計(jì)算機(jī)組成原理第八章課后部分答案教學(xué)內(nèi)容

學(xué)習(xí)資料8.1CPU有哪些功能？畫(huà)出其結(jié)構(gòu)框圖并簡(jiǎn)要說(shuō)明每個(gè)部件的作用。解的主要功能是執(zhí)行存放在主存儲(chǔ)器中的程序即機(jī)器指令CPU是由控制器和運(yùn)算器.ALU狀態(tài)標(biāo)志

內(nèi)部C

寄存器移位取反算術(shù)和

PU數(shù)據(jù)總線布爾邏輯

CU控制信號(hào)中斷系統(tǒng)ALU：實(shí)現(xiàn)算邏運(yùn)算寄存器：存放操作數(shù)CU：發(fā)出各種操作命令序列的控制部件中斷系統(tǒng)：處理異常情況和特殊請(qǐng)求8.2什么是指令周期？指令周期是否有一個(gè)固定值？為什么？解：指令周期：指取出并執(zhí)行完一條指令所需的時(shí)間。由于計(jì)算機(jī)中各種指令執(zhí)行所需的時(shí)間差異很大此為了提高運(yùn)行效率即使在同步控制的機(jī)器中不同指令的指令周期長(zhǎng)度都是不一致的，也就是說(shuō)指令周期對(duì)于不同的指令來(lái)說(shuō)不是一個(gè)固定值。8.3畫(huà)出指令周期的流程圖，分別說(shuō)明圖中每個(gè)子周期的作用。解：僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料取周有址？

是否

間周否執(zhí)周有斷？

是否

中周指令周期流程圖取指周期：取指令間址周期：取有效地址執(zhí)行周期：取操作數(shù)（當(dāng)指令為訪存指令時(shí)）中斷周期：保存程序斷點(diǎn)8.4設(shè)CPU內(nèi)有這些部件：PC、IR、SP、AC、MDR、CU。畫(huà)出完成簡(jiǎn)潔尋址的取數(shù)指令LDA@X主存某地址單元的內(nèi)容取至AC中）的數(shù)據(jù)流（從取指令開(kāi)始畫(huà)出中斷周期的數(shù)據(jù)流。解：CPU中的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)方式有直接連線、單總線、雙總線、三總線等形式，目前大多采用總線結(jié)構(gòu)，直接連線方式僅適用于結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單的機(jī)器中。下面采用單總線形式連接各部件，框圖如下：僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料PCMAR

BusSPMDR

CUIRAC線址地（1）LDA@X指令周期數(shù)據(jù)流程圖：

線據(jù)數(shù)→MAR

線制控M(MAR)→MDR→IR→PCAd(IR)→MARM(MAR)→MDRAd(IR)→MARM(MAR)→MDR（2）中斷周期流程圖如下：僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料SP-1→SPSP→MARPC→MDRMDR→M(MAR)向量地址PC08.7什么叫系統(tǒng)的并行性？粗粒度并行和細(xì)粒度并行有什么區(qū)別？解并行性包含同時(shí)性和并發(fā)性同時(shí)性指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)刻發(fā)生，并發(fā)性指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間段發(fā)生。即在同一時(shí)刻或同一時(shí)間段內(nèi)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上性質(zhì)相同或性質(zhì)不同的功能，只要在時(shí)間上存在相互重疊，就存在并行性。粗粒度并行是指多個(gè)處理機(jī)上分別運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，由多臺(tái)處理機(jī)合作完成一個(gè)程序，一般算法實(shí)現(xiàn)。細(xì)粒度并行是指在處理機(jī)的指令級(jí)和操作級(jí)的并行性。8.8什么是指令流水？畫(huà)出指令二級(jí)流水和四級(jí)流水的示意圖們中哪一個(gè)更能提高處理器速度，為什么？解：指令流水：指將一條指令的執(zhí)行過(guò)程分為個(gè)操作時(shí)間大致相等的階段每個(gè)階段由一獨(dú)立的功能部件來(lái)完成這樣n個(gè)部件可以同時(shí)執(zhí)行n條指令的不同階段而大大提高CPU的吞吐率。指令二級(jí)流水和四級(jí)流水示意圖如下：僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料IF,IDIF,IDIF,ID二級(jí)指令流水示意圖

四級(jí)指令流水示意圖四級(jí)流水更能提高處理機(jī)的速度假設(shè)IF、ID、WR每個(gè)階段耗時(shí)為t，則連續(xù)執(zhí)行n條指令采用二級(jí)流水線時(shí)，耗時(shí)為：=(2n+2)t采用四級(jí)流水線時(shí)，耗時(shí)為：=(n+3)t在n>1時(shí)n+3<2n+2可見(jiàn)四級(jí)流水線耗時(shí)比二級(jí)流水線耗時(shí)短因此更能提高處理機(jī)速度。8.10舉例說(shuō)明流水線中的幾種數(shù)據(jù)相關(guān)。解：(1)寫(xiě)后讀相關(guān)讀后寫(xiě)相關(guān)寫(xiě)后寫(xiě)相關(guān)8.15什么是中斷？設(shè)計(jì)中斷系統(tǒng)需考慮哪些主要問(wèn)題？解：中斷：指當(dāng)出現(xiàn)需要時(shí)，暫時(shí)停止當(dāng)前程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而執(zhí)行處理新情況的程序和執(zhí)行過(guò)程。即在程序運(yùn)行過(guò)程中，統(tǒng)出現(xiàn)了一個(gè)必須由CPU立即處理的情況，此時(shí)，CPU暫時(shí)中止程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而處理這個(gè)新的情況的過(guò)程就叫做中斷。設(shè)計(jì)中斷系統(tǒng)需解決的問(wèn)題：各中斷源如何向CPU提出中斷請(qǐng)求當(dāng)對(duì)個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷系統(tǒng)如何確定優(yōu)先響應(yīng)哪個(gè)中斷源的請(qǐng)求CPU在什么條件、什么時(shí)候、以什么方式來(lái)響應(yīng)中斷僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料CPU響應(yīng)中斷后如何保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)CPU響應(yīng)中斷后，如何停止原程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的入口地址中斷處理結(jié)束后，CPU如何恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，如何返回到原程序的間斷處。在中斷處理過(guò)程中又出現(xiàn)了新的中斷請(qǐng)求，CPU該如何處理。8.17在中斷系統(tǒng)中，INTR、INT、EINT這3觸發(fā)器各有何作用？解：INTR——中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，用來(lái)登記中斷源發(fā)出的隨機(jī)性中斷請(qǐng)求信號(hào)便為CPU查詢(xún)中斷及中斷排隊(duì)判優(yōu)線路提供穩(wěn)定的中斷請(qǐng)求信號(hào)。EINT——中斷允許觸發(fā)器，中的中斷總開(kāi)關(guān)。當(dāng)EINT=1時(shí)，表示允許中斷（開(kāi)中斷EINT=0時(shí)，表示禁止中斷（關(guān)中斷狀態(tài)可由開(kāi)、關(guān)中斷等指令設(shè)置。INT——中斷標(biāo)記觸發(fā)器，控制器時(shí)序系統(tǒng)中周期狀態(tài)分配電路的一部分，表示中斷周期標(biāo)記。INT=1時(shí)，進(jìn)入中斷周期，執(zhí)行中斷隱指令的操作。8.18什么是中斷隱指令，有哪些功能？解：中斷隱指令：響應(yīng)中斷之后，經(jīng)過(guò)某些操作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這些操作是由硬件直接實(shí)現(xiàn)的功能：保存斷點(diǎn)

暫不允許中斷引出中斷服務(wù)程序8.21CPU在處理中斷過(guò)程中，有幾種方法找到中斷服務(wù)程序的入口地址？舉例說(shuō)明。解：(1)硬件向量法(2)軟件查詢(xún)法僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料8.24現(xiàn)有A、B、C、D4個(gè)中斷源，其優(yōu)先級(jí)由高到低按→B→C順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為20μs根據(jù)下圖所示時(shí)間軸給出的中斷源請(qǐng)求中斷的時(shí)刻，畫(huà)出執(zhí)行程序的軌跡。解：A、B、C的響優(yōu)先級(jí)即處理優(yōu)先級(jí)。CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：程序D務(wù)

D服務(wù)A務(wù)

A務(wù)服務(wù)

服務(wù)

服務(wù)

服C務(wù)

C務(wù)030506080100120與請(qǐng)求

D請(qǐng)求

請(qǐng)A求8.25設(shè)某機(jī)有5個(gè)中斷源L0、L1、L2、L3，按中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序由高到低排序?yàn)長(zhǎng)0→L2→L4要求中斷處理次序改為→L4→L2→L0→L3，根據(jù)下面的格式，寫(xiě)出各中斷源的屏蔽字。解：各中斷源屏蔽狀態(tài)見(jiàn)下表：中斷源

屏蔽字I0I1I2I3I4

011101

101000

201101

311111

401001表中：設(shè)屏蔽位=1，表示屏蔽；屏蔽位=0，表示中斷開(kāi)放。8.26設(shè)某機(jī)配有A、C3臺(tái)設(shè)備，其優(yōu)先級(jí)A→B→C降序排列，為改變中斷處理次序，它們的中斷屏蔽字設(shè)置如下：設(shè)備

屏蔽字僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料

111按下圖所示時(shí)間軸給出的設(shè)備請(qǐng)求中斷時(shí)刻，畫(huà)CP