文档介绍：为什么外围设备要通过接口与CPU相连?接口有哪些功能?(6分)
答:外围设备要通过接口与CPU相连的原因主要有:
(1)一台机器通常配有多台外设,它们各自有其设备号(地址),通过接口可实现对设备的选择。
(2)I/O设备种类繁多,速度不一,与 CPU速度相差可能很大,通过接口可实现数据缓冲,达到速度匹配。
(3)I/O设备可能串行传送数据,而CPU一般并行传送,通过接口可实现数据串并格式转换。
(4)I/O设备的入/出电平可能与CPU的入/出电平不同,通过接口可实现电平转换。
(5)CPU启动I/O设备工作,要向外设发各种控制信号,通过接口可传送控制命令。
(6)I/O设备需将其工作状况(“忙”、“就绪”、“错误”、“中断请求”等)及时报告CPU,通过接口可监视设备的工作状态,并保存状态信息,供CPU查询。
可见归纳起来,接口应具有选址的功能、传送命令的功能、反映设备状态的功能以及传送数据的功能(包括缓冲、数据格式及电平的转换)。
六、问答题(共15分)
。图中W是写控制标志,R是读控制标志,R1和R2是暂存器。(8分)
(1)假设要求在取指周期由ALU完成(PC) + 1→PC的操作(即ALU可以对它的一个源操作数完成加1的运算)。要求以最少的节拍写出取指周期全部微操作命令及节拍安排。
答:由于(PC) + 1→PC需由ALU完成,因此PC的值可作为ALU的一个源操作数,靠控制ALU做+1运算得到(PC) + 1,结果送至与ALU输出端相连的R2,然后再送至PC。
此题的关键是要考虑总线冲突的问题,故取指周期的微操作命令及节拍安排如下:
T0 PC→MAR,1→R
T1 M(MAR)→MDR,(PC) + 1→R2
T2 MDR→IR,OP(IR)→微操作命令形成部件
T3 R2→PC
(2)写出指令ADD # α(#为立即寻址特征,中)在执行阶段所需的微操作命令及节拍安排。
答:立即寻址的加法指令执行周期的微操作命令及节拍安排如下:
T0 Ad(IR)→R1 ;立即数→R1
T1 (R1) + (ACC)→R2 ;ACC通过总线送ALU
T2 R2→ACC ;结果→ACC
?在数据交换过程中它应完成哪些功能?画出DMA工作过程的流程图(不包括预处理和后处理)
答:DMA接口主要由数据缓冲寄存器、主存地址计数器、字计数器、设备地址寄存器、中断机构和DMA控制逻辑等组成。在数据交换过程中,DMA接口的功能有:(1)向CPU提出总线请求信号;(2)当CPU发出总线响应信号后,接管对总线的控制;(3)向存储器发地址信号(并能自动修改地址指针);(4)向存储器发读/写等控制信号,进行数据传送;(5)修改字计数器,并根据传送字数,判断DMA传送是否结束;(6)发DMA结束信号,向CPU申请程序中断,报告一组数据传送完毕。DMA工作过程流程如图所示。
七、设计题(10分)
设CPU共有16根地址线,8根数据线,并用作访存控制信号(低电平有效),用作读写控制信号(高电平为读,低电平为写)。现有下列芯片及各种门电路(门电路自定),如图所示。画出CPU与存储器的连接图,要求:
(1)存储芯片地址空间分配为:最大4K地址空间为系统程序区,相邻的4K地址空间为系统程序工作区,最小16K地址空间为用户程序区;
(2)指出选用的存储芯片类型及数量;
(3)详细画出片选逻辑。
(1)主存地址空间分配:
6000H~67FFH为系统程序区;
6800H~6BFFH为用户程序区。
答:(1)主存地址空间分配。(2分)
A15 … A11 … A7 …… A0
最大4K 2K×8位ROM 2片
相邻4K 4K×4位RAM 2片
最小16K 8K×8位RAM 2片
(2)合理选用上述存储芯片,说明各选几片?
2)根据主存地址空间分配
最大4K地址空间为系统程序区,选用2片2K×8位ROM芯片;(1分)
相邻的4K地址空间为系统程序工作区,选用2片4K×4位RAM芯片;(1分)
最小16K地址空间为用户程序区,选用2片8K×8位RAM芯片。(1分)
(3)详细画出存储芯片的片选逻辑图。
4.(5分)答:
根据IR和MDR均为16位,且采用单字长指令,得出指令字长16位。根据105种操作,取操作码7位。因允许直接寻址和间接寻址,且有变址寄存器和基址寄存器,因此取2位寻址特征,能反映四种寻址方式。最后得指令格式为:
7
2
7
OP
M
AD
其中 OP 操作码,可完成105种操作;
M 寻址特征,可反映四种寻址方式;
AD形式地址。
这种格式指令可直接寻址27 =