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习题2

2.1 8086CPU具有 20 条地址线，可直接寻址 1MB 容量的内存空间，在访问I/O端口时，使用地址线 16条 ，最多可寻址 64K 个I/O端口。

2.2 8086CPU的内部结构有何特点？由哪两部分组成？它们的主要功能是什么？

【解答】8086微处理器是典型的16位微处理器，HMOS工艺制造，集成了2.9万只晶体管，使用单一的+5V电源，有16根数据线和20根地址线；通过其16位的内部数据通路与设置指令预取队列的流水线结构结合起来而获得较高的性能。

8086微处理器内部安排了两个逻辑单元，即执行部件EU和总线接口部件BIU。EU主要负责指令译码、执行和数据运算，包括计算有效地址；BIU主要完成计算物理地址、从内存中取指令、实现指令规定的读/写存储器或外部设备等信息传输类操作。

2.3 8086CPU中的指令队列的作用是 预取指令 ，其长度是 6 字节。 2.4 8086CPU内部寄存器有哪几种？各自的特点和作用是什么？

【解答】CPU有14个内部寄存器，可分为3大类：通用寄存器、控制寄存器和段寄存器。 通用寄存器是一种面向寄存器的体系结构，操作数可以直接存放在这些寄存器中，既可减少访问存储器的次数，又可缩短程序的长度，提高了数据处理速度，占用内存空间少。

控制寄存器包括指令指针寄存器IP和标志寄存器FLAG：IP用来指示当前指令在代码段的偏移位置；FLAG用于反映指令执行结果或控制指令执行的形式。

为了实现寻址1MB存储器空间，8086CPU将1MB的存储空间分成若干个逻辑段进行管理，4个16位的段寄存器来存放每一个逻辑段的段起始地址。

2.5 8086的标志寄存器分为 6 个 状态 标志位和 3 个 控制 标志位，它们各自的含义和作用是什么？

【解答】标志寄存器各标志位的含义和作用如下表：

表2-1 标志寄存器FLAG中标志位的含义和作用

标志位 CF PF AF ZF SF OF TF IF 含义 进位标志 奇偶标志 辅助进位标志 零标志 符号标志 溢出标志 陷阱标志 中断允许标志 作用 CF=1，指令执行结果在最高位上产生一个进位或借位；CF=0，则无进位或借位产生 PF=1，结果低8位含偶数个1；PF=0，表示结果低8位含奇数个1 AF=1，运算结果的低4位产生了一个进位或借位；AF=0，则无此进位或借位 ZF=1，运算结果为零；ZF=0，则运算结果不为零 SF=1，运算结果为负数；SF=0，则结果为正数 OF=1，带符号数在进行运算时产生了溢出；OF=0，则无溢出 TF=1，8086CPU处于单步工作方式；TF=0，8086CPU正常执行程序 IF=1，允许CPU接受外部从INTR引脚上发来的可屏蔽中断请求信号；IF=0，则禁止接受可屏蔽中断请求 DF=1，字符串操作指令按递减的顺序对字符串进行处理；DF=0，字符串操作指令按递增的顺序进行处理 DF 方向标志 2.6 已知堆栈段寄存器（SS）=2400H，堆栈指针（SP）=1200H，计算该堆栈栈顶的实际地址，并画出堆栈示意图。

【解答】（SS）=2400H，（SP）=1200H；PA=（SS）×10H＋（SP）= 2400H×10H＋1200H = 25200H。

SP 堆栈段 栈底 图2-1 堆栈示意图 2.7 8086的存储器采用 奇偶存储体 结构，数据在内存中的存放规定是 低字节存放在低地址中，高字节存放在高地址中，以低地址为字的地址，规则字是指 低字节地址为偶地址的字，非规则字是指 低字节的地址为奇地址的字。

2.8 解释逻辑地址、偏移地址、有效地址、物理地址的含义，8086存储器的物理地址是如何形成的？怎样进行计算？

【解答】逻辑地址：表示为段地址：偏移地址，书写程序时用到，一个存储单元可对应出多个逻辑地址；

偏移地址：是某一存储单元距离所在逻辑段的开始地址的字节个数。 有效地址：是指令中计算出的要访问的存储单元的偏移地址。

物理地址：是CPU访问存储器时用到的20位地址，是存储单元的唯一的编号。 物理地址计算公式：物理地址 = 段地址×10H＋有效地址（或偏移地址）

2.9 8086系统中的存储器分为几个逻辑段？各段之间的关系如何？每个段寄存器的作用是什么？ 【解答】8086CPU将1MB的存储空间分成逻辑段来进行管理：每个逻辑段最小为16B。所以最多可分成64K个段；每个逻辑段最大为64KB，最少可分成16个逻辑段。各段的起始位置由程序员指出，可以彼此分离，也可以首尾相连、重叠或部分重叠。

4个16位的段寄存器用来存放每一个逻辑段的段起始地址：CS中为代码段的起始地址；DS中为数据段的起始地址；SS中为堆栈段的起始地址；ES中为附加段的起始地址。

2.10 I/O端口有哪两种编址方式，各自的优缺点是什么？ 【解答】I/O端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。

统一编址方式是将I/O端口与内存单元统一起来进行编号，即包括在1MB的存储器空间中，看作存储器单元，每个端口占用一个存储单元地址。该方式主要优点是不需要专门的I/O指令，对I/O端口操作的指令类型多；缺点是端口要占用部分存储器的地址空间，不容易区分是访问存储器还是外部设备。

独立编址的端口单独构成I/O地址空间，不占用存储器地址。优点是地址空间独立，控制电路和地址译码电路简单，采用专用的I/O指令，使得端口操作的指令在形式上与存储器操作指令有明显区别，程序容易阅读；缺点是指令类别少，一般只能进行传送操作。

2.11 8086的最大工作模式和最小各种模式的主要区别是什么？如何进行控制？ 【解答】两种模式的主要区别是：

8086工作在最小模式时，系统只有一个微处理器，且系统所有的控制信号全部由8086 CPU提供；在最大模式时，系统由多个微处理器/协处理器构成的多机系统，控制信号通过总线控制器产生，且系统资源由各处理器共享。

8086CPU工作在哪种模式下通过CPU的第33条引脚MN/MX来控制：MN/MX=1，系统就处于最小工作模式；MN/MX=0，系统处于最大工作模式。

2.12 在内存有一个由20个字节组成的数据区，其起始地址为1100H:0020H。计算出该数据区在内存的首末单元的实际地址。

【解答】逻辑地址1100H:0020H对应的物理地址为PA=1100H×10H＋0020H= 11020H，即该数据区在内存中的首单元的物理地址为11020H；因为存储空间中每个字节单元对应一个地址，所以20个字节对应20个地址，则该数据区在内存中的末单元的物理地址PA = 11020H＋20D = 11020H＋14H = 11034H。

2.13 已知两个16位的字数据268AH和357EH，它们在8086存储器中的地址分别为00120H和00124H，试画出它们的存储示意图。

【解答】存储示意图参见图2-2。

8AH 26H 7EH 35H

00120H 00121H 00122H 00123H 00124H 00125H

50H 65H 6EH 74H 69H 75H 6DH 00510H 00511H 00512H 00513H 00514H 00515H 00516H

图2-2 数据的存储示意 图2-3 字符的存储示意

2.14 找出字符串“Pentium”的ASCII码，将它们依次存入从00510H开始的字节单元中，画出它们存放的内存单元示意图。

【解答】存储示意图参见图2-3。

2.15 在内存中保存有一个程序段，其位置为（CS）=33A0H，（IP）=0130H，当计算机执行该程序段指令时，分析实际启动的物理地址是多少。

【解答】逻辑地址（CS）：（IP）= 33A0H：0130H，计算出对应物理地址PA= （CS）×10H＋（IP）= 33A0H×10H＋0130H = 33B30H

2.16 什么是总线周期？8086CPU的读/写总线周期各包含多少个时钟周期？什么情况下需要插入等待周期TW，什么情况下会出现空闲状态TI？

【解答】8086CPU经外部总线对存储器或I/O端口进行一次信息的输入或输出过程所需要的时间，称为总线周期。8086CPU的读/写总线周期通常包括T1、T2、T3、T4状态4个时钟周期。

在高速的CPU与慢速的存储器或I/O接口交换信息时，为了防止丢失数据，会由存储器或外设通过READY信号线，在总线周期的T3和T4之间插入1个或多个必要的等待状态TW，用来进行必要的时间补偿。

在BIU不执行任何操作的两个总线周期之间会出现空闲状态TI。

2.17 80286CPU的内部结构与8086相比，有哪些增加的部件？其主要特点和功能是什么？ 【解答】80286 CPU的可编程寄存器在8086寄存器结构的基础上，增加了一个16位的机器状态字寄存器MSW。而且为适应80286性能的提高，在8086的状态标志寄存器F中，又增加使用了3个位，即IOPL—I/O特权层标志（占用12、13位）和NT—嵌套任务标志（占用14位）。NT标志位表示当前执行的任务嵌套于另一任务中，IOPL用来定义当前任务的I/O特权层。

2.18 简述Pentium微处理器的内部组成结构和主要部件的功能，Pentium微处理器的主要特点有哪些？

【解答】Pentium微处理器的主要部件包括总线接口部件、指令高速缓存器、数据高速缓存器、指令预取部件与转移目标缓冲器、寄存器组、指令译码部件、具有两条流水线的整数处理部件（U流水线