电子科技大学微机原理2012-2013期末A卷及答案

根据给定的文件信息，我们可以总结出以下几个关键的知识点： ### 1. ARM处理器指令集中的SUBS指令 - **指令格式**：“SUBS R0, R0, R1”是一个ARM指令，其中“SUBS”代表减法指令，带有状态更新。“R0”和“R1”分别是ARM处理器中的寄存器。 - **执行效果**： - 执行“SUBS R0, R0, R1”意味着从R0中减去R1的值并将结果存储回R0。 - 此外，该指令还会更新处理器的状态标志位N（负数标志）、V（溢出标志）、C（进位标志）和Z（零标志）。 - **具体计算**： - 假设初始时R0 = 0110010110100100，R1 = 1010001010011010。 - 执行指令后，R0的新值为0100001100001010。 - 同时更新标志位：N=0（非负数）、V=0（无溢出）、C=1（有借位）、Z=0（结果非零）。 ### 2. 流水线加速比 - **定义**：流水线加速比是指使用流水线技术后的处理器执行指令的速度与未使用流水线技术的处理器执行相同数量指令所需时间之比。 - **计算公式**：加速比 \( S \) = \(\frac{\text{非流水线时间}}{\text{流水线时间}}\)。 - **意义**：衡量流水线技术对处理器性能提升程度的一个指标。 ### 3. Cache技术与局部性原理 - **Cache技术**：为了提高数据访问速度，在主存与处理器之间增加的一层高速缓存。 - **局部性原理**：指程序在运行过程中访问内存地址时表现出的一种特性，分为时间局部性和空间局部性。 - 时间局部性：如果一个内存位置被访问过，那么它很可能在不久的将来再次被访问。 - 空间局部性：如果一个内存位置被访问过，那么其附近的内存位置也很可能被访问。 - **作用**：利用局部性原理可以有效提高Cache命中率，减少从较慢的主存读取数据的次数，从而提高系统的整体性能。 ### 4. 嵌入式系统中的最小硬件系统组成 - **核心组件**：最小硬件系统通常包括以下组成部分： - 处理器模块：作为系统的中央处理单元。 - 存储器：用于存储程序和数据。 - 输入输出接口：实现外部设备与处理器的数据交换。 - 电源管理模块：提供稳定的电源供应。 - 时钟电路：为系统提供精确的时间基准。 ### 5. 中断机制 - **定义**：中断是指在程序执行过程中，由于外部事件的发生而导致CPU暂时中止当前程序的执行，转去执行相应的中断服务程序的过程。 - **实现**：通过硬件中断控制器检测到中断请求后，向CPU发送中断信号，使得CPU保存当前程序状态，跳转到中断服务程序执行相应处理。 - **恢复**：中断处理完成后，CPU会恢复之前的状态继续执行被中断的程序。 ### 6. ARM处理器中断控制 - **指令序列**：MRS R0, CPSR; ORR R0, R0, #0x80; MSR CPSR_c, R0 —— 用于开启中断。 - MRS R1, CPSR; BIC R1, R1, #0x80; MSR CPSR_c, R1 —— 用于关闭中断。 - **功能解析**： - MRS R0, CPSR：读取当前程序状态寄存器（CPSR）的值到寄存器R0。 - ORR R0, R0, #0x80：使用按位或操作将#0x80（即中断使能位）设置到R0。 - MSR CPSR_c, R0：将修改后的R0写回到CPSR，实现中断的开启。 - 同理，BIC R1, R1, #0x80用于清除中断使能位，从而关闭中断。 ### 7. UART通信接口配置 - **初始化程序**： - 设置UART0为普通操作模式、8位数据位、偶校验、1位停止位。 - 使用S3C2440处理器中的UART0线路控制寄存器ULCON0进行配置。 - 示例代码： ```assembly LDR R2, =0x50000000 MOVR3, #0x50 STRR3, [R2] ``` ### 8. 总线同步方式 - **类型**：总线同步方式主要分为同步（半同步）和异步两种。 - **异步总线时序**：通过主控设备与从属设备间的握手信号（应答信号）来协调数据传输。 - **优点**：适应性强，能够处理不同速度的设备间的数据交换。 - **缺点**：控制逻辑相对复杂，效率较低。 ### 9. I/O接口电路 - **必要性**：用于实现CPU与外设之间的数据传输，解决外设多样化带来的问题。 - **结构**：通常包含数据缓冲器、信号格式转换器、通信联络逻辑等。 - **功能**：设备选择、数据缓冲、信号转换、错误检测等。 以上知识点涵盖了ARM处理器中的指令操作、流水线加速比的概念、Cache技术及其背后的局部性原理、嵌入式系统的最小硬件组成、中断机制的原理与实现、ARM处理器中断控制的具体指令、UART通信接口的配置以及总线同步方式与I/O接口电路的相关知识。这些知识点对于理解微处理器系统结构与嵌入式系统设计的基础至关重要。