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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,S,P,=T,/T=540ns/160ns=3.375,实际吞吐率为,T,P,=n/T=12/160ns=7.5*10,7,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,A,B,C,D,顺序排列。若中断服务程序的执行时间为,20,s,，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：,A,服务,B,服务,C,服务,D,服务,现行程序,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90,100 110 120 130 140 150,t(,s),B,与,C,请求,D,请求,B,请求,A,请求,这是一个多重中断的程序运行轨迹，图中忽略了中断响应时间。,25.,设某机有,五个,中断源,L,0,、,L,1,、,L,2,、,L,3,、,L,4,，按中断响应的优先次序,由高向低排序,为,L,0,L,1,L,2,L,3,L,4,，现要求中断处理次序改为,L,1,L,4,L,2,L,0,L,3,，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：,中 断 源,屏 蔽 字,0 1 2 3 4,L,0,L,1,L,2,L,3,L,4,1 0 0 1 0,1 1 1 1 1,1 0 1 1 0,0 0 0 1 0,1 0 1 1 1,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,）,五级中断请求同时到来。,L,0,中断服务（,10010,）,保存现场,开中断,L,1,中断服务（,11111,）,执行一条指令,中断返回,L,2,中断服务（,10110,）,中断返回,L,4,中断服务,（,10111,）,中断返回,关中断,恢复现场,执行一,条指令,L,3,中断服务,（,00010,）,中断返回,中断返回,中断处理过程示意图,（画法二：时空图表示）,L,4,服务,L,3,服务,L,2,服务,L,1,服务,L,0,服务,现行程序,L,0,、,L,1,、,L,2,、,L,3,、,L,4,同时,请求,t,程序,26.,设某机配有,A,、,B,、,C,三台设备，其优先级按,A,B,C,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。,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t(,s),A,请求,B,请求,C,请求,这是一个多重中断的程序运行轨迹，图中忽略了中断响应时间。,A,服务,B,服务,C,服务,现行程序,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：,A,服务,B,服务,C,服务,现行程序,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t(,s),A,请求,B,请求,C,请求,注意,现行程序的运行轨迹在,横坐标,上，即此程序运行轨迹是相对于现行程序而言的。,27.,设某机有,3,个中断源，其优先级按,1,23,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,1,服务,2,服务,3,服务,现行程序,0,2,3,4,5,6,t,程序,
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