计算机组成原理第8章作业答案

CPU的结构和功能第八章作业题：2，7，8，11，12，17，18，23，24，25，26，272.什么是指令周期？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。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0102030405060708090100110120130140150t(µs)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，现要求中断处理次序改为L1L4L2L0L3，根据下面的格式，写出各中断源的屏蔽字。解：各中断源屏蔽状态见下表：中断源屏蔽字01234L0L1L2L3L41001011111101100001010111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。L0中断服务（10010）保存现场开中断L1中断服务（11111）执行一条指令中断返回L2中断服务（10110）中断返回L4中断服务（10111）中断返回关中断恢复现场执行一条指令L3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）L4服务L3服务L2服务L1服务L0服务现行程序L0、L1、L2、L3、L4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A111B010C011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20s。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。0102030405060708090t(µs)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0102030405060708090t(µs)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→2→3降序排列。假设中断处理时间均为τ，在下图所示的时间内共发生5次中断请求，图中①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0τ2τ3τ4τ5τ6τt①②③②①程序