《微机原理与接口技术（第二版）》典型习题及参考答案(1)

思考与习题参考答案

2 《微型计算机及接口技术》

第2章 思考与习题参考答案

2-1简述微处理器的主要性能指标，性能公式（2-1）说明了什么？ 答：微处理器的主要性能指标如下表所示 错误！未找到引用源。性能指标参数 字长 主频 外频 FSB频率 工作电压 制造工艺 地址线宽度 数据线宽度 协处理器 流水线技术 超标量结构 L1/L2/L3 Cache SIMD 核心架构 功耗 含义 内部处理二进制数的位数 处理器核心工作频率 外部总线的核心频率（基准频率） 前端总线频率 处理器核心工作电压 指管子之间的最小线距 处理器外部地址线条数，决定物理地址空间2m 处理器外部数据线条数，决定对外访问能力 是否内置协处理器，性能如何 流水线级数 多条指令流水线，含流水线级数 一级/二级/三级高速缓存 单指令处理多个数据的能力 处理器采用的核心架构类型 反应处理器消耗的功率 功耗＝动态电容×电压×电压×频率 示例 8,16,32,64 100MHz,3.2GHz 33MHz,66MHz,100MHz 266MHz,533MHz,800MHz,1330MHz 5V，3V，1.8V，1.2V 0.13μm,90nm,65nm,45nm 20,32,36 8位，16位，32位，64位 X87 5级，12级，14级，20级，31级等 1个,2个，3个,4个，8个 8KB,16KB,512KB,4MB MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSSE3,SSE4 P5,P6,NetBurst,Core 50W,25W等 公式（2－1）: 性能＝核心频率×每个周期执行指令的条数

说明，微处理器的性能的提高不仅取决于工作频率，还依赖每周期执行指令的条数。新的处理器代替老的处理器，就是根据这一性能公式来提高它的性能的。即或单独提高频率，或单独增加每周期执行指令的条数，或既提高频率又增加每周期执行指令的条数。由于核心频率的提高是有限制的，因此从Cure系列开始注重提高每个周期指令执行的条数来提高性能。

2-2简述微处理器的工作方式、各工作方式的含义和区别是什么?它们之间是如何切换的？ 答：

1.五种工作方式：实地址方式错误！未找到引用源。、保护虚地址方式错误！未找到引用源。、虚拟86方式错误！未找到引用源。、系统管理方式错误！未找到引用源。以及IA-32E方式。

2.含义：

(1)实地址方式是指处理器工作在8086/8088编程环境下的工作方式。

(2)保护地址方式，又称保护虚地址方式，简称保护方式错误！未找到引用源。，是真正发挥处理器潜能的一种工作方式。所谓保护是指在执行多任务操作时，对不同任务使用的不同存储空间进行完全隔离，保护每个任务顺利执行。

(3)虚拟86方式错误！未找到引用源。是指一个多任务的环境，即模拟多个8086的工作方式。在这个方式之下，处理器被模拟成多个8086微处理器同时工作。

(4) 系统管理方式错误！未找到引用源。（SMM）是为实现特定功能及系统安全提供的一种工作方式，SMM的功能主要包括电源管理以及为操作系统和正在运行的程序提供安全性。SMM最显著的应用就是电源管理。

以上四种方式是IA-32所有处理器所具有的工作方式。

(5)从后期的P4到以Core为核心的处理器开始支持64位扩展技术，引入了IA-32E工作方式。在这种方式下，处理器支持两种模式即兼容的工作方式（兼容IA-32处理器的方式）和64位工作方式。在兼容模式下，允许在64位操作系统下运行原来的16位和32位应用程序，采用EM64T技术，支持

国家十一五规划教材《微机原理与接口技术(第二版)》思考题与习题参考答案 3

64位操作，同时支持36位的地址，支持64位线性地址，默认的地址空间为64位，默认的数据宽度为32位，指令允许32/64地址和32/64数据的混合使用，因此又把 Core为核心的处理器称为32/64处理器，与真正64位处理器有区别，可称之为具有64位功能的32位处理器。

3.工作方式的相互转换如下图所示。 实地址 方式 PE=1 SMI 复位或RSM指令 复位或PE=0 SMI RSM PG=1,LMA=1 保护 系统管理 方式 SMI 复位方式 LMA=0

2-3 IA-32E方式兼容模式和64位模式下，Cure 2 Duo系列处理器能够寻址的物理地址空间分别有多大？为什么把具有IA-32E模式的处理器称为32/64位处理器，而不直接称为64位处理器？

答：

（1）具有IA-32E工作方式处理器在兼容模式下，最大支持的32位地址空间，而在64位方式下，采用EM64T技术，支持64位操作，同时支持36位的物理地址，支持64位线性地址，默认的地址空间为64位。

（2）由于具有IA-32E方式的处理器默认的数据宽度为32位，指令允许32/64地址和32/64数据的混合使用，因此又把 Core为核心的处理器称为32/64处理器，与真正64位处理器有区别，可称之为具有64位功能的32位处理器。

2-6 8086/8088微处理器由哪两个关键部分组成，其功能主要包括哪些？说明二者是如何配合工作的。

答：（1）组成：8086/8088由两个既相互独立，又相互配合，并行操作的重要部件组成总线接口部件BIU错误！未找到引用源。和执行部件EU错误！未找到引用源。组成。

（2）总线接口部件BIU的功能：负责微处理器内部与外部（存储器和I/O接口）的信息传递。BIU完成的主要任务包括：取指令、传送数据以及计算物理地址；执行部件EU的功能：主要功能简单地说就是执行全部指令。EU完成以下几个主要任务：指令译码、执行指令、向BIU传送地址信息以及管理通用寄存器和标志寄存器。

（3）配合工作：只要指令队列不满，则BIU就去取指令，只要指令队列有指令，EU就执行指令，二者同时进行。EU向BIU指供地址信息，BIU计算物理地址，并指向目标地址并取数据或指令或送数据到目标地址，而EU负责运算和处理。BIU和EU既相互独立又相互配置并行流水作业。

2-7 80286由哪几个主要部件组成?各自的功能是什么？与8086有什么不同？

答：1.组成：80286微处理器内部共有四个功能部件：地址部件 AU、总线部件BU、指令部件IU和执行部件EU。

2.功能：(1)总线部件BU负责内外信息交换；（2）指令部件IU负责从预取队列中取代码并进行译码，然后放入3条指令的指令队列中；（3）地址部件AU负责物理地址的生成；（4）执行的EU负责指令的执行。

VM=1 方式 VM=0 IA-32E方式 SMI RSM RSM 虚拟86 4 《微型计算机及接口技术》

3.与8086的不同点：

（1）地址线条数不同，因此寻址空间不一样（8086：20条寻址1MB，8028624条寻址16MB） （2）内部结构不同，比8086多了两个部件,同时多了一个指令队列（已译码的指令队列） （3）速度提高（8086:5MHz,80286:16MHz）

（4）多了一种工作方式，支持多任务中，虚拟内存，寻址方式不同 2-8 80386与80286相比内部由几个主要部件组成？各部件的功能是什么?

答：1.组成：6个部件：总线部件BU、指令预取部件IPU、指令译码部件IDU、执行部件EU、分段部件SU和分页部件PU。

2.功能：

(1) 总线部件BU：提供与外部（存储器以及I/O）的接口环境（地址线、数据线和控制线的驱动等）。在80386内部，指令预取部件要从存储器中取指令、执行部件在执行指令时要访问存储器或I/O，分页部件形成物理地址后，都要发出总线周期的请求，BU会根据优先级对这些请求进行仲裁，从而有序地服务于多个请求，并产生相应的总线操作所需要的信号，包括地址信号、读/写控制信号等。BU还提供了与协处理器如80387或 80287的接口。

（2）指令预取部件IPU通过BU按顺序向存储器取指令并放到16个字节的预取指令队中，为指令译码部件提供有效的指令。

（3）指令译码部件IDU从预取指令队列中取出原代码后进行译码，并将译码好的指令存放在3条指令的队列中，送给执行部件。

（4）执行部件EU包括ALU以及64位的桶形移位寄存器和8个32位的通用寄存器及保护检测电路等，EU从IDU中取出已译码的指令后，立即通过控制电路产生各种控制信号送到内部各个部件，从而执行了该指令。在执行指令的过程中，向分段部件发出逻辑地址信息，并通过BU与外部交换数据。

（5）分段部件SU错误！未找到引用源。将EU送来的两路32位有效地址(包括逻辑地址48位：16位选择子和32位段内偏移地址)通过描述符的数据结构形成32位的线性地址。

（6）分页部件PU错误！未找到引用源。接收到线性地址后，通过两次页转换将其变换为实际的32位物理地址。

2-20 通过复位后寄存器的特点，说明各处理器复位后程序第一条指令存放的地址。

答：复位后16位处理器8086/8088以及80286系统复位后内部除CS=FFFFH外，其余各寄存器全 为0，段的起始地址为段寄存器的内容左移4位，因此复位后第一条指令的地址FFFF0H（CS×16+IP）。

IA-32处理器复位后内部地址相关寄存器的状态为：EIP=0000FFF0H，CS=F000H，CS.BASE(代码段基地址)＝FFFF0000H，SS＝DS＝ES＝FS＝GS＝0000H，其它段的段基地址均为0，GDTR＝00000000FFFFH,IDTR＝00000000FFFFH。即GDTR和IDTR描述的基地址全为0，界限均为FFFFH。LDTR＝0,对应的基地址为0,界限为FFFFH，

IA-32处理器复位后的第一条指令的地址为=段基地址＋偏移地址＝FFFF0000 + FFF0H = FFFFFFF0H。

即8086~80286复位地址FFFF0H，80386～Cure 2 Duo复位地址为FFFFFFF0H。

2-26 已经从内存1FF00000开始存放12H, 34H, 56H, 78H, 90H, ABH, CDH, EFH, 11H, 22H, 33H, 44H, 55H, 66H, 77H, 88H，99H,00H,AAH,BBH,CCH,DDH,EEH,FFH，试说明从1FF00000H开始取一个双四字的值，从1FF00008H开始取双字的值，以及从1F00010H开始取四字和一个字的值。

解：从1FF00000H开始的双四字的值＝8877665544332211EFCDAB9078563412H