計算機組成原理第八章課后部分答案解析

1、8.1 CPU有哪些功能？ 畫出其構(gòu)成框圖，簡單說明各部件的作用。解： CPU的主要功能是執(zhí)行存儲在主存儲器中的程序即機器指令。 CPU是控制器和運算器。ALU :實現(xiàn)修正算邏輯運算寄存器：存儲操作數(shù)CU :發(fā)出各種操作指令序列的控制單元中斷系統(tǒng)：處理異常和特殊要求8.2什么是指令周期？ 指令周期有固定值嗎？ 為什么？解：指令周期：擷取并執(zhí)行一個指令所需的時間。由于在計算機中執(zhí)行各種指令所需的時間大不相同，因此，即使在進(jìn)行同步控制的設(shè)備中，每個指令的指令周期長度也不一致，即，指令周期對于每個指令不是恒定值，以便提高CPU的工作效率。畫出8.3指令周期的流程圖，分別說明圖中各子周期的作用。解：指

2、令周期流程圖取回周期：取回指令剔除周期：取有效的地址執(zhí)行周期：取操作數(shù)(指令為訪問指令時)中斷循環(huán)：保存程序中斷點假設(shè)這些部件位于8.4cpu中： PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU。(1)描繪簡潔地址指定完成后的讀取指令“LDAX”(將某地址單元的內(nèi)容讀入AC )的數(shù)據(jù)流(從讀取指令開始)。(2)描繪中斷周期的數(shù)據(jù)流。解： CPU中的數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)方式有直接連接、單總線、雙總線、三總線等形式，目前多采用總線結(jié)構(gòu)，直接連接方式僅適用于結(jié)構(gòu)特別簡單的設(shè)備。以下，以單總線形式連接各部件。 方框圖如下所示。(1)LDAX指令周期數(shù)據(jù)流程圖；(2)中斷循環(huán)的流程圖如下所示8.7什么是系統(tǒng)并行性

3、？ 粗粒度并行和細(xì)粒度并行有什么區(qū)別？解：并行性：包括并發(fā)性和并發(fā)性。 并發(fā)是指兩個或多個事件同時發(fā)生，并發(fā)是指兩個或多個事件同時發(fā)生。 即，只要在同一時刻或同一時間段完成兩個以上性質(zhì)相同或性質(zhì)不同的功能，在時間上相互重疊，就存在并行性。粗粒度并行是指多個處理器分別執(zhí)行多個過程并且多個處理器協(xié)同地完成合成一個程序，實現(xiàn)一般的算法。細(xì)粒度并行是指處理器的指令級和操作級的并行性。8.8什么是指令流水？ 描繪指令二次流水和四級流水的示意圖。 哪個比較多為什么能提高處理器的速度？解：指令流水：指將一個指令的執(zhí)行過程分為n個操作時間進(jìn)行粗略化在同一階段，每個階段都在一個獨立的功能部件上執(zhí)行，因此n個部件

4、可以同時執(zhí)行n個指令的不同階段，從而大大提高了CPU的吞吐量。指令二次流水和四級流水的示意圖如下所示二次指令流水示意圖四級指令流水示意圖季流水可以加快處理器的速度設(shè)IF、ID、EX、WR各階段的時間為t，則連續(xù)執(zhí)行n條指令在采用二次流水線的情況下，時間為4t (n-1)2t=(2n 2)t采用四級流水線時，時間為4t (n-1)t=(n 3)t可知在n-1的情況下，由于n 32n 2的四級流水線比二級流水線花費更多時間，因此能夠提高處理機的速度。以8.10管線中的幾個數(shù)據(jù)相關(guān)為例進(jìn)行說明。解： (1)寫完再讀(2)讀寫相關(guān)(3)寫后寫相關(guān)8.15什么是中斷？ 在修訂中斷系統(tǒng)時應(yīng)該考慮的主要問題

5、是什么？解：中斷：發(fā)生需要時，CPU暫停當(dāng)前程序的執(zhí)行，執(zhí)行處理新狀況的程序和執(zhí)行過程。 也就是說，在程序執(zhí)行中，發(fā)生了系統(tǒng)必須由CPU立即處理的狀況時，CPU暫時中止程序的執(zhí)行，處理這個新狀況的過程稱為中斷。修訂中斷系統(tǒng)時需要解決的問題：(1)各中斷源如何向CPU發(fā)出中斷請求(2)如果同時向兩個中斷源發(fā)出中斷請求，則中斷系統(tǒng)如何確定優(yōu)先應(yīng)答接受哪個中斷源的要求(3)CPU在何種條件下、何時以何種方式對中斷進(jìn)行應(yīng)答(4)CPU應(yīng)答中斷后如何保護(hù)現(xiàn)場(5)CPU在應(yīng)答中斷后，如何停止原程序的執(zhí)行并切換到中斷服務(wù)程序的條目地址(6)中斷處理結(jié)束后，CPU如何返回現(xiàn)場，如何返回原程序的中斷。(7)中

6、斷處理中產(chǎn)生新的中斷請求，CPU應(yīng)該如何處理。在8.17中斷系統(tǒng)中，INTR、INT、EINT三個觸發(fā)器分別如何工作？解： INTR中斷請求觸發(fā)器。 登記從中斷源發(fā)出的隨機中斷請求信號，向CPU查詢中斷和中斷隊列判斷線路提供穩(wěn)定的中斷請求信號。EINT中斷許可觸發(fā)，CPU中斷總開關(guān)。 EINT=1時表示允許中斷(on中斷)，EINT=0時表示禁止中斷(off中斷)。 可以通過on、off中斷等命令設(shè)定該狀態(tài)。INT中斷標(biāo)志觸發(fā)是控制器順控系統(tǒng)中周期狀態(tài)分配電路的一部分，表示中斷周期標(biāo)志。 INT=1時，進(jìn)入中斷循環(huán)，執(zhí)行中斷消隱指令的操作。8.18什么是中斷隱藏指令，有什么樣的功能？解：中斷隱

7、藏指令： CPU應(yīng)答中斷后，經(jīng)過某種操作，轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。 這些操作是通過硬件直接實現(xiàn)的功能： (1)保存斷點(2)暫時不允許中斷(3)調(diào)出中斷服務(wù)程序8.21 CPU在中斷處理中有多種方法可以找到中斷服務(wù)程序的入口地址？ 舉例說明。解： (1)硬件向量法(2)軟件查詢法8.24所有的a、b、c、D4個中斷源，按其優(yōu)先順序從高到低的順序按ABCD的順序排列。 如果中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間是20s，則描繪中斷源從下圖所示的時間軸請求中斷的時刻，CPU執(zhí)行程序的軌跡。解： a、b、c、d的響應(yīng)優(yōu)先級為處理優(yōu)先級。 CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下所示。在具有8.25個中斷源的機器中有5個中斷源L0、L1、L2、L3、L4。按照中斷應(yīng)答的優(yōu)先順序從高到低的順序為L0L1L2L4，請求現(xiàn)在將中斷處理順序變更為L1L4L2L0L3。解：各中斷源的屏蔽狀態(tài)如下表所示中斷源屏蔽字01234I010010一一11111I210110I300010I410111表中：掩碼位=1，表示掩碼的屏蔽位=0表示中斷開放。8.26某機具備a、b、c 3臺設(shè)備，其優(yōu)先順序按ABC的順序排列，為了改變中斷處理順序，這些中斷掩碼字設(shè)定如下。設(shè)備屏蔽字a乙c11101