計(jì)算機(jī)組成原理課后部分答案41400

1、8.1 CPU有哪些功能？畫出其結(jié)構(gòu)框圖并簡(jiǎn)要說(shuō)明每個(gè)部件的作用。 解：CPU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：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，因此為了提高CPU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 畫出指令周期的流程圖，分別說(shuō)明圖中

2、每個(gè)子周期的作用。解：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、MAR、MDR、CU。 （1）畫出完成簡(jiǎn)潔尋址的取數(shù)指令“LDAX”（將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）。 （2）畫出中斷周期的數(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：（1）LDAX指令周期數(shù)據(jù)流程圖：（2）中斷周期流程圖如下：8.7 什么

3、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？畫出指令二級(jí)流水和四級(jí)流水的示意圖，它們中哪一個(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n個(gè)操作時(shí)間大致相等的階段，每個(gè)階段由一

4、個(gè)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，從而大大提高CPU的吞吐率。 指令二級(jí)流水和四級(jí)流水示意圖如下：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、EX、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：4t+(n-1)2t = (2n+2)t 采用四級(jí)流水線時(shí)，耗時(shí)為：4t+(n-1)t = (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)寫后讀相關(guān)(2)讀后寫相關(guān)(3)寫后寫相關(guān)8.

5、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)，CPU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，系統(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： (1)各中斷源如何向CPU提出中斷請(qǐng)求 (2)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 (3)CPU在什么條件、什么時(shí)候、以什么方式來(lái)響應(yīng)中斷 (4)CPU響應(yīng)中斷后如何保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) (5)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(6)中斷處理

6、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。(7)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個(gè)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)，以便為CPU查詢中斷及中斷排隊(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，CPU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），當(dāng)EINT=0時(shí)，表示禁止中斷（關(guān)中斷）。其狀態(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。當(dāng)INT=1時(shí)，進(jìn)入中斷周期，執(zhí)行

7、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：CPU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：(1)保存斷點(diǎn) (2) 暫不允許中斷 (3) 引出中斷服務(wù)程序8.21 CPU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)軟件查詢法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ABCD順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為20s，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，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。 解：A、B、C、D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：8.25 設(shè)某機(jī)有5個(gè)中斷源L0、L1、L2、L3、L4，按中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序由高到低排序?yàn)長(zhǎng)0L1L2L4，現(xiàn)要求中斷處理次序改為L(zhǎng)1L4L2L0L3，根據(jù)下面的格式，寫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01234I010010I111111I210110I300010I410111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、B、C3臺(tái)設(shè)備，其優(yōu)先級(jí)按ABC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ABC11