微机原理部分题解

1 微型计算机系统硬件有哪几部分组成？从功能上讲，微机硬件也是包括运算器、控制器、存储器、输入和输出5个逻辑部分，从外观看，微机硬件由主机和外部设备构成。2 微型计算机系统硬件有哪几部分组成？运算器:对计算机传输过来的信息进行算术或者逻辑运算。控制器:负责计算机CPU中指令的执行。寄存器组:存储计算机运算器传输来的信息和下一条指令地址。3存储器的地址和内容的关系？存储器分类及每一类的特点，SRAM与DRAM有何区别？DRAM为何需要刷新？哪个集成度更高？存储器单元内容是储存器单元里面储存的二进制数据。如0100011 存储器单元地址是由十六进制数指向存储器某个特定的单元。如0FFE2A 一个是实实在在的数据，一个是指向该数据的地址DRAM，动态随机存取存储器，需要不断的刷新，才能保存数据。 而且是行列地址复用的，许多都有页模式。 SRAM，静态的随机存取存储器，加电情况下，不需要刷新，数据 不会丢失，而且，一般不是行列地址复用的。 刷新的必要性与DRAM的结构有关，DRAM是靠其内部电容电位来记录其逻辑值的，但是电容因各方面的技术困难无可避免的有显著的漏电现象（放电现象）而使电位下降，于是需要周期性地对高电位电容进行充电而保持其稳定，这就是刷新。SRAM贵，速度快，集成度低。所以只用在关键部位4 按传送信息不同，总线可以分为哪几种？AB，DB 分别 与什么重要指标相关？地址 数据 控制据总线决定每次传输数据的大小，地址总线决定了cpu所能访问的最大内存空间的大小，控制总线反映了数据的状态和传输方式，它是地址总线的扩展和补充5 bit ,Byte,word,字长，KB，MB,GB等的概念 1位(bit) 来自英文bit,音译为“比特”,表示二进制位。位是计算机内部数据储存的最小单位,11010100是一个8位二进制数。一个二进制位只可以表示0和1两种状态(21);两个二进制位可以表示00、01、10、11四种(22)状态;三位二进制数可表示八种状态(23)。 2、字节(byte) 字节来自英文Byte,音译为“拜特”,习惯上用大写的“B”表示。 字节是计算机中数据处理的基本单位。计算机中以字节为单位存储和解释信息,规定一个字节由八个二进制位构成,即1个字节等于8个比特(1Byte=8bit)。八位二进制数最小为00000000,最大为11111111;通常1个字节可以存入一个ASCII码,2个字节可以存放一个汉字国标码。 3、字 计算机进行数据处理时,一次存取、加工和传送的数据长度称为字(word)。一个字通常由一个或多个(一般是字节的整数位)字节构成。例如286微机的字由2个字节组成,它的字长为16;486微机的字由4个字节组成,它的字长为32位机。 计算机的字长决定了其CPU一次操作处理实际位数的多少,由此可见计算机的字长越大,其性能越优越。6按微机的应用形态来分，可分为通用型及嵌入式两类7嵌入式系统按微处理器来分，可分为哪几种？嵌入式微处理器分类： 根据微处理器的字长宽度：微处理器可分为4位、8位、16位、32位、64位。一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器，32位以上的称为嵌入式微处理器。 根据微处理器系统集成度，可划分为两类：一般用途的微处理器，即微处理器内部仅包含单纯的中央处理单元；单芯片微控制器，即将CPU、Rom、RAM及I/O等部分集成到同一个芯片上。 根据嵌入式微处理器的用途：可分为以下几类： 1、嵌入式微控制器（MCU），又称为单片机。微控制器的片上外设资源通常比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。微控制器芯片内部集成有ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。微控制器的最大特点是单片化，功耗成本低，可靠性高。常用的有8051、MCS系列、C540、MSP430系列等，目前，微控制器占嵌入式 系统的约70%的市场份额。 2、嵌入式 微处理器（EMPU）。由通用计算机中的CPU发展而来，主要特点是具有32位以上的处理器，具有比较高的性能，价格也较高。与计算机CPU不同的是，在实际嵌入式 应用中，只保留和嵌入式 应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，因此其体积小、重量轻、功耗低、成本低及可靠性高。通常嵌入式微处理器把CPU、ROM、RAM及I/O等元件 做到同一个芯片上，也称为单板计算机。目前，主要的嵌入式 微处理器有ARM、MIPS、POWER PC和基于X86的386EX等。 3、嵌入式DSP处理器。它是专门 用于信号 处理方面的处理器，茏在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计 ，具有很高 的编译效率和指令执行速率，主要用在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上。 DSP内部采用程序和数据分开存储和传输的哈佛结构 ，具有专门硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊 的DSP指令，可用来快速的实现 各种数字信号处理算法，加之集成电路 的优化设计，速度甚至比最快的CPU还快数倍。 4、嵌入式 片上系统（SOC）。它是追求产品系统最大包容 的集成器件。SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合 ，直接 在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。体积小，功耗低，可靠性高。8 什么是MCU?？MCU(MicroControllerUnit)中文名微控制单元，又称单片微型计算机11非数值数据在计算机中怎样表示？ASCII码、BCD码、汉字交换码、汉字机内码12 什么是BCD码？亦称二进码十进数或二-十进制代码。用4位二进制数来表示1位十进制数中的09这10个数码。是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。BCD码这种编码形式利用了四个位元来储存一个十进制的数码，使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行。这种编码技巧最常用于会计系统的设计里，因为会计制度经常需要对很长的数字串作准确的计算。相对于一般的浮点式记数法，采用BCD码，既可保存数值的精确度，又可免却使电脑作浮点运算时所耗费的时间。此外，对于其他需要高精确度的计算，BCD编码亦很常用。13 掌握C语言中的位运算：取反，0取反是1，1取反是0 是左移，比如1右移，类似左移，数值大小除以2的n次方 &按位与，1与任意数等于任意数本身，0与任意数等于0，即1&x=x，0&x=0 |按位或，x|y中只要有一个1则结果为1 按位异或，xy相等则为0，不等则为11 Arm与freescale, 内核与芯片 的关系。世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM 微处理器芯片进入市场。2 ARM-Cortex属于ARM系列的哪个版本（架构）？它有哪几个系列？各有怎样的应用定位？Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器。3 Kinetis MCU中的K60系列 MK60N512VMD100的内核是（ARM Cortex-M4），字长（32位），内部的数据是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32位的。4MK60N512VMD100的FLASH多大？地址范围？SRAM 多大？地址范围？ Flash 512kb（0x0000_00000x0007_FFFF） SRAM区（0x1FFF_00000x2000_FFFF）128kb5 ARM CM3/4的寄存器是多少位的？ 试述R13，R14，R15寄存器分别与CPU运行原理中哪个寄存器相对应，并说出其各自的用途。 32位 堆栈指针R13:主堆栈指针（MSP）,进程堆栈指针（PSP）。连接寄存器R14：调用子程序时，存储返回地址。程序计数器R15：存储当前指令地址。6 MCU的硬件最小系统是指什么？一般情况下，MCU的硬件最小系统由哪些电路组成。 MCU的硬件最小系统是指可以使内部程序运行的所必须的外围电路，也可以包括写入器接口电路。MK60N512VMD100芯片的硬件最小系统包括电源电路、复位电路、晶振电路及JTAG接口电路。7 MCU为什么需要有复位电路？实验板上的复位电路有什么特点？是高电平复位还是低电平复位？为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。复位电路原理如下：正常工作时复位输入引脚RESET 通过一个10K的电阻接到电源正极，所以应为高电平。若按下复位按钮，则RESET 脚接地，为低电平，导致芯片复位。 8 什么是中断？中断源的分类？什么是NMI,INTR? 什么是中断服务程序？中断：指当出现需要时，CPU暂时停止当前程序的执行转而执行处理新情况的程序和执行过程。即在程序运行过程中，系统出现了一个必须由CPU立即处理的情况，此时，CPU暂时中止程序的执行转而处理这个新的情况的过程就叫做中断。 机器故障中断。 程序性中断。现行程序本身的异常事件引起的，可分为以下三种：一是程序性错误，例如指令或操作数的地址边界错，非法操作码和除数为零等；二是产生特殊的运算结果，例如定点溢出；三是程序出现某些预先确定要跟踪的事件，跟踪操作主要用于程序调试。有些机器把程序性中断称为“异常”，不称为中断。 输入输出设备中断。 外中断。来自控制台中断开关、计时器、时钟或其他设备，这类中断的处理较简单，实时性强。 调用管理程序。用户程序利用专用指令“调用管理程序”发中断请求，是用户程序和操作系统之间的联系桥梁。 NMI (Non Maskable Interrupt)不可屏蔽中断(即CPU不能屏蔽)无论状态寄存器中 IF 位的状态如何,CPU收到有效的NMI必须进行响应;NMI是上升沿有效;中断类型号固定为2;它在被响应时无中断响应周期.不可屏蔽中断通常用于故障处理(如:协处理器运算出错,存储器校验出错,I/O通道校验出错等).可屏蔽中断INTR中断服务程序：处理器处理“急件”，可理解为是一种服务，是通过执行事先编好的某个特定的程序来完成的，这种处理“急件”的程序被称为中断服务程序。 9 CortexM4包含多少个中断类型？分别是多少个系统中断，多少个外部中断？什么是中断向量表？放在哪里？占多大空间？ 111 16 95中断向量表是在PcAT中由硬件产生的中断标识码。存放在Flash中默认是在地址0x0000_0000开始存放 32*111 1024字节1 GPIO的基本概念 通用输入/输出3 K60包含几个GPIO模块？共多少个引脚？（1）A口有26个引脚，分别为PTA0PTA19、PTA24PTA29；（2）B口有20个引脚，分别为PTB0PTB11、PTB16PTB23；（3）C口有20个引脚，分别为PTC0PTC19；（4）D口有16个引脚，分别为PTD0PTD15；（5）E口有18个引脚，分别为PTE0PTE12、PTE24PTE28。4 Kinetis的每个外围部件都有对应的时钟控制， PORTA的时钟在哪个寄存器中打开？试写出相应的语句。SIM_SCGC5 |= (1 PEE的配置顺序为：FEI - FBE - PBE - PEE5 针对开发实验板，在软件初始化时钟之前（pll-init()函数调用之前），Kinetis K60的默认时钟是哪个？时钟频率大约是多少？调用后，时钟是哪个？时钟频率是多少？在时钟初始化之前，复位后默认时钟是32K，时钟频率20.97M，调用pll-init()完成时钟初始化后，内核时钟96M，总线时钟48M，采用的是外部时钟50M输入。1 什么是PIT？周期中断定时器pit2 K60D系列微处理器中包含几个PIT定时器？4个pit pit0-pit33 PIT模块的定时器加载值寄存器PIT_LDVALn是多少位的，如果PIT的输入时钟是48M，最大定时时间是多少？ 若想定时10us，初值给多少？（十进制表示） 掌握PIT输入时钟、 初始值以及定时时间的关系。 32 位 （232-1）/48M 10us*48M1 数据通信方式有哪几种？什么是串行通信？按照数据在线路上的传输方向，通信方式可分为：单工通信、半双工通信与全双工通信。 :(1)单工通信方式:是单方向传输数据，不能反向传输。 (2)半双工通信方式:既可单方向传输数据，也可以反方向传输，但不能同时进行。(3)全双工通信方式:可以在两个不同的方向同时发送和接收数据在数据通信中，按每次传送的数据位数，通信方式可分为：并行通信和串行通信。串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。并行通信是一次同时传送8位二进制数据，从发送端到接收端需要8根传输线。并行方式主要用于近距离通信，如在计算机内部的数据通信通常以并行方式进行。这种方式的优点是传输速度快，处理简单。串行通信一次只传送一位二进制的数据，从发送端到接收端只需要一根传输线。串行方式虽然传输率低，但适合于远距离传输，在网络中（如公用电话系统）普遍采用串行通信方式。2 什么是同步通信？什么是异步通信？同步通信把许多字符组成一个信息组，或称为信息帧，每帧的开始用同步字符来指示。由于发送和接收的双方采用同一时钟，所以在传送数据的同时还要传送时钟信号，以便接收方可以用时钟信号来确定每个信息位。异步通信是一种很常用的通信方式。相对于同步通信，异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时隙可以是任意的，当然，接收端必须时刻做好接收的准备（如果接收端主机的电源都没有加上，那么发送端发送字符就没有意义，因为接收端根本无法接收）。3 串行通信的传输方式可分为哪几种？K60的UART属于哪一种？最被人们熟悉的串行通信技术标准是EIA232、EIA-422和EIA485，也就是以前所称的RS-232、RS-422和RS-485。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在工业通信领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。 RS-232总线标准 4 数据通信，空闲状态的逻辑编码是“1”，物理编码按RS-232C标准是-3-15V5 UART收发时，是高位先发送还是低位先发送？ 低位先发7 什么是RS-232标准？它在主流的笔记本电脑上是否存在？RS-232在工业上是否广泛应用？ EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V-15V逻辑0(SPACE)=+3+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）=+3V+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3V-15V以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态（OFF）即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在（315）V之间。在主流的笔记本电脑上不存在，在工业上短距离传输应用的多：RS-232，速率：20Kbit/S，最大通信距离 ： 15m8 能否在通用电脑的USB口上实现虚拟的UART功能？如果能，要怎样才能实现？ 能 芯片CP2101是一种高度集成的USB转UART桥接器，它包含有USB2.0全速功能控制器、USB收发器振荡器和异步串行接口(UART)。该芯片的全部功能集成在一个5mm5mm的MLP28封装的IC中。CP2101内置有与计算机通信的USB协议，工作时，会在计算机上产生一个虚拟COM口，用户就可以按照通用串行口的控制方式来使用这个COM口。9 MCU的UART由哪几部分构成？一个波特率发生器、一个发送器、一个接收器、一个控制单元10 K60 的UART包括几个模块？ UART0,1和UART5的时钟源分别取自哪个时钟信号？ 6个相同且独立的UART模块。UART0和UART1时钟源为内核时钟UART2UART5的时钟源为外设时钟（总线时钟）。11 . 试就课堂上讲解的示例（见ppt），归纳UART5的初始化有哪几个方面的工作要做。端口使能 、时钟时能、波特率初始化、接收发送使能12 如果使用中断方式，响应的该初始化函数还需要添加哪些语句UART5_C2 |= (13 | 12 | 15); NVICISER1 |= 123; /中断使能设置寄存器； NVICICPR1 |= 123;/中断挂起清除寄存器； uart5_isr,1 简述逐次比较式A/D转换器的原理。3 ADC的量化间隔，分辨率，量化误差的概念量化间隔(分辨率) = 满量程电压 / A/D的最大数字量输出 量化误差 = 量化间隔/2 5 .K60 包括几个AD模块？怎样开启该模块的时钟？ 2个 1）配置SIM_SCGC6,使能ADC0的时钟。SIM_SCGC6 |= 127;2）配置SIM_SCGC3,使能ADC1的时钟。SIM_SCGC3 |= 127;8 K60包括几个DA模块？精度如何？（12位），可选择哪两种输入电压？ 2个 12位 配置SIM_SCGC2,使能DAC0、DAC1的时钟。SIM_SCGC2 |= 112;SIM_SCGC2 |= 113;VDDA=3.3V VREF=1.2V