微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)(第二版)答案全

1、微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）答案全“微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”第一章習(xí)題解答1.2以集成電路級(jí)別而言，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)主要組成部分是什么？中央處理器、存儲(chǔ)器芯片、總線接口芯片1.3闡述摩爾定律。每18個(gè)月，芯片的晶體管密度提高一倍，運(yùn)算性能提高一借，而價(jià)格下降一半。1.5什么是SoC?什么是IP核，它有哪兒種實(shí)現(xiàn)形式？SoC：系統(tǒng)級(jí)芯片、片上系統(tǒng)、系統(tǒng)芯片、系統(tǒng)集成芯片或系統(tǒng)芯片集等，從應(yīng)用開(kāi) 發(fā)角度出發(fā)，其主要含義是指單芯片上集成微電子應(yīng)用產(chǎn)品所需的所有功能系統(tǒng)。IP核：滿足特定的規(guī)范和要求，并IL能夠在設(shè)計(jì)中反復(fù)進(jìn)行復(fù)用的功能模塊。它有軟 核、硬核和固核三種實(shí)現(xiàn)形式。

2、1.8什么是嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有哪些？概念：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟碩件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、 可靠性、成本、體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即“嵌入到應(yīng)用對(duì)象體系中的 專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。特點(diǎn)：1、欣入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。2、嵌入式系統(tǒng)式將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng) 用相結(jié)合的產(chǎn)物。3、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同 樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。4、嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，對(duì)嵌入式處理器系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也和通用計(jì)算機(jī)有以下不同點(diǎn)。軟件要求固體化

3、，大多數(shù)I獲入式系統(tǒng)的軟件固化在只讀存儲(chǔ)器中；要求高質(zhì) 量、高可靠性的軟件代碼：許多應(yīng)用中要求系統(tǒng)軟件具有實(shí)時(shí)處理能力。5、嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)的結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn) 行的，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，就具有較長(zhǎng)的生命周期。6、嵌入式系統(tǒng)本身不具備口開(kāi)發(fā)能力，設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也不能對(duì)其中的程序 功能進(jìn)行修改，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。第二章習(xí)題答案2. 2完成下列邏輯運(yùn)算(1) 101+1.01 = 110.01 (2) 1010.001-10. 1 = 111. 101(3) -1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1

4、 (4) 10. 1101-1. 1001 = 1.01 (5) 110011/11 = 10001 (6) (-101. 01)/(-0. 1) = 1010. 12. 3完成下列邏輯運(yùn)算(1) 1011 0101V1111 0000 = 1111 0101(2)1101 0001A1010 1011 = 10000001(3)1010 1011 00001 1100 = 1011 01112. 4選擇題(1) 下列無(wú)符號(hào)數(shù)中最小的數(shù)是(A )。A. (01A5)H C. (2590)DB. (1, 1011,0101)B D. (3764)0(2) 下列無(wú)符號(hào)數(shù)中最大的數(shù)是(B )。A.

5、(1001010DB B. (227)0 C. (96)H D. (143)D(3) 在機(jī)器數(shù)(A )中，零的表示形式是唯一的。A.補(bǔ)碼B.原碼C.補(bǔ)碼和反碼D.原碼和反碼(4) 單純從理論出發(fā)，計(jì)算機(jī)的所有功能都可以交給硬件實(shí)現(xiàn)。而事實(shí)上，硬件只實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單的功能，復(fù)雜的功能則交給軟件完成。這樣做的理由是(BCD) oA.提高解題速度B.降低成本C. 增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的適應(yīng)性，擴(kuò)大應(yīng)用面D.易丁制造(5) 編譯程序和解釋程序相比，編譯程序的優(yōu)點(diǎn)是(D),解釋程序的優(yōu)點(diǎn)是(C)。A.編譯過(guò)程(解釋并執(zhí)行過(guò)程)花費(fèi)時(shí)間短B.占用內(nèi)存少C.比較容易發(fā)現(xiàn)和排除源程序錯(cuò)誤D.編譯結(jié)果(目標(biāo)程序)執(zhí)行速度快2

6、. 5通常使用邏輯運(yùn)算代替數(shù)值運(yùn)算是非常方便的。例如，邏輯運(yùn)算AND將兩個(gè)位組 合的方法同乘法運(yùn)算一樣。哪一種邏輯運(yùn)算和兩個(gè)位的加法兒乎相同？這樣情況下會(huì)導(dǎo)致 什么錯(cuò)誤發(fā)生？邏輯運(yùn)算OR和兩個(gè)位的加法幾乎相同。問(wèn)題在丁多個(gè)bit的乘或加運(yùn)算無(wú)法用AND 或OR運(yùn)算替代，因?yàn)檫壿嬤\(yùn)算沒(méi)有相應(yīng)的進(jìn)位機(jī)制。2.6假設(shè)一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)的存儲(chǔ)容量是256MB,如果每個(gè)像素需要3個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間, 而11 一張照片包括每行1024個(gè)像素和每列1024個(gè)像素，那么這臺(tái)數(shù)碼相機(jī)可以存放多少 張照片？每張照片所需空間為：1024*1024*3二3MB 則256H可存照片數(shù)為：256MB/3MB83張。2. 14某測(cè)

7、試程序在一個(gè)40 MHz處理器上運(yùn)行，其目標(biāo)代碼有100 000條指令，由如 下各類指令及其時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)混合組成，試確定這個(gè)程序的有效CPI、MIPS的值和執(zhí)行時(shí) 間。指令類型整數(shù)算術(shù)數(shù)據(jù)傳送浮點(diǎn)數(shù)控制傳送CPI=(45000/100000)*1+(32000/100000)*2+(15000/100000)*2+(8000/100000)*2=0.45*1+ 0.32*2+0.15*2+0. 08*2=1. 55 MIPS二40/1. 55=25. 8指令計(jì)數(shù)45 000 32 000 15 000 8000時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)1 2 2 2執(zhí)行時(shí)間T=(100000*1.55)*(1/(40*10

8、6) )=15. 5/4*10 (-3) = 3. 875*10 (-3) s= 3.875ms2.15假設(shè)一條指令的執(zhí)行過(guò)程分為“取指令”、“分析”和“執(zhí)行”三段，每一段 的時(shí)間分別為?t, 2?t和3?to在下列各種情況下，分別寫(xiě)出連續(xù)執(zhí)行n條指令所需要的時(shí) 間表達(dá)式。AAA(1)順序執(zhí)行方式T= (?t+2?t+3?t)*n=6n?t(2) 僅“取指令”和“執(zhí)行”重疊當(dāng)“取指令”和“執(zhí)行”重疊時(shí)，指令的執(zhí)行過(guò)程如圖所示:第1條指令執(zhí)行完的時(shí)間：tl=?t+2?t+3?t=6?t第2條指令執(zhí)行完的時(shí)間：t2= tl+5?t=6?t+5?t*l 第 3 條指令執(zhí)行完的時(shí)間：t3= t2+5?

9、t=6?t+5?t*2 ?第 n 條指令執(zhí)行完的時(shí)間：tn= tn-l+?t=6?t+5?t* (nl) =(l+5n)?t(3) “取指令”、“分析”和“執(zhí)行”重疊當(dāng)“取指令”、“分析”和“執(zhí)行”重疊時(shí)，指令的執(zhí)行過(guò)程如圖所示：第1條指令執(zhí)行完的時(shí)間：tl=?t+2?t+3?t=6?t第2條指令執(zhí)行完的時(shí)間：t2= tl+3?t=6?t+3?t*l 第 3 條指令執(zhí)行完的時(shí)間：t3= t2+3?t二6?t+3?t*2 ?第 n 條指令執(zhí)行完的時(shí)間：tn= tn_l+3?t=6?t+3?t* (n_l) = (3+3n)?t“微處理器系統(tǒng)原理與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”第三章習(xí)題解答3.1處理器有哪些功

10、能？說(shuō)明實(shí)現(xiàn)這些功能各需要哪些部件，并畫(huà)出處理器的基本結(jié) 構(gòu)圖。處理器的基本功能包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的運(yùn)算和控制等功能。其有5個(gè)主要功能： 指令控制操作控制時(shí)間控制數(shù)據(jù)加工中斷處理。其中，數(shù)據(jù)加工由ALU、移位 器和寄存器等數(shù)據(jù)通路部件完成，其他功能由控制器實(shí)現(xiàn)。處理器的基本結(jié)構(gòu)圖如下：數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存數(shù)據(jù)來(lái)口內(nèi)存數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存指令來(lái)口內(nèi)存控制器寄存器組整數(shù)單元 數(shù)據(jù)通路處理器浮點(diǎn)單元3. 2處理器內(nèi)部有哪些基本操作？這些基本操作各包含哪些微操作？處理器內(nèi)部的基本操作有：取指、間接、執(zhí)行和中斷。其中必須包含取指和執(zhí)行。 取指包含微操作有：經(jīng)過(guò)多路器把程序計(jì)數(shù)器的值選送到存儲(chǔ)器，然后存儲(chǔ)器回送所期塑 的指令并將其寫(xiě)入指令寄存器，與此同時(shí)程序計(jì)數(shù)器值加1,并將新值回寫(xiě)入程序計(jì)數(shù)器。間接有4個(gè)CPU周期，包含微操作有：第1周期把指令寄存器中地址部分的形式地址 轉(zhuǎn)到地址寄存器中；第2周期完成從內(nèi)存取出操作數(shù)地址，并放入地址寄存器：第3周期 中累加器內(nèi)容傳送到緩沖寄存器，然后再存入所選定的存儲(chǔ)單元。執(zhí)行包含微操作有：在寄存器中選定一個(gè)地址寄存器，并通過(guò)多路器將值送到存儲(chǔ)器; 來(lái)口于存儲(chǔ)器的