行，发出控制外设的有关控制信号。
6．什么是I/O接口？I/O接口有哪些功能？接口有哪些类型？
答：I/O接口通常是指主机与I/O设备之间设臵的一个硬件电路。它用于在系统总线和外设之间传输信号，并起缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。
I/O接口应具备的基本功能包括：识别设备地址，选择指定设备的功能；传送控制命令及返回状态信息的功能；数据传送和数据缓冲的功能；数据格式转换的功能；检错纠错功能、中断功能、DMA功能、时序控制功能等。 通常可对接口进行如下分类：
按通用性可以将I/O接口分为通用接口与专用接口。
按可编程性可以将I/O接口分为可编程接口和不可编程接口。 按数据传送方式可以将I/O接口分为并行I/O接口和串行I/O接口。 按数据传送的控制方式可以将I/O接口分为程序型接口和DMA型接口。 7．什么是I/O端口？I/O端口有哪些编址方式？各自的特点是什么？
答：I/O接口中可编址的寄存器称为I/O端口，如命令寄存器被称为命令端口，数据缓冲寄存器被称为数据端口，状态标记寄存器被称为状态端口。 I/O端口的编址方式有两种，一种是独立编址方式，也称为专用的I/O端口编址方式； 另一种是存储器映射编址方式，也称为统一编址方式。
独立编址方式的特点是I/O端口和存储器在两个独立的地址空间中进行编址， I/O端口的读、写操作由专用的控制信号（如：IOR和IOW）来实现，在指令系统中需要有专用的I/O指令（如：IN指令和OUT指令）实现对I/O端口的访问。
存储器映射编址方式的特点是I/O端口和存储器共用统一的地址空间，一旦地址空间分配给I/O端口后，存储器就不能再占有这一部分的地址空间。在这种方式下，I/O端口的读写操作同样由访存的控制信号（如：MEMR和MEMW）来实现，所有访问存储器的指令（包括数据传送指令、算术逻辑运算指令）都可以用于访问I/O端口。 8．程序查询方式、程序中断方式和DMA方式各自适用于什么范围？
答：程序查询方式适用于CPU速度不高，CPU工作效率问题不是很重要，需要调试或诊断I/O接口及设备的场合。 程序中断方式适用于随机出现的服务，并且一旦提出要求，应立即响应。 DMA方式适用于主存和高速外设间大批数据交换的场合。
10．简述中断处理的过程。指出其中哪些工作是由硬件实现的，哪些是由软件实现的。 答：不同的计算机对中断的处理各具特色，就其多数而论，中断处理过程如下： ①关中断，进入不可再次响应中断的状态，由硬件实现。
②保存断点，为了在中断处理结束后能正确返回到中断点。由硬件实现。
③将中断服务程序入口地址送PC，转向中断服务程序。可由硬件实现，也可由软件实现。
④保护现场、臵屏蔽字、开中断，即保护CPU中某些寄存器的内容、设臵中断处理次序、允许更高级的中断请求得到响应，实现中断嵌套。由软件实现。 ⑤设备服务，实际上有效的中断处理工作是在此程序段中实现的。由软件程序实现。
⑥退出中断。在退出时，又应进入不可中断状态，即关中断、恢复屏蔽字、恢复现场、开中断、中断返回。由软件实现。 13．说明中断向量地址和中断服务程序入口地址之间的关系。
答：中断向量地址是由一个编码器电路生成的，它的作用是用来查找中断服务程序的入口地址，从而使机器转入中断服务程序执行。
向量地址单元可以存放一条直接转入指定中断服务程序入口的无条件转移指令，这样只要将向量地址送PC就可以自动转入相应的中断服务程序；向量地址单元也可以存放相应中断源服务程序的入口地址，这叫做向量地址表，CPU可以通过将向量地址单元的内容送入PC的方法转入相应中断服务程序。 15．在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？
答：CPU响应中断的条件是中断允许触发器为“1”。CPU响应中断的时间总是在每条指令结束时。 16．什么叫中断隐指令？中断隐指令有哪些功能？
答：所谓中断隐指令是指在机器指令系统中没有的一条指令，它是CPU在中断周期内由硬件自动完成的一条指令。中断隐指令完成的功能包括：关中断、保护断点、中断向量地址送PC。 19．什么是多重中断？实现多重中断的必要条件是什么？
答：当CPU正在执行一个中断源的中断服务程序时，又被另一个中断请求中断，这时CPU不得不暂停正在执行的中断服务程序，转至另一个中断服务程序去执行，这就叫多重中断，也称为中断嵌套。
实现多重中断的必要条件是在中断服务程序中，开中断放在设备服务之前，保护现场及臵屏蔽字之后。 22．DMA接口由哪些逻辑电路组成？各逻辑电路的作用是什么？
答：DMA接口中包括的逻辑电路有：主存地址寄存器、字计数器、中断机构、数据缓冲寄存器、DMA请求触发器、控制/状态逻辑和设备选择电路。
主存地址寄存器用以存放设备与主存交换信息时主存的地址，它有计数功能；字计数器存放交换的字数，有计数功能；中断机构向CPU发DMA传送结束信号请求中断；数据缓冲寄存器存放设备与主存间传送的信息；DMA请求触发器接收设备发来的“设备准备好”信号，向“控制/状态逻辑”发“DMA请求”信号；控制/状态逻辑接收DMA请求触发器发来的DMA请求信号，向CPU发总线使用权的请求信号HRQ，并接收CPU发回的总线使用权的响应信号HLDA，复位DMA请求触发器，对DMA请求信号和CPU响应信号进行协调和同步；用于控制传送参数的修改（内存地址及字计数）等；设备选择电路接收地址线传来的设备地址信号，用于选择与主存交换信息的设备。 32．什么叫总线？它有什么用途？试举例说明。
答：总线是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路，实际上这个通路不但包括许多根传输线，而且包括相应的信息传输协议。
借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换。另外，计算机中采用总线结构便于故障诊断与维护，便于模块化结构设计和简化系统设计，便于系统扩展和升
级，便于生产各种兼容的软、硬件。
例如，系统总线是指CPU、主存、I/O（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。按传输内容的不同，又分为数据总线、地址总线和控制总线。 33．总线具有哪些特性？
答：总线的特性包括：物理特性、功能特性、电气特性和时间特性。 物理特性
总线的物理特性指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的大小和形状，引脚线的排列方式 功能特性指总线中每根线的功能：地址线、数据线、控制线和电源线 电气特性是指总线的每一根线上传输信号的方向有效电平范围 时间特性定义了总线上每根线在什么时间有效 第364页的第1、2、3、4、7题；
1．按功能分类，可以将外部设备分为哪几类？
答：按功能分类，可以将外部设备分为输入设备、输出设备、外存、终端设备和其他外部设备。 2．输入和输出设备通常通过什么与主机相连？
答：输入和输出设备通常通过输入输出接口与主机相连。 3．解释下列名词：调用界面、设备驱动程序、设备控制程序。
答：调用界面一般由操作系统提供。操作系统屏蔽了各类外设的控制细节，提供了统一且方便的操作界面，便于用户编写I/O程序。例如，早期的DOS系统设臵了一组系统功能调用。目前使用的Windows系统则提供了一组API（Application Programming Interface，即应用程序接口——Windows系统提供给用户进行系统编程和外设控制的强大的函数库）。 设备驱动程序是管理某个外围设备的一段代码，它负责传送数据、控制特定类型的物理设备的操作，包括开始和完成IO操作，处理中断和执行设备要求的任何错误处理。 设备控制程序就是驱动程序中的具体的对设备进行控制的程序。设备控制程序通过接口控制逻辑电路，发出控制命令字。 4．键盘上的按键起一个开关的作用，所以又称为键开关。键开关分为哪几类？ 答：键开关分为接触式和非接触式两大类。 7．按显示器件的不同将显示器分为哪几类？
答：按显示器件的不同，将常用的显示器分为阴极射线管（CRT）显示器、液晶显示器（LCD）和等离子显示器（PD）。 第396页的第1、2题。 综合题
第84页的26题
26.设有寄存器、74181 和74182 器件，请设计具有并行运算功能的16 位（含一位符号位）补码二进 制加减法运算器。画出运算器的逻辑框图。 解：
（1）用集成电路构成ALU 的原理
74181 是一种具有并行进位的多功能ALU 芯片，每4 位构成一组，组内是并行进位的。如教材图2-13 是用正逻辑和负逻辑表示的4 位74181 芯片框图，表2-19 是74181 芯片的各种运算功能表。
74181 芯片本身是4 位的，也就是说它可以进行4 位二进制数的各种运算。74181 芯片的结构很适合连成不同位数的ALU，由4 片74181 ALU 可以构成一个16 位的ALU，由16 片74181 ALU 可以构成一个64 位的ALU。
（2）利用74181 芯片构成16 位ALU 的原理
74181 芯片的结构很适合连成不同位数的ALU，每片74181 芯片作为一个4 位的小组。由 于芯片给出了Cn+4、Pi 和Gi，所以用该芯片既可以构成组间串行进位的ALU，也可以构成组间 并行进位的ALU。
① 片内进位是快速的，片间进位是逐片传递的，如图所示。
图2-3 片内快速进位、片间逐片传递的结构框图 ② 片间、片内均是快速的。
. 超前进位的74182 芯片的结构框图如图2-4 所示。
图2-4 超前进位的结构框图
说明：G0～G3、P0～P3 为单片74181 的G、P；Cn 为组进位输入，P、G 为组进位输出， 用于将4 组16 位快速的ALU 扩展成为64 位快速的ALU；Cn+z、Cn+y、Cn+x 分别是单片74181 间的进位。
. 片间、片内均由快速进位的16 位ALU 构成，如图2-5所示。
说明：片间采用并行快速进位时，只需要增加一片74182 芯片。74182 芯片是与74181 芯片配套的产品，是一个产生进位信号的部件。由于74181 提供了小组的进位传递函数Pi 和进位生成函数Gi，74182 可以利用它们来作为输入函数，以并行的方式给出每个小组的最高位进位信号。74182 在这里的用途是作为第2 级并行进位系统，74182 并行给出的3 个进位信号分别是C4、C8、C12，这3 个进位信号分别作为高位74181 的进位输入信号，这就可以构成74181 芯片间快速进位的16 位ALU。
图2-5 片间、片内均是快速进位的结构框图 第118~119页的第5、6、18、23、24、28题
5．按照图3．2所示的单总线数据通路，写出SUB R2，R3指令取指阶段和执行阶段的微操作序列。
答：SUB R2，R3。这是一条减法指令，属于寄存器寻址方式，操作数和结果都存在寄存器中。其功能是用寄存器R2的内容减去R3的内容，结果存入寄存器R2中。其指令流程如表3．25： 表3．25 SUB R2，R3 指令单总线流程分析表
6．按照图3．3所示的双总线数据通路，写出SUB R2，R3指令取指阶段和执行阶段的微操作序列。
答：SUB R2，R3。这是一条减法指令，属于寄存器寻址方式，操作数和结果都存在寄存器中。其功能是用寄存器R2的内容减去R3的内容，结果存入寄存器R2中。其指令流程如表3．26： 表3．26 SUB R2，R3 指令双总线流程分析表
18．根据“表3．17”写出控制信号MDOUT的逻辑表达式及逻辑图。
答：首先从教材“表3．17”中找出控制信号MDOUT的出现位臵。控制信号MDOUT在表中共有两次出现，一次是在取指周期FT的T3节拍，取每一条指令都出现。另一次是在执行周期ET的T0节拍，执行LOAD指令时出现。然后将这两次出现写成与或逻辑表达式如下： MDOUT=FT〃T3＋ET〃T0〃LOAD
这是一个比较简单的逻辑表达式，最后根据这个表达式画出逻辑图如下：
23．结合“图3．19”，说明微程序对一条机器指令的解释执行过程。
答：完成一条机器指令要经过取指和执行两个阶段。
首先将取指微程序的首地址送至μPC，读出该条微指令，并送至微指令寄存器。此时，微指令的控制信号字段发出各种控制信号（微命令），同时由微指令中的多路控制Mux和条件字段控制多路器选择增量器这一路，顺序取出下一条微指令，然后重复取微指令、执行微指令的操作，直到按PC指出的单元中的指令读至IR，并自动修改后继指令地址。这一过程为取指阶段。
接着，由取指微程序的最后一条微指令的多路控制Mux和条件字段控制多路器选择指令操作码映像地址这一路，形成该机器指令的微程序首地址并送至μPC，读出该条微指令，并送至微指令寄存器。此时，微指令的控制信号字段发出各种控制信号（微命令），同时由微指令中的多路控制Mux和条件字段控制多路器的选择，取出下一条微指令，然后重复取微指令、执行微指令的操作，直到该机器指令的全部微指令执行完毕，并指出取指微程序的首地址。这一过程为机器指令的执行阶段。
24．某机有5条微指令，每条微指令发出的控制信号如表3．24所示。采用直接控制方式设计微指令的控制字段，要求其位数最少，而且保持微指令本身的并行性。 表3．24 指令I1~I5的控制信号
解：由表3．24可知，控制信号c、g、i仅在微指令I1中同时出现，可合并用1位控制字段表示。控制信号b、h仅在微指令I2中同时出现，也可合并用1位控制字段表示。这样10个控制信号可压缩到7个，其格式如下：
28．什么是指令流水？画出指令的四级流水结构图。
答：计算机中的指令流水线类似于工厂中的生产流水线。它将一条指令的执行过程分成大致相等的几个子过程，每一个子过程由一个部件来完成，让指令在各个子过程连成的线路上连续流动，这样所有部件并行工作，同时执行多条指令，就会大大提高机器的吞吐量。
假如将一条指令的执行过程分为：取指令（IF）、指令译码（ID）、指令执行（IE）和指令结果存储（IS）四个子过程。其四级流水结构图如下所示：
第309~310页的第14、16、17、23题；第342~343页的17、21、26题；第364页的第11题。 阅读程序及编写程序 第188页例5.23
从键盘输入的两个双位数字“47”和“69”的ASCII码已存放在数据缓冲区的放入存储单元VAL1和VAL2，求他们的和（ASCII码）并存入在数据缓冲区的存储单元RES中，并在显示器显示结果。 分析：ASCII码的加法与非压缩BCD码的加法类似，先用二进制加法，再用AAA指令校正，得到的结果是BCD码，再利用ASCII码比相应的非压缩BCD码大30H的事实，将结果转换为ASCII码。由于两个双位数相加有可能向百位的进位，RES应取三个字节。显示结果是通过DOS提供的09H号功能调用——显示字符串（必须以“$”字符结尾）实现。 DATA SEGMENT VAL1 BYTE '47' VAL2 BYTE '69' RES
BYTE 3 DUP (?)
ECHR BYTE '$' DATA ENDS
STACK SEGMENT STACK 'STACK'
BYTE 100 DUP (?)
STACK ENDS CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE, DS:DATA, SS:STACK
START: MOV AX, DATA
MOV DS, AX
MOV AX, WORD PTR VAL1 XCHG AH, AL
MOV BX, WORD PTR VAL2
ADD AL, BH AAA
OR AL, 30H
MOV RES+2, AL MOV AL, AH XOR AH, AH
ADD AL, BL
AAA
OR AX, 3030H MOV RES+1, AL MOV RES, AH MOV DX, OFFSET RES MOV AH, 9 INT 21H MOV AH, 4CH INT 21H
CODE ENDS END START 第189页例5.24
利用查表法把非压缩BCD码转换为七段码。 分析：七段码用于控制LED或数码管等显示数字。 .MODEL SMALL .STACK .DATA
TABLE7 BYTE 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH VALBCD BYTE 05H RES7 BYTE ? .CODE START: MOV
AX,
@DATA AX
64
MOV DS,
MOV BX, OFFSET TABLE7 MOV AL, VALBCD XLAT
MOV RES7, AL MOV AH, 4CH INT 21H END START
第193页例5.25
编写程序实现显示字符串PROMPT1,如果用户从键盘输入“Y”，显示MESSAGE,输入其他键则显示PROMPT2。
分析：这个可采用双分支结构来处理，因为有两种情况要分别处理，Y和非Y，所以属于IF—THEN—ELSE结构。键盘输入字符采用07H号DOS功能调用实现，输入字符的ASCII码送入AL中。由于要三次显示字符串，所以可对显示字符串的功能进行带参数的宏定义。 DISP MACRO STR
MOV DX, OFFSET STR MOV AH, 9 INT 21H ENDM
.MODEL SMALL .STACK 64 .DATA PROMPT1
BYTE 'There is a message for you from NEO.'
BYTE SPACE
BYTE 'To read it enter Y','$'
BYTE CR,LF
MESSAGE