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《计算机组成原理》部分答案(ch8~ch9)

 

8.1. 解：CPU功能：控制程序顺序执行（指令控制）；产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）；对各种操作加以时间上的控制（时间控制）；对数据进行算术和逻辑运算（数据加工）；处理计算机在运行过程中出现的异常情况和特殊请求（中断处理）。

CPU结构框图见书P338图8.1。

寄存器包括专用寄存器（如PC，SP，MAR，MDR 等）和通用寄存器（存放操作数）；CU产生各种位操作命令序列；ALU完成算逻运算；中断系统用于处理各种中断。

 

8.2. 解：指令周期——CPU取出并执行一条指令所需的全部时间。

其中，取指令的时间为取指周期，执行指令的时间为执行周期。由于各种指令操作的复杂程度不相同，所以它们的指令周期不同。因此指令周期没有固定值。

 

8.3. 解：指令周期流程参见书P343图8.8。

 

8.4 解：指令周期的数据流见书P344~345图8.10~8.12。

 

8.6 解：一个完整的指令周期包括4个CPU工作周期：取指周期，间址周期，执行周期，中断周期。每个周期访存的目的各不相同，如取指周期是为了取指令，执行周期是为了取操作数，中断周期。为了区别这4个周期，CPU内设置了4个标志触发器，以分别对应4个CPU工作周期。当触发器FE置“1”，表示现阶段是取指周期，此时访存获得的是指令代码。当触发器EX置“1”，表示现阶段是执行周期，此时访存获得的是数据，至于获取的是运算数据、BCD码、还是字符代码，这与指令的操作码相关。凡是根据堆栈指针SP的值进行访存而获得的数据就为堆栈数据。

 

8.8 解：指令流水——使得机器在执行上一条指令的同时，取出下一条指令的并行工作方式。

若指令周期划分越细，则可使更多的指令在同一段时间内并行执行。所以，4级流水比2级流水的处理速度高。

 

8.9. 解：指令流水受阻一般有3种情况，即：结构相关，数据相关，控制相关。

       （详见书P348 “8.3.2 影响流水线性能的因素”）

 

8.25. 解： (参见P366“屏蔽字技术”)。

中断源	屏蔽字     0              1          2          3           4
L0	1              0          0          1            0
L1	1              1          1          1            1
L2	1              0          1          1            0
L3	0              0          0          1            0
L4	1              0          1          1            1

 

8.26 解：根据新屏蔽字，可知中断处理次序为：AàCàB。

 

us

A服务

B服务

C服务

A请求

10

20

30

40

50

60

70

80

B请求

C请求

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.1 解：取指周期的6个微操作：见书P375

 

9.2 解：控制单元的功能：发出各种微操作命令序列的功能。输入见其外特性（P379图9.2）。

 

9.3 解：指令周期——CPU取出并执行一条指令所需的全部时间。

机器周期——可看作所有指令执行过程中的一个基准时间。不同的操作，其指令周期各不相同，但无论什么指令，都需要取指令，而访问一次存储器的时间是固定的，因此通常以存储器的存取周期作为机器周期。

时钟周期——时钟信号的周期，时钟信号的频率即为CPU的主频。因此时钟周期是控制计算机操作的最小时间单位。

3者间的关系：一个指令周期包含若干个机器周期，一个机器周期包含若干个时钟周期（节拍）；每个指令周期内的机器周期数可以不等，每个机器周期内的时钟周期（节拍）数也可以不等。