单片微型计算机原理及应用 课后习题答案 山东理工(2)

2019-01-26 17:21

② 存取周期(Access Cycle,TAC):是指连续两次存储器读/写操作之间所需要的最小时间间隔。对于读操作,就是读周期时间;对于写操作,就是写周期时间。因为在一次数据访问后,芯片不可能无间歇地进入下一次访问,所以存取周期TAC要略大于存取时间TA。表示上,该参数常表示为读周期TRC或写周期TWC,存取时间TAC是其统称。

6.型号是1K×4位的静态RAM,应有多少条地址线?多少条数据线? 10条地址线、4条数据线

7.说明EPROM、PROM、ROM和Flash存储器之间的主要区别。 参考第5题。

8.什么是“闪存”?它有哪些特点?用于哪些场合? 参考第5题。

9.简述堆栈的作用与操作。

所谓堆栈,是指在存储器中开辟的一个区域,用来存放需要暂时保存的数据。 (1)堆栈的作用

用来存放断点地址或保存临时数据。在调用子程序和执行中断服务程序的过程中,要保留断点地址,有时还要保护现场。只有保留了断点地址,才能在子程序或中断服务程序执行后保证返回到主程序的断点处,继续执行主程序。断点地址与现场信息是送入堆栈保存的。

在返回主程序前,要把保存在堆栈中的现场信息送回对应的寄存器,这称为恢复现场。 (2)堆栈操作

堆栈有两种操作方式。将数据送入堆栈称为推入操作,又称为压入操作,如压入指令

PUSH A

把堆栈中内容取出来的操作称为弹出操作,如弹出指令

POP

A

执行把栈顶内容送回A的操作。 10.简述I/O接口的功能。

接口电路是专门为解决CPU与外设之间的不匹配、不能协调工作而设置的,它处在总线和外设之间,一般应具有以下基本功能。 (1)对输入/输出数据进行缓冲、隔离和锁存 (2)对信号的形式和数据格式进行交换与匹配 (3)提供信息相互交换的应答联络信号 (4)根据寻址信息选择相应的外设

由此可见,I/O电路是外设和计算机之间传送信息的交换器件,也有人称它为界面,它使两者之间能很好地协调工作,每一个外设都要通过接口电路才能和计算机相连。

11.CPU处理I/O操作有几种方式?各自有什么特点和应用范围?

CPU和外设之间的数据传输有4种方式,即无条件方式、查询方式、中断方式、直接

存储器存取方式(DMA方式)。 (1)无条件传输方式

所谓无条件传输方式,是指CPU对外设接口的读写随时都可以进行,不需要等待某种条件的满足。无条件传送方式也称同步传送方式,主要用于对简单外设进行操作,或者外设的定时是固定的或已知的场合。对于这类外设,在任何时刻均以准备好数据或处于接收数据状态,或者在某些固定时刻,它们处在数据就绪或准备接收状态,因此程序可以不必检查外设的状态,而在需要进行输入或输出操作时,直接执行输入/输出指令。当输入/输出指令执行后,数据传送便立即进行。

这是一种最简单的输入/输出传送方式,所需要的硬件和软件都非常小,一般用于控制CPU与低速I/O接口之间的数据交换。

无条件传输方式的软、硬件简单,但一般的外设难以满足上述条件,所以这种输出方式用得较少,只用于一些简单外设,如开关、数码管显示等。 (2)程序查询传输方式

程序查询传输方式是指CPU在向外设传递数据前,首先查询外设的状态(即条件),若外设准备好则传送,若未准备好,CPU就等待。可见,接口电路除了有传送数据的端口外,还有传送状态的端口。对于输入过程,当外设将数据准备好时,则使接口的状态端口中的“准备好”标志置1;对于输出过程,外设取走一个数据后,接口便将状态端口中的对应标志置1,表示当前输出寄存器已经处于“空”状态,可以接收下一个数据。

因此,对应条件传送,一个数据传送过程由3个环节组成: ① CPU从接口中读出状态字。

② CPU检测状态字的对应位是否满足“就绪”条件,如果不满足,则回到前一步读出状态字。

③ 如果状态字表明外设已处于“就绪”状态,则传送数据。

程序查询传输方式接口电路中除了数据端口外,还必须有传送状态的端口,同时CPU要不断查询外设状态,占用大量CPU的时间,硬件比无条件传输方式复杂,并使用较多的端口地址。

用查询方式输入数据时,在接口电路与外设间要交换数据、状态和控制3种信息。查询方式的缺点是CPU的利用受到影响,陷于等待和反复查询,不能再做它用;而且,这种方法不能处理掉电、设备故障等突发事件。 (3)中断传输方式

在中断传送方式下,外设具有申请CPU服务的主动权,当输入设备将数据准备好或者输出设备可以接收数据时,便可以向CPU发中断请求,使CPU暂时停下目前的工作而和外设进行一次数据传输,等输入操作或者输出操作结束以后,CPU继续进行原来的工作。即中断传送方式就是外设中断CPU的工作,使CPU停止执行当前程序,而去执行一个输入/输

出程序,此程序称为中断处理子程序或中断服务子程序。中断服务子程序执行完后,CPU又回来执行原来的程序。

采用中断方式后,CPU平时可以执行主程序,只有当输入设备将数据准备好了,或者输出端口的数据缓冲器已空时,才向CPU发出中断请求。CPU响应中断后,暂停执行当前的程序,转去执行管理外设的中断服务程序。在中断服务程序中,用输入或输出指令在CPU和外设之间进行一次数据交换。等输入或输出操作完成后,CPU又回去执行原来的程序。 (4)DMA传输方式

DMA方式要利用系统的数据总线、地址总线和控制总线来传送数据。原先这些总线是由CPU管理的,但当外设需要利用DMA方式进行数据传送时,接口电路可以向CPU提出请求,要求CPU让出对总线的控制权,用一种称为DMA控制器的专用硬件接口电路来取代CPU临时接管总线,控制外设和存储器之间直接进行高速的数据传送,而不要CPU进行干预。这种控制器能给出访问内存所需要的地址信息,并能自动修改地址指针,也能设定和修改传送的字节数,还能向存储器和外设发出相应的读/写控制信号。在DMA传送结束后,它能释放总线,把对总线的控制权交还给CPU。可见用DMA方式传送数据时,不需要进行保护和恢复断点及现场之类的额外操作,一旦进入DMA操作,就可直接在硬件的控制下快速完成一批数据的交换任务,数据传送的速度基本取决于外设和存储器的存取速度。

12.什么是中断?什么是可屏蔽中断?什么是非屏蔽中断?CPU在什么条件下可以响应中断?

所谓中断,是指CPU正常运行程序时,由于微处理器内部事件或外设请求,引起CPU中止正在运行的程序,转去执行请求中断的外设(或内部事件)的中断服务程序,中断服务程序执行完毕,再返回被中止的程序。利用中断可以避免不断检测外设状态,提高CPU的效率。

可屏蔽中断有时也称为直接中断。屏蔽是指CPU可以不处理的中断请求。这种屏蔽实际上是CPU的一种工作方式,可以通过软件(指令)来设置,也就是可以通过指令,使CPU或者允许接受中断请求,或者不接受中断请求。具体的指令由CPU的指令系统来决定。可屏蔽中断是最常见的一种中断方式,所有的微处理器都有这种中断方式。

对非屏蔽中断来说,如果该中断源申请了中断,CPU是一定要处理的。CPU不可以也不能用软件将该中断屏蔽掉。一般一些紧急的情况,如掉电中断申请,就可以安排为这种中断方式,以保证紧急情况一定能得到处理。但并不是所有的微处理器的中断系统都有这种中断方式,MCS-51单片机的中断系统就没有非屏蔽中断。

一个完整的中断处理的基本过程应包括:中断请求、中断优先权判别、中断响应、中断处理及中断返回。

如果提出中断请求的中断源优先权高,而且接口电路与CPU都中断开放,CPU将响应中断,自动执行下列工作:

① 保留断点:中止正在执行的程序,并对断点进行保护,即将断点地址的值压入堆栈保存,以便中断服务程序执行完后能返回断点处继续执行程序。

② 转入中断服务程序:将中断服务程序的人口地址送入PC,以转到中断服务程序。各中断源要求服务的内容不同,所以要编制不同的中断服务程序,它们有不同的入口地址。CPU首先要确定是哪一个中断源在申请中断,然后将对应的入口地址送入PC。

13.DMA传送的基本过程是什么?为什么DMA方式可以加快数据在外设和存储器之间的传送?

参看第11题。

14.什么是接口?什么是端口?一个接口电路是否可以有多个端口?

所谓接口,是指在两台计算机之间、计算机与外设之间、计算机内部各部件之间起连接作用的逻辑电路,是CPU与外界进行信息交换的中转站。

所谓端口,是指I/O接口(包括芯片和控制卡)中供CPU直接存取访问的那些寄存器或某些硬件特定电路。

一个I/O接口总要包括若干端口,除常见的数据端口、命令端口和状态端口外,还有特殊用途的端口,如方式控制端口、操作结果端口和地址索引端口等。端口的多少及相应的功能完全取决于与I/O接口所关联的I/O设备。

15.CPU和外设之间传输的信息有哪几类?各有何特点?

计算机与外设间的这种交换数据、状态和控制命令的过程统称为通信(Communication)。通信过程就是数据传输的过程,在这个过程中要传输的信息有数据信息、状态信息、控制信息。 (1)数据信息

CPU和外设交换的基本信息就是数据,数据通常为8位或16位。数据信息可分为以下三种类型。具体可分为数字量、模拟量、开关量。 (2)状态信息

状态信息反映了当前外设所处的工作状态,是外设通过接口往CPU传送的。 对于输入设备来说,通常用准备好(READY)信号来表明输入的数据是否准备就绪;对于输出设备来说,通常用忙(BUSY)信号表示输出设备是否处于空闲,如为空闲,则可接收CPU送来的信息,否则CPU应等待。 (3)控制信息

控制信息是CPU通过接口传送给外设的,CPU通过发送控制信息控制外设的工作,如外设的启动、停止就是常见的控制信息。

16.串行传送的特点是什么?

数据传送按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但速度慢。计算机与外界的数据传送大多数是串行的,其传送的距离可以从几米到几千千米。

17.串行通信和并行通信的主要区别是什么?各有什么优缺点?

计算机与外设之间或计算机之间的信息交换或数据传输称为通信(Communication)。基本的通信方式有两种,一种是并行通信,另一种是串行通信。 (1)并行通信

并行通信是指数据的各位同时进行传送。在并行通信中,有多少位数据,就需要多少条传输线,因此传送速度较快,即在相同传输率的情况下,并行通信能够提供高速、高信息率的传输。

由于并行通信所需的传输线较多,如果传输距离增加,传输线的开销会成为一个突出的问题,因而并行通信一般用于数据传输率要求较高、传输距离又比较短的场合。 (2)串行通信

串行通信是指数据一位一位地按顺序传送。串行通信时,要传送的数据或信息必须按一定的格式编码,然后在单根线上,按一位接一位的先后顺序进行传送,发送完一个字符,再发送第二个。接收数据时,每次从单根线上一位接一位地接收信息,再把它们拼成一个字符,送给CPU做进一步处理。

采用串行通信方式的另一个出发点是,有些外设如调制解调器(Modem)、鼠标等,本身需要用串行通信方式,因为这些设备是以串行方式存取数据的。


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