计算机组成原理第08章.pptVIP

第八章 CPU 的结构和功能 8.1 CPU 的结构 8.2 指 令 周 期 8.3 指 令 流 水 8.4 中断系统 典型例题： 8.3 画出指令周期的流程图，分别说明图中每个子周期的作用。 8.5 中断周期前是什么阶段？中断周期后又是什么阶段？在中断周期CPU应完成什么操作？ 8.7 什么叫系统的并行性？粗粒度并行和细粒度并行有何区别？ 8.9 当遇到什么情况时流水线将受阻？举例说明。 典型例题： 8.11 今有四级流水线，分别完成取指（IF）、译码并取数（ID）、执行（EX）、写结果（WR）四个步骤。假设完成各步操作时间依次为90ns、90ns、60ns、45ns。 （1）流水线的时钟周期应取何值？ （2）若相邻的指令发生数据相关，那么第2条指令安排推迟多少时间才能不发生错误？ （3）若相邻两指令发生数据相关，为了不推迟第2条指令的执行，可采取什么措施？ 典型例题： 8.13 为什么说超长指令字比超标量更能提高并行处理能力？ 8.15 什么是中断？设计中断系统需考虑哪些主要问题？ 8.17 在中断系统中 INTR、INT、EINT 三个触发器各有何作用？ 8.18 什么是中断隐指令，有哪些功能？ 8.19 中断系统中采用屏蔽技术有何作用？ 8.20 为实现多重中断，需有哪些硬件支持？ 典型例题： 8.21 CPU在处理中断过程中，有几种方法找到中断服务程序的人口地址？举例说明。 8.22 中断处理过程中，为什么要进行中断判优？有几种实现方法？若想改变原定的优先顺序，可采取什么措施？ 8.23 在中断处理过程中，“保护现场”需要完成哪些任务？如何实现？ 典型例题： 8.24 现有A、B、C、D 四个中断源，其优先级由高向低按A、B、C、D 顺序排列。若中断服务程序的执行时间为20μs，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。 8.25 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 L0、L1、L2、L3、L4，现要求中断处理程序改为L1、L4、L2、L0、L3，根据下面的格式，写出各中断源的屏蔽字。 典型例题： 8.26 设某机配有A、B、C三台设备，其优先顺序是A?B?C，为改变中断处理次序，它们的中断屏蔽字设置如下： 达标练习： 1.在下述指令中，___指令包含的CPU周期数最多。 A.CLA B.ADD 30 C.STA 1 31 D.JMP 21 答案：C 2.什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者之间的关系如何？ 答案：指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本单位。一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。 达标练习： 3. CPU结构如图所示，其中一个累加寄存器AC，一个状态条件寄存器和其它四个寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。 (1) 标明图中四个寄存器的名称。 (2) 简述指令从主存取到控制器的数据通路。 (3) 数据在运算器和主存间进行存/取访问的数据通路。 达标练习： 4.用时空图法证明流水CPU比非流水CPU具有更高的吞吐率。 解：时空图法：假设指令周期包含四个子过程：取指令（IF）、指令译码（ID）、 执行运算（EX）、结果写回（WB），每个子过程称为过程段（Si），这样，一个流水线由一系列串连的过程段组成。在统一时钟信号控制下，数据从一个过程段流向相邻的过程段。 达标练习： 5. 指令周期是指______。 A．CPU从主存取出一条指令的时间 B．CPU执行一条指令的时间 C．CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间 D．时钟周期时间 答案：C 作业：8.8、8.11、8.12、 8.24、8.26  2. 中断系统需解决的问题 (1) 各中断源 如何 向 CPU 提出请求 ？ (2) 各中断源 同时 提出 请求 怎么办 ？ (5) 如何 寻找入口地址 ？ (4) 如何 保护现场 ？ (3) CPU 什么 条件、什么 时间、以什么 方式 响应中断 ？ (6) 如何 恢复现场，如何 返回 ？ (7) 处理中断的过程中又 出现新的中断 怎么办 ？ 硬件 ＋ 软件 8.4 二、中断请求标记和中断判优逻辑 1. 中断请求标记 INTR 一个请求源 一个 INTR 中断请求标记触发器 多个INT