计算机组成原理第8章作业答案.ppt
CPU的结构和功能,第 八 章,作业题：2，7，8，11，12，17，18，23，24，25，26，27,2.什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？解：指令周期是指一条指令从开始取指令直到指令执行完这段时间。由于计算机中各种指令执行所需的时间差异很大，因此为了提高CPU运行效率，即使在同步控制的机器中，不同指令的指令周期长度都是不一致的，也就是说指令周期对于不同的指令来说不是一个固定值。讨论：指令周期长度不一致的根本原因在于设计者，为了提高CPU运行效率而这样安排的，与指令功能不同及指令实际执行时间不同没有什么必然关系。,7.答案见课本第346页系统的并行性。粗粒度并行和细粒度并行的区别。8.答案见课本第346-347页指令流水，二级流水示意图见课本图8.14。,11.解：(1)流水线的时钟周期应取完成各步操作的时间中最大的即90ns(2)若相邻的指令发生数据相关，则第2条指令的ID应在第1条指令的WR之后，即应该推迟两个时钟周期:90ns*2=180ns(3)可采取定向技术，又称为旁路技术。(P351),12.解：由题意可知，时钟周期应取10ns，即t=10ns,指令条数n=12，指令流水段数m=5，于是得，采用流水线需时间 T=m*t+(n-1)t=(m+n-1)t=(5+12-1)*10ns=160ns 等效的非流水线需时间 T=12*(10+8+10+10+7)ns=540ns故加速比为 SP=T/T=540ns/160ns=3.375实际吞吐率为 TP=n/T=12/160ns=7.5*107 条指令/秒,17.在中断系统中，INTR、INT、EINT这三个触发器各有何作用？解：INTR中断请求触发器，用来登记中断源发出的随机性中断请求信号，以便为CPU查询中断及中断排队判优线路提供稳定的中断请求信号；EINT中断允许触发器，CPU中的中断总开关。当EINT=1时，表示允许中断（开中断），当EINT=0时，表示禁止中断（关中断）。其状态可由开、关中断等指令设置；INT中断标记触发器，控制器时序系统中周期状态分配电路的一部分，表示中断周期标记。当INT=1时，进入中断周期，执行中断隐指令的操作。,讨论：回答时首先应给出该触发器的中文名称，然后说明其主要作用。当进入中断周期时，INT=1；（INT=1时，进入中断周期）INT与EINT配合使用以实现关中断功能，即INT=1，反相后使EINT=0；（关中断并不是INT的主要功能，进入中断周期后要执行中断隐指令的全部三个功能）INT表示自愿中断，完成系统调用；（尽管INT触发器的英文缩写与INT指令助记符完全相同，但它们一个是硬件设置，一个是软中断指令，其作用完全不同）,INT标记目前是否正在运行中断程序；（INT标记在运行中断程序时已不存在）INT表示处于中断状态中；（INT并不是在整个中断过程中都存在）INT判断中断过程中是否接受其它中断请求，INT=0时，开中断，允许中断嵌套；（INT标记与中断嵌套技术没有任何关系。它不能表示出中断过程中是否接受其它中断请求，INT=0也不表示开中断）EINT判断CPU是否响应中断请求；（CPU根据EINT状态决定是否响应中断请求）,当CPU响应中断时，EINT置1；（当EINT=1时，允许CPU响应中断）EINT确保CPU响应中断后，不受新的中断干扰；（CPU响应中断在先，进入中断周期后才使EINT=0，仅在单重中断时，整个中断过程保持EINT=0，不接受新的中断请求）EINT表示中断隐指令，INT起关中断作用；（把EINT和INT的作用搞反了）INTR=1，判断哪个中断源有请求；（INTR对中断源的请求进行登记，当INTR=1时，表示有请求）,18.答案见于课本第363页中断隐指令及其功能23.答案见于课本第364页保护现场的任务及其实现,24.现有A、B、C、D四个中断源，其优先级由高向低按ABCD顺序排列。若中断服务程序的执行时间为20s，请根据下图所示时间轴给出的中断源请求中断的时刻，画出CPU执行程序的轨迹。解：CPU执行程序的轨迹图如下：,25.设某机有五个中断源L0、L1、L2、L3、L4，按中断响应的优先次序由高向低排序为L0L1 L2 L3 L4，现要求中断处理次序改为L1L4 L2 L0 L3，根据下面的格式，写出各中断源的屏蔽字。解：各中断源屏蔽状态见下表：,表中：设屏蔽位=1表示屏蔽，屏蔽位=0表示中断开放。为了使所有中断都能得到及时响应，现行程序的中断屏蔽字一般设为全开放（全0）状态。讨论：按照修改过的优先次序，当五个中断请求信号同时到来时，CPU中断处理过程如下图：图中括号内为各程序的屏蔽码。注意：中断屏蔽码的判优作用体现在对低级中断请求的屏蔽上，对于多个同时到来的高级中断请求信号之间则只有开放作用，没有判优作用。此时还需依赖硬件排队线路完成进一步的判优。,现行程序（00000）,中断处理过程示意图（画法二：时空图表示）,26.设某机配有A、B、C三台设备，其优先级按ABC降序排列，为改变中断处理次序，它们的中断屏蔽字设置如下：设备 屏蔽字 A 1 1 1 B 0 1 0 C 0 1 1 请按下图所示时间轴给出的设备请求中断的时刻，画出CPU执行程序的轨迹。设A、B、C中断服务程序的执行时间均为20s。,解：CPU执行程序的轨迹图如下：,主要注意问题：1）轨迹的连续性；2）程序的转出、返回轨迹及时刻；3）现行程序在坐标系中的位置。,讨论：当从B中断转到C中断时，不返回现行程序，下述程序运行轨迹是错误的：,27.设某机有3个中断源，其优先级按123降序排列。假设中断处理时间均为，在下图所示的时间内共发生5次中断请求，图中表示1级中断源发出中断请求信号，其余类推，画出CPU执行程序的轨迹。解：CPU执行程序的轨迹图见下页：,CPU执行程序的轨迹图,
