计算机组成原理第八章课后部分答案

计算机组成原理第八章课后部分答案

8.1 CPU有哪些功能？画出其结构框图并简要说明每个部件的作用。 解：CPU的主要功能是执行存放在主存储器中的程序即机器指令.CPU是由控制器和运算器. ALU状态标志内部CPU数据总线寄存器移位取反算术和布尔逻辑CU控制信号中断系统 ALU：实现算逻运算 寄存器：存放操作数 CU：发出各种操作命令序列的控制部件 中断系统：处理异常情况和特殊请求

8.2 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：指取出并执行完一条指令所需的时间。

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。

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。

解：

取指周期有间址吗？否是间址周期否执行周期有中断吗？否是中断周期

指令周期流程图

取指周期：取指令 间址周期：取有效地址

执行周期：取操作数（当指令为访存指令时） 中断周期：保存程序断点

8.4 设CPU内有这些部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR、CU。

（1）画出完成简洁寻址的取数指令“LDA@X”（将主存某地址单元的内容取

至AC中）的数据流（从取指令开始）。

（2）画出中断周期的数据流。

解：CPU中的数据通路结构方式有直接连线、单总线、双总线、三总线等

形式，目前大多采用总线结构，直接连线方式仅适用于结构特别简单的机器中。

下面采用单总线形式连接各部件，框图如下：

BusPCMARSPMDRCUIR线址线线地据制数控

（1）LDA@X指令周期数据流程图：

PC→MARM(MAR)→MDR(MDR)→IRPC+1→PCAd(IR)→MARM(MAR)→MDRMDR→Ad(IR)Ad(IR)→MARM(MAR)→MDRMDR→AC （2）中断周期流程图如下：

AC

SP-1→SPSP→MARPC→MDRMDR→M(MAR)向量地址→PC0→EINT

8.7 什么叫系统的并行性？粗粒度并行和细粒度并行有什么区别？

解：并行性：包含同时性和并发性。同时性指两个或两个以上的事件在同

一时刻发生，并发性指两个或多个事件在同一时间段发生。即在同一时刻或同一时间段内完成两个或两个以上性质相同或性质不同的功能，只要在时间上存在相互重叠，就存在并行性。

粗粒度并行是指多个处理机上分别运行多个进程，由多台处理机合作完

成一个程序，一般算法实现。

细粒度并行是指在处理机的指令级和操作级的并行性。

8.8 什么是指令流水？画出指令二级流水和四级流水的示意图，它们中哪一个

更

能提高处理器速度，为什么？

解：指令流水：指将一条指令的执行过程分为n个操作时间大致

相等的阶段，每个阶段由一个独立的功能部件来完成，这样n个部件可以同时执行n条指令的不同阶段，从而大大提高CPU的吞吐率。

指令二级流水和四级流水示意图如下：