebx,1 and dl,0fh ; 转换低位BCD码为ASCII码 add dl,30h － －58 mov date[ebx],dl mov eax,offset date call dispmsg exit 0 end start ; 保存到缓冲 ; 显示 第8章 常用接口技术 〔习题8.1〕简答题 （1）为什么称8253/82的工作方式1为可编程单稳脉冲工作方式？ （2）为什么写入8253/82的计数初值为0却代表最大的计数值？ （3）处理器通过8255的控制端口可以写入方式控制字和位控制字，8255如何区别这两个控制字呢？ （4）“8255具有锁存输出数据的能力”是什么意思？ （5）Modem（戏称“猫”）是一个什么作用的器件？ （6）RS-232C标准使用25针连接器，为什么PC机上常见的是9针连接器？ （7）什么是RS-232C的零调制解调器连接方式？ （8）UART器件的主要功能是什么？ （9）多路开关在模拟输入输出系统中起什么作用？ （10）处理器为什么需要通过锁存器与数字/模拟转换器连接？ 〔解答〕 ① 方式1可以通过编程产生一个确定宽度的单稳脉冲，故称工作方式1为可编程单稳脉冲工作方式。 ② 因为计数器是先减1，再判断是否为0，所以写入0实际代表最大计数值。 ③ 通过控制字的D7位来区别：D7＝1，该控制字为方式控制字；否则为位控制字。 ④ 8255的三种工作方式均可实现输出数据锁存，即数据输出后被保存在8255内部，可以读取出来，只有当8255再输出新一组数据时才改变。 ⑤ Modem，称为调制解调器，将数字信号转换为适合在电话线路上传送的模拟信号（调制）以及将电话线路的模拟信号转换为数字信号（解调）。 ⑥ 因绝大多数设备只使用RS-232C标准的其中9个信号，所以PC机上就配置9针连接器。 ⑦ 两台微机进行短距离通信，可以不使用调制解调器，直接利用232C接口连接，被称为零调制解调器（Null Modem）连接。 ⑧ UART表示通用异步接收发送器，主要功能是将并行数据转换为串行数据发送，以及实现串行数据转换为并行传送给处理器。 ⑨ 采用多路开关，通过微型机控制，把多个现场信号分时地接通到A/D转换器上转换，达到共用A/D转换器以节省硬件的目的。 ⑩ 处理器输出数据都只在输出指令OUT执行的极短时间内出现在数据总线上，慢速的外设不能及时获取，所以主机与DAC之间必须连接数据锁存器。 〔习题8.2〕判断题 （1）称为定时器也好，称为计数器也好，其实它们都是采用计数电路实现的。 （2）计数可以从0开始逐个递增达到规定的计数值，也可以从规定的计数值开始逐个递减恢复到0；前者为加法计数器，后者是减法计数器；8253/82采用后者。 （3）32位PC机中并没有8253或82芯片，但其控制芯片组具有兼容其功能的电路。 （4）一次实现16位并行数据传输需要16个数据信号线。进行32位数据的串行发送只用一个数据信号线就可以。 （5）8255没有时钟信号，其工作方式1的数据传输采用异步时序。 （6）调制解调器的信号调制是数字信号与模拟信号的转换，所以其转换原理与ADC或DAC器件一样。 （7）模拟地线和数字地线都是地线，所以一般可以随意连接在一起。 － －59 （8）电脑通过麦克风录音，需要ADC器件将音波转换为数字音频信号。 （9）模拟量转换为数字量一定会引入转换误差，所以一定有失真。 （10）当处理器提供数字量后DAC器件将输出相应的模拟量，但ADC器件需要启动转换，隔一定时间后才能获得数字结果。 〔解答〕 ① 对 ⑥ 错 ② 对 ⑦ 错 ③ 对 ⑧ 对 ④ 对 ⑨ 对 ⑤ 对 ⑩ 对 〔习题8.3〕填空题 （1）8253芯片上有__________个__________位计数器通道，每个计数器有__________种工作方式可供选择。若设定某通道为方式0后，其输出引脚OUT为__________电平；当__________后通道开始计数，__________信号端每来一个脉冲__________就减1；当__________，则输出引脚输出__________电平，表示计数结束。 （2）假设某8253的CLK0接1.5MHz的时钟，欲使OUT0产生频率为300kHz的方波信号，则8253的计数值应为__________，应选用的工作方式是__________。 （3）8255具有__________个外设数据引脚，分成3个端口，引脚分别是__________，__________和__________。 （4）8255的A和B端口都定义为方式1输入，端口C上半部分定义为输出，则方式控制字是__________，其中D0位已经没有作用、可为0或1。 （5）对8255的控制寄存器写入A0H，则其端口C的PC7引脚被用作__________信号线。 （6）PC机键盘上ESC键和字母A键的扫描码分别是__________和__________，断开扫描码分别是__________和__________。 （7）232C用于发送串行数据的引脚是__________，接收串行数据的引脚是__________，信号地常用__________名称表示。 （8）欲使通信字符为8个数据位、偶校验、2个停止位，则应向8250__________寄存器写入控制字__________，其在PC系列机上的I/O地址（COM2）是__________。 （9）有符号数32的8位补码是00100000，如果用8位偏移码是__________；有符号数－32的8位补码是11100000，如果用8位偏移码是__________。 （10）如果ADC0809正基准电压连接10V，负基准电压接地，输入模拟电压2V，则理论上的输出数字量为__________。 〔解答〕 ① 3，16，6，低，写入计数初值（并进入减1计数器），脉冲输入CLK，减法计数器，计数器的计数值减为0，高 ② 5（＝1.5MHz÷300KHz），3 ③ 24，PA0～PA7，PB0～PB7，PC0～PC7 ④ 10110110（＝B6H，B7H） ⑤ OBF ⑥ 01H，1DH（＝30），81H，9DH（＝158） ⑦ TxD，RxD，GND ⑧ 通信线路控制（CLR），00011111B（1FH），2FBH ⑨ 10100000，01100000 ⑩ 53H（＝51≈51.2＝2÷10×256） 〔习题8.4〕8253芯片每个计数通道与外设接口有哪些信号线，每个信号的用途是什么？ 〔解答〕 CLK时钟输入信号：在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减1。 GATE门控输入信号：控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型。 OUT计数器输出信号：当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号。 － －60 〔习题8.5〕8253芯片需要几个I/O地址，各用于何种目的？ 〔解答〕 4个，读写计数器0，1和2，及控制字。 〔习题8.6〕试按如下要求分别编写8253的初始化程序，已知8253的计数器0～2和控制字I/O地址依次为204H～207H。 ① 使计数器1工作在方式0，仅用8位二进制计数，计数初值为128。 ② 使计数器0工作在方式1，按BCD码计数，计数值为3000。 ③ 使计数器2工作在方式2，计数值为02F0H。 〔解答〕 ① ② ③ 〔习题8.7〕利用扬声器控制原理，编写一个简易乐器程序。 当按下1～8数字键时，分别发出连续的中音1～7和高音i（对应频率依次为524Hz，588Hz，660Hz，698Hz，784Hz，880Hz，988Hz和1048Hz）； 当按下其他键时暂停发音； 当按下ESC键（ASCII码为1BH），程序返回操作系统。 〔解答〕 table ; 数据段 dw 2277,2138,1808,1709,1522,1356,1208,1139 ; 对应中音1～7和高音i的定时器记数值 ; 代码段 mov al,50h mov dx,207h out dx,al mov al,128 mov dx,205h out dx,al mov al,33h mov dx,207h out dx,al mov ax,3000h mov dx,204h out dx,al mov al,ah out dx,al mov al,0b4h mov dx,207h out dx,al mov al,02f0h mov dx,206h out dx,al mov al,ah out dx,al ; ＝80h ; 不是3000 － －61 again: next: mov al,0b6h out 43h,al call readc cmp al,'1' jb next cmp al,'8' ja next sub al,30h sub al,1 xor ah,ah shl ax,1 mov bx,ax mov ax,table[bx] out 42h,al mov al,ah out 42h,al in al,61h or al,03h out 61h,al jmp again push ax in al,61h and al,0fch out 61h,al pop ax cmp al,1bh jne again ; 设置定时器2工作方式 ; 等待按键 ; 判断是否为数字1～8 ; 1～8的ASCII码转换为二进制数 ; 再减1，将数字1～8变为0～7，以便查表 ; 乘以2 ; 记数值表是16位数据，无法采用xlat指令 ; 取出对应的记数值 ; 设置定时器2的记数值 ; 打开扬声器声音 ; 使D1D0＝PB1PB0＝11B，其他位不变 ; 连续发声，直到按下另一个键 ; 不是数字1～8，则关闭扬声器声音 ; 使D1D0＝PB1PB0＝00b，其他位不变 ; 判断是否为ESC键（对应ASCII码1bh） ; 不是ESC，继续；否则程序执行结束 〔习题8.8〕针对8255芯片工作方式1输出时序，说明数据输出的过程。 〔解答〕 ① 中断方式下，处理器响应中断，执行输出OUT指令：输出数据给8255，发出WR信号。查询方式下，通过端口C的状态确信可以输出数据，处理器执行输出指令； ② WR信号一方面清除INTR，另一方面在上升沿使OBF有效，通知外设接收数据。实质上OBF信号是外设的选通信号； ③ WR信号结束后，数据从端口数据线上输出。当外设接收数据后，发出ACK响应； ④ ACK信号使OBF无效，上升沿又使INTR有效（允许中断的情况），发出新的中断请求。 〔习题8.9〕设定8255芯片的端口A为方式1输入，端口B为方式1输出，则读取口C的数据的各位是什么含义？ 〔解答〕 PC0：端口B的中断请求信号 PC1：端口B输出缓冲器满信号 PC2：端口B中断允许控制位 PC3：端口A的中断请求信号 PC4：端口A中断允许控制位 PC5：端口A输入缓冲器满信号 PC6/PC7：I/O信号 － －62 〔习题8.10〕用8255端口A方式0与打印机接口示例中，如果改用端口B，其他不变，说明应该如何修改接口电路和程序。 〔解答〕 修改电路：将端口B的PB0～PB7接打印机的数据位DATA0～DATA7即可。 修改程序：将输出数据端口改为FFFAH即可。 〔习题8.11〕用8255端口A方式1与打印机接口，如果改用端口B，其他不变，说明如何修改接口电路和程序。 〔解答〕 修改电路：PA0～PA7改为PB0～PB7；PC6改用PC2，PC7改用PC1，PC3改用PC0。 修改程序： mov dx,0fffeh mov al,84h out dx,al mov al,04h ; 使INTEB（PC2）为0，禁止中断 out dx,al …… mov cx,counter ; 打印字节数送CX mov bx,offset buffer ; 取字符串首地址 call prints ; 调用打印子程序 …… prints proc push ax ; 保护寄存器 push dx print1: mov al,[bx] ; 取一个数据 mov dx,0fffah out dx,al ; 从端口B输出 mov dx,0fffch print2: in al,dx test al,02h ; 检测（PC1）为1否? jz print2 inc bx loop print1 pop dx pop ax ret prints endp 〔习题8.12〕有一工业控制系统，有四个控制点，分别由四个对应的输入端控制，现用8255的端口C实现该系统的控制，如本题图形。开关K0～K3打开则对应发光二极管L0～L3亮，表示系统该控制点运行正常；开关闭合则对应发光二极管不亮，说明该控制点出现故障。编写8255的初始化程序和这段控制程序。 〔解答〕 ; 写入方式字 mov al,100×00×1b ; ＝81H（×表示任意，可以填写为0，也可以为1） － －63 mov dx,控制口地址 ; 可以假设为0FFFEH out dx,al ;加入下一段更好，使L0～L3全亮 mov al,0fh mov dx,端口C地址 ; 可以假设为0FFFCH out dx,al ;控制程序段 mov dx,端口C地址 ; 可以假设为0FFFCH in al,dx ; 读入PC0～PC3 mov cl,4 shl al,cl ; 左移4位 out dx,al ; 控制PC4～PC7 +5V 8255 2K4 K0 K1 K2 K3 L0 L1 L2 L3 74LS04 +5V 4300Ω PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 图8-1 习题8.12附图 〔习题8.13〕 编写一个程序，每当在键盘上按下一键时，就显示其接通和断开扫描码，可以利用ESC键退出程序执行。键盘的每个字节代码都引起一次09H号中断，这样大部分按键将产生两次中断，按下按键盘发送接通扫描码，松开按键发送断开扫描码。例如，ESC键是01H和81H。83键标准键盘以后的增加的按键可能有多个。请问主键盘区和数字小键盘区的两个回车的扫描码分别是什么？ 〔解答〕 done ; 数据段 byte 0 ; 代码段，主程序 mov ax,3509h int 21h push es push bx cli push ds mov dx,seg new09h mov ds,dx mov dx,offset new09h mov ax,2509h － － int 21h pop ds in al,21h push ax and al,0fdh out 21h,al sti start1: cmp done,1 jne start1 cli pop ax out 21h,al pop dx pop ds mov ax,2509h int 21h sti ; 代码段，子程序new09h proc sti push ax push bx in al,60h push ax in al,61h or al,80h out 61h,al and al,7fh out 61h,al pop ax cmp al,1 je next3 push ax shr al,4 cmp al,0ah jb next1 add al,7 next1: add al,30h mov bx,0 mov ah,0eh int 10h pop ax and al,0fh cmp al,0ah jb next2 add al,7 next2: add al,30h mov ah,0eh int 10h mov ax,0e20h 输出两个空格，分隔 －65 － ; int 10h mov ax,0e20h int 10h jmp next4 next3: push ds mov ax,@data mov ds,ax mov done,1 pop ds next4: mov al,20h out 20h,al pop bx pop ax iret new09h endp 利用上述程序，可以获得主键盘区的回车键的扫描码是：1C 9C。 数字小键盘区的回车键的扫描码是：ED 1C ED 9C。 〔习题8.14〕串行异步通信发送8位二进制数01010101：采用起止式通信协议，使用奇校验和2个停止位。画出发送该字符时的波形图。若用1200 bps，则每秒最多能发送多少个数据？ 〔解答〕 每个字符的位数是：1个起始位＋8个数据位＋1个奇校验位＋2个停止位＝12位，采用1200bps、即每秒1200位的传送速率，则每秒最多能发送1200÷12＝100个数据。 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 图8-2 波形示例图 〔习题8.15〕微机与调制解调器通过232C总线连接时，常使用哪9个信号线？各自的功能是什么？利用232C进行两个微机直接相连通信时，可采用什么连接方式，画图说明。 〔解答〕 常用的9个信号线及其各自的功能： TxD：串行数据发送端。 RxD：串行数据接收端。 RTS：发送请求信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。 CTS：清除发送， CTS信号有效响应RTS信号，即允许发送。RTS和CTS是一对用于数据发送的联络信号。 DTR：数据终端准备就绪信号 DSR：数据装置准备好信号；DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号。 GND：信号地，它为所有的信号提供一个公共的参考电平。 CD：载波检测信号，当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就从该引脚向数据终端设备提供有效信号。 RI：振铃指示，当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电话铃响的指示、保持有效。 利用232C进行两个微机直接相连通信时，可采用教材图8-25所示连接方式。 〔习题8.16〕8250的IIR是只读的，且高5位总是0。试分析XT机系统ROM-BIOS中下段程序的作 － －66 用。如不发生条件转移，则RS232-BASE字单元将存放什么内容？ mov bx,0 mov dx,3fah in al,dx test al,0f8h jnz F18 mov RS232-BASE,3f8h inc bx inc bx F18: mov dx,2fah in al,dx test al,0f8h jnz F19 mov RS232-BASE[bx],2f8h inc bx inc bx F19: …… 〔解答〕 ROM-BIOS中该段程序的作用是检测是否存在串行异步通信接口电路。 如果不发生条件转移，说明存在异步通信接口电路，RS232-BASE字单元存放异步通信接口电路的基地址：3F8H和2F8H。 〔习题8.17〕首先采用自循环查询方式在本机上实现例题8-3。然后购买或制作一个用于零调制解调器连接的RS-232C电缆，修改例题8-3采用正常的查询方式实现两台微机的通信。如果在Windows的模拟DOS环境无法运行程序，则应该采用纯DOS启动微机，在实方式下运行。读者还可以改进例题8-3的功能，例如每当按下回车键才将刚输入的字符串发送给对方，本机也显示发送的信息。 〔解答〕 〔习题8.18〕说明在模拟输入输出系统中，传感器、放大器、滤波器、多路开关、采样保持器的作用。DAC和ADC芯片是什么功能的器件？ 〔解答〕 传感器：将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号。 放大器：放大器把传感器输出的信号放大到ADC所需的量程范围。 低通滤波器：滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比。 多路开关：对多个模拟信号分时地接通到A/D转换器上转换，达到共用A/D转换器以节省硬件的目的。 采样保持器：对高速变化的信号，使用采样保持器可保证A/D转换期间信号不变，保证转换精度。 D/A转换器：将微机处理后的数字量转换成为模拟量（电压或电流）。 A/D转换器：将模拟量（电压或电流）转换成为数字量输入微机处理。 〔习题8.19〕假定某8位ADC输入电压范围是－5V～＋5V，求出如下输入电压Vin的数字量编码（偏移码）： ① 1.5V ② 2V ③ 3.75V ④ －2.5V ⑤ －4.75V。 〔解答〕 ① A7H ② B4H ③ E0H ④ 40H ⑤ 06H － －67 〔习题8.20〕ADC的转换结束信号起什么作用，可以如何使用该信号，以便读取转换结果？ 〔解答〕 当A/D转换结束，ADC输出一个转换结束信号，通知主机读取结果。 有多种使用A/D转换结束信号的方法，对应的程序设计方法也不同。 查询方式：把结束信号作为状态信号经三态缓冲器送到主机系统数据总线的某一位上。主机不断查询这个状态位，发现结束信号有效，便读取数据。 中断方式：把结束信号作为中断请求信号接到主机的中断请求线上。ADC转换结束，主动向处理器申请中断。处理器响应中断后，在中断服务程序中读取数据。 DMA传送方式：如果ADC速度足够快，可把结束信号作为DMA请求信号，采用DMA传送方式。 延时传送方法：不使用结束信号，微机延时到转换结束读取数据。 8255 PA0～PA7 PC4 PC7 8位 ADC EOC START 模拟信号 PB0～PB7 8位 DAC 模拟信号 图8-3 习题8.21附图 〔习题8.21〕某控制接口电路如本题图形。需要控制时，8255A的PC7输出一个正脉冲信号START启动A/D转换；ADC转换结束在提供一个低脉冲结束信号EOC的同时送出数字量。处理器采集该数据，进行处理，产生控制信号。现已存在一个处理子程序ADPRCS，其入口参数是在AL寄存器存入待处理的数字量，出口参数为AL寄存器给出处理后的数字量。假定8255端口A，B，C及控制端口的地址依次为FFF8H～FFFBH，要求8255的端口A为方式1输入、端口B为方式0输出。编写采用查询方式读取数据，实现上述功能的程序段。 〔解答〕 ; 8255A初始化 mov al,1011000×b mov dx,0fffbh out dx,al ; 使PC7＝0（START为低） mov al,00001110b mov dx,0fffbh out dx,al ; 启动A/D转换 mov al,00001111b mov dx,0fffbh out dx,al ; 使PC7＝1（START为高） nop mov al,00001110b out dx,al ; 使PC7＝0（START为低） ; 查询是否转换结束 － －68 again: mov dx,0fffah in dx,al test al,20h ; PC5＝0（转换未结束，继续检测） jz again ; PC5＝1（转换结束） mov dx,0fff8h ; 输入数据 in al,dx call adprcs ; 处理数据 mov dx,0fff9h out dx,al ; 输出数据 〔习题8.22〕图8-19c矩阵键盘还可以使用反转方法识别按键。首先，将行线作为控制线接一个输出端口， 将列线作为检测线接一个输入端口。CPU通过输出端口将行线（控制线）全部设置为低电平，然后从输入端口读取列线（检测线）。如果此时有键被按下，则必定会使某列线为“0”。然后，将行线和列线的作用互换，即将列线作为控制线接输出端口，行线作为检测线接输入端口。并且，将刚才读得的列值从列线所接端口输出，再读取行线的输入值，那么，闭合键所在的行线值必定为“0”。这样，当一个键被按下时，必定可以读得一对唯一的行值和列值。 能够采用反转法识别按键需要一个条件：连接行线和列线的接口电路必须支持动态改变输入、输出方式。图8-19c使用8255A，其3个端口可以编程改变。请编写扫描程序。 〔解答〕 第9章 处理器性能提高技术 〔习题9.1〕简答题 （1）为什么说RISC是计算机结构上的革新？ （2）分支预测技术是用于解决什么问题的？ （3）浮点数据为什么要采用规格化形式？ （4）为什么浮点数据编码有舍入问题，而整数编码却没有？ （5）多媒体指令为什么常被称为SIMD指令？ 〔解答〕 （1）传统上提高计算机性能的方法是采用复杂的、功能强大的指令，即复杂指令集计算机结构CISC。精简指令集计算机结构RISC从根本上打破了这个观念，使用简单指令，更便于硬件实现高性能。 （2）分支预测技术是用于解决指令流水线技术中存在的控制相关，即转移指令导致性能降低的问题。 （3）浮点数据采用规格化形式可以表达更大、更精确的数据，也避免编码的多样性。 （4）浮点数据编码无法表达任意精度的数据，所以需要舍入。但整数编码表达的数据都是精确的数据。 （5）多媒体指令的一个突出特点是一条指令同时处理多组数据，即单指令多数据SIMD。 〔习题9.2〕判断题 （1）处理器性能可以用程序执行时间反映。 （2）通常，RISC处理器只有“取数LOAD”和“存数STORE”指令访问存储器。 （3）RISC的指令条数少、指令简单、格式固定，所以编译程序也就容易实现，并且不需要优化。 （4）使用指令流水线技术使得每条指令的执行时间大大减少，提高了性能。 （5）x87 FPU的指令系统只有浮点算术运算指令，不支持复杂的求三角函数、指数和对数等运算。 〔解答〕 ① 对 ② 对 ③ 错 ④ 错 ⑤ 错 〔习题9.3〕填空题 （1）CISC是英文__________的缩写，常被为__________。对应RISC中的R来自英文__________，含义是__________。IA-32处理器属于__________结构。 － －69 （2）Intel 80486把整数指令的执行分成5个阶段，依次是__________、__________、__________、__________和__________。 （3）单精度浮点规格化格式能表达的数据范围是从__________到__________。出现比最小数还要小的数据，就是出现了__________；出现比最大数还要大的数据，就是出现了__________。 （4）单精度浮点数据格式共有__________位，其中符号位占一位，阶码部分占__________位，尾数部分有__________位。 （5）对于有符号字节数据78H和56H，如果采用环绕加运算，其和为____________；若用饱和加运算，则其和是____________。 〔解答〕 ① Complex Insruction Set Computer，复杂指令集计算机，Reduced，精简的，CISC ② 指令预取（PF）、指令译码1（D1）、指令译码2（D2）、指令执行（EX）和回写（WB） －－ ③ ±2126，±（2－223）×2127，下溢，上溢 ④ 32，8，23 ⑤ CEH，7FH 〔习题9.4〕通过处理器性能公式，说明影响程序执行时间的三个方面。 〔解答〕 处理器执行时间＝IC×CPI×T 其中： IC为程序的指令条数 CPI为执行每条指令所需的平均时钟周期数 T为每个时钟周期的时间，也就是时钟频率的倒数 〔习题9.5〕什么是简单指令和复杂指令，结合RISC处理器，说明把指令分为简单和复杂的原因。 〔解答〕 简单指令是指计算机基本的、常用的指令，往往其功能也比较简单。而复杂指令是指功能强大的指令，但往往不常用。 计算机大部分时间是在执行简单指令，复杂指令的使用频度都比较低。对一个CISC结构的指令系统而言，只有约20％的指令被经常使用，其使用量约占整个程序的80％；而该指令系统中大约80％的指令却很少使用，其使用量仅占整个程序的20％；而且使用频度较高的指令通常是那些简单指令。 〔习题9.6〕RISC技术有哪些方面的主要特色？ 〔解答〕 指令条数较少。 寻址方式简单。 面向寄存器操作。 指令格式规整。 便于使用先进的流水线技术。 …… 〔习题9.7〕什么是指令流水线？80486采用哪几级流水线，各级的主要操作分别是什么？ 〔解答〕 指令流水线是多条指令重叠执行的一个处理器实现技术（在一条指令还没有执行结束就开始后续指令）。 Intel 80486采用5级指令流水线： ① PF步骤——指令预取（Prefetch）。处理器总是从高速缓存读取一个Cache行，为16个字节，平均包括5条指令。 ② D1步骤——指令译码1（Decode Stage 1）。指令译码分成了2个步骤，D1步骤对所有操作码和寻址方式信息进行译码。 ③ D2步骤——指令译码2（Decode Stage 2）。D2步骤将每个操作码扩展为ALU的控制信号，并进行较复杂的存储器地址计算。 － －70 ④ EX步骤——指令执行（Execute）。EX步骤完成ALU操作和Cache存取。 ⑤ WB步骤——回写（Write Back）。WB步骤更新在EX步骤得到的寄存器数据和状态标志。 〔习题9.8〕影响流水线效率的主要指令相关有哪三个方面？ 〔解答〕 资源冲突、数据相关，控制相关 〔习题9.9〕已知BF600000H是一个单精度规格化浮点格式数据，它表达的实数是什么？ 〔解答〕 BF600000H＝1011 1111 0110 0000 0000 0000 0000 0000 B BF600000H＝1 01111110 11000000000000000000000 B 符号位为1，表示负数。 指数编码是01111110，表示指数＝126－127＝－1。 有效数字部分是11000000000000000000000，表示有效数＝1.11 B＝1.75。 所以，这个实数为：－1.75×2-1＝－1.75×0.5＝－0.875。 〔习题9.10〕实数真值28.75如果用单精度规格化浮点数据格式表达，其编码是什么。编程将单精度浮点数据的编码显示出来。 〔解答〕 28.75＝0001 1100.11B＝1.110011B ×24 于是，符号位＝0。 指数部分是4，8位阶码为10000011（＝4＋127＝131）。 有效数字部分是11001100000000000000000。 这样，28.75表示成单精度浮点数为： 0 10000011 11001100000000000000000 B ＝0100 0001 1110 0110 0000 0000 0000 0000 B ＝41E60000H 程序如下： ; 数据段 f32d real4 28.75 ; 单精度浮点数 ; 代码段 mov eax,dword ptr f32d ; 取28.75的浮点格式编码 call disphd 〔习题9.11〕解释如下浮点格式数据的有关概念： （1） 数据上溢和数据下溢 （2） 规格化有限数和非规格化有限数 （3） NaN和无穷大 〔解答〕 （1） 数据上溢：当数据比能够表达的最小数还要小、还要接近0时，就是数据下溢。 数据下溢：当数据比能够表达的最大数还要大时，就是数据上溢。 （2） 规格化有限数：使用规格化格式表达的数据。它表达的数值是：1.XXX…XX。它的最高位恒为1，随后都是小数部分；有效数字只需要表达小数部分，隐含一个整数1。 非规格化有限数：指数编码为全0；有效数字仅表示小数部分、但不能是全0，表示的数值是：0.XXX…XX，用于表达比规格化格式不能表达的更小的实数。 （3） － －71 NaN：指数编码是全1、有效数字编码不是全0的浮点格式编码，被称为非数NaN（Not a Number），它不是实数。 无穷大：指数编码为全1，有效数字编码为全0的浮点格式编码，用于表达大于规格化浮点数所能表达的最大数的真值。 〔习题9.12〕什么是紧缩整型数据和紧缩浮点数据？扩展有SSE3指令的Pentium 4支持哪些紧缩数据类型？ 〔解答〕 紧缩整型数据是指多个8、16、32或位的整型数据组合形成一个整体。 紧缩浮点数据是指多个单精度或双精度浮点数据组合形成一个整体。 SSE3指令的Pentium 4支持128位紧缩数据类型，具体有： 紧缩字节、字、双字、4字整型数据； 紧缩单精度浮点数据； 紧缩双精度浮点数据。 〔习题9.13〕SIMD是什么？举例说明MMX指令如何利用这个结构特点？ 〔解答〕 SIMD表示单指令多数据（Single Instructon Multiple Data）。 例如，PADDB一条指令可以实现8组整型字节数据的求和，得到的8个结果。 〔习题9.14〕什么是环绕运算和饱和运算。给出如下结果： （1）环绕加：7F38H＋1707H （2）环绕减：1707H－7F38H （3）无符号饱和加：7F38H＋1707H （4）无符号饱和减：1707H－7F38H （5）有符号饱和加：7F38H＋1707H （6）有符号饱和减：1707H－7F38H 〔解答〕 环绕运算：通常的算术运算，即当无符号数据的运算结果超过其数据类型界限时，它进行正常进位借位。但是，每个进位或借位并不能反映出来。 饱和运算：指运算结果超过其数据界限时，其结果被最大或最小值所替代。 （1）环绕加：7F38H＋1707H＝963FH （2）环绕减：1707H－7F38H＝87CFH （3）无符号饱和加：7F38H＋1707H＝963FH （4）无符号饱和减：1707H－7F38H＝0000H（饱和） （5）有符号饱和加：7F38H＋1707H＝7FFFH（饱和） （6）有符号饱和减：1707H－7F38H＝87CFH 〔习题9.15〕简单说明如下名词（概念）的含义： （1）Load-Store结构 （2）超级指令流水线 （3）指令流水线的时空图 （4）指令相关 （5）就近舍入 〔解答〕 （1）Load-Store结构：处理器内部设置较多的通用寄存器，使多数操作（算术逻辑运算）都在寄存器与寄存器之间，只有“取数Load”和“存数Store”指令访问存储器。或者说，访问存储器只能通过Load和Store指令实现。 （2）超级指令流水线：将指令流水线的步骤（阶段）化分得更多，并加倍内部时钟频率，使紧接着的2个步骤可以重叠一部分执行，使得每个时钟可以完成多条指令的执行，进而提高指令流水线的性能。 （3）指令流水线的时空图：描绘流水线操作的时间空间图、简称时空图，其横坐标表示时间，纵坐 － －72 标是指令处理的各个阶段、表示空间。 （4）指令相关：指令流水线中，指令之间存在相互依赖关系，使得下一条指令无法在设计的单位时间内执行的情况。 （5）就近舍入：浮点数据的舍入方法之一，类似“四舍五入”原则。舍入结果最接近准确值。如果上下两个值一样接近，就取偶数结果（最低位为0）。 第10章 并行处理技术 〔习题10.1〕简答题 （1）英特尔所谓的微结构对应计算机层次结构的哪个层次？ （2）新一代IA-32处理器将指令译码为微操作有什么特别的作用？ （3）乱序执行是什么含义？ （4）Flynn分类法以什么内容为分类依据？ （5）为什么说动态超标量技术为软件提供了免费“性能午餐”？ 〔解答〕 （1）微结构对应计算机层次结构的控制层。 （2）IA-32处理器将指令译码为微操作可以将复杂指令转换为简单指令，便于硬件实现。 （3）乱序执行是指令的执行不一定是传统的串行顺序方式，可能会出现后面指令先执行的情况。 （4）以并行操作的指令流个数和数据流个数为分类依据。 （5）因为动态超标量技术采用硬件实现性能提高，即使软件没有改进也能提高性能。 〔习题10.2〕判断题 （1）在Pentium中，只要两条指令不存在数据相关，就能配对并行执行。 （2）指令流水线运用了时间重叠思想提高并行性。 （3）数据相关可以用寄存器重命名技术消除。 （4）Intel 结构支持16个位整数通用寄存器。 （5）Intel Core微结构支持超线程技术。 〔解答〕 ① 错 ② 对 ③ 错 ④ 对 ⑤ 错 〔习题10.3〕填空题 （1）有两种性质的并行性，同一个时刻发生的并行性称__________，同一段时间内发生的并行性称__________。 （2）Pentium处理器中，某时刻执行一条转移指令，它在BTB的历史位为10，则预测__________分支；如果确实发生分支，则该历史位成为__________；而如果预测错误，则该历史位成为__________。如果某个转移指令的实际执行情况是分支“发生—不发生—发生—不发生—发生—不发生……”，则利用Pentium的分支预测机构，它的准确度约为百分之__________。 （3）基于IA-结构的安腾处理器使用了__________技术，一个128位的指令束包括__________条指令，还有指示指令并行性的模板域。 （4）Intel 结构新增8个通用寄存器，名称为__________；原来的8个通用寄存器被扩展为位，名称为__________。 （5）多核处理器属于多处理器系统，对应Flynn分类法的__________系统。 〔解答〕 ① 同时性，并发性 ② 发生转移，11，01，50 ③ VILW（EPIC），3 ④ R8～R15，RAX～RSP ⑤ MIMD － －73 〔习题10.4〕对比Intel 80486指令流水线和Pentium超标量指令流水线，指出它们的异同。 〔解答〕 Pentium的超标量整数指令流水线的各个阶段类似Intel 80486，仍分成了5个步骤，但是其后3个步骤可以在它的2个流水线（U流水线和V流水线）同时进行。 〔习题10.5〕Pentium超标量指令流水线为什么复杂指令、存在数据相关的指令和转移指令等不能实现配对执行？ 〔解答〕 因为Pentium的两条指令流水线U和V并不是完全相同的，例如V流水线只能执行简单指令，所以不可能实现复杂指令的配对执行。 存在数据相关的指令，需要执行完前一条指令才能得到后一条指令需要的操作数，所以也无法同时进行执行。 存在转移指令，需要执行完前一条指令才能决定是否执行后一条指令，所以也不能配对执行。 〔习题10.6〕什么是Pentium的动态分支预测和Pentium II的静态分支预测？对于如下两个程序片断，分别指出Pentium处理器第一次执行转移指令时动态分支预测的结果和Pentium II的静态分支预测的结果。 （1）单分支结构 mov ecx,12 cmp eax,7 jne EAX_7 mov ecx,17 EAX_7: （2）循环结构 loopx: add list[eax*4],5 dec eax jnz loopx 〔解答〕 动态分支预测：Pentium维持一个分支目标缓冲器BTB，用它记录最近使用的转移指令的有关情况，并动态预测当前转移指令是否发生分支；在预测正确时就可以无延迟的执行，如果预测错误，则产生3～4个时钟的延迟。 静态分支预测：解决对于分支目标缓冲器BTB中（动态分支预测）没有记录的转移指令的分支预测问题。预测无条件转移指令发生分支。预测向前分支的条件转移指令不发生分支。预测向后分支的条件转移指令发生分支。 （1）Pentium动态分支预测：不分支。Pentium II静态分支预测：不分支 （2）Pentium动态分支预测：不分支。Pentium II静态分支预测：分支 〔习题10.7〕说明NetBurst微结构的踪迹Cache为什么优于P6微结构的L1指令Cache？Core微结构的双核处理器共享L2 Cache为什么优于Pentium D使用L2 Cache？ 〔解答〕 踪迹Cache存储已译码指令即微操作。存储已译码指令使得IA-32指令的译码从主要执行循环中分离出来。指令只被译码一次，并被放置于踪迹Cache，然后就象常规指令Cache一样重复使用。P6微结构的L1指令Cache仍然是存储原始指令代码的指令Cache，取指后还需要译码。 Core微结构中，两个处理器共享L2 Cache，可以充分利用Cache空间为两个处理器共用。每个处理器各有的L2 Cache，则Cache只能为对应的处理器服务。 － －74 〔习题10.8〕简单说明如下名词（概念）的含义： （1）超标量技术 （2）指令级并行 （3）乱序执行 （4）寄存器重命名 （5）推测执行 （6）VLIW （7）EPIC （8）超线程技术 （9）SIMD （10）多核处理器 〔解答〕 （1）超标量技术：指提高标量指令的执行性能而设计的一种处理器技术。处理器采用多条指令流水线，可以实现一个时钟周期完成多条指令的执行。 （2）指令级并行：指令是处理器执行的基本单位。指令级并行是指发掘指令之间的并行执行能力，也就是提高处理器内部操作的并行程度。 （3）乱序执行：多条指令进入处理器执行单元，指令执行的顺序不必一定按照程序顺序、可能是乱序的，即乱序执行。 （4）寄存器重命名：对于使用相同寄存器名引起的假数据相关，只要更改寄存器名，就可以消除指令相关的技术。 （5）推测执行：处理器采用分支预测技术推测指令分支路径，并按照推测结果发送和执行指令，这就是推测执行。 （6）VLIW：超长指令字，一种利用软件编译器方法提高指令并行执行能力的技术。 （7）EPIC：显式并行计算，源于VLIW技术，位Itanium系列处理器主要采用的提高性能的技术。 （8）超线程技术：它使一个物理处理器看似有两个逻辑处理器，每个逻辑处理器维持一套完整的结构状态，共享几乎物理处理器上所有执行资源。 （9）SIMD：单指令多数据，指一条指令可以同时对多组数据进行操作（执行）。 （10）多核处理器：在一个物理封装内制作了两个或多个处理器执行核心形成的处理器。 〔习题10.9〕简单总结新一代IA-32处理器的结构特点： （1）Pentium的超标量指令流水线 （2）Pentium II的动态执行结构 （3）Pentium 4的超线程技术 （4）多核处理器结构 〔解答〕 （1）Pentium的超标量指令流水线：利用资源重复的思想，Pentium处理器采用超标量技术，设计了2个可以并行操作的执行单元，形成了2条指令流水线。这样，在一定条件下，Pentium允许在一个时钟周期中同时运行2条整数指令，或者运行一条浮点指令（但浮点交换指令可以与另一条浮点指令配对同时执行）。 （2）Pentium II的动态执行结构：包含3个组成部分：顺序发送前端、乱序核心和顺序退出单元，它们之间通过重排序缓冲区ROB（Re-Order Buffer）建立联系，具有采用3路超标量、12级超级流水线。 （3）Pentium 4的超线程技术：超线程技术为IA-32结构引入了同时多线程概念。它使一个物理处理器看似有两个逻辑处理器。操作系统和用户程序像传统多处理器系统一样在逻辑处理器上调度线程或进程两个逻辑处理器的指令可以在共享的执行资源上同时保持和执行。 （4）多核处理器结构：在一个物理封装内制作了两个或多个处理器执行核心，使多个处理器耦合得更加紧密，同时共享系统总线、主存等资源，可以有效地执行多线程的应用程序。 － －75 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容
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