第八章CPU的结构和功能
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第八章 CPU的结构和功能
知识概念：
CPU的功能 ALU
CU
（2）CPU的结构：
包括
内部主要部件
ALU
完成算术运算和逻辑运算，存放操作数的寄存器和实现逻辑运算
寄存器
存放操作数
CU
执行指令，发出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
（3）指令周期
概念
描述
指令周期
CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间称为指令周期
取指周期
取值阶段完成取指令和分析指令的操作
间址周期
取有效地址的操作
执行周期
执行阶段完成执行指令的操作
中断周期
保存程序地址的操作
指令流水
原理
描述
指令流水
类似于工厂的装配线，装配线利用了产品在不同的装配阶段，其装配过程不同这一特点，即每个装配段同时对不同产品进行加工，提高装配效率
采用六级流水，指令执行划分为六个阶段
取址阶段（FI）
从存储器取出一?条指令并暂时存人指令部件的缓冲区。
指令译码（DI）
确定操作性质和操作数地址的形成方式。
计算操作数地址（CO）
计算操作数的有效地址,涉及寄存器间接寻址间接寻址、变址手址、基址寻址相对寻址等各种地址计算方式。
取操作数(FO)
从存储器中取操作数(若操作数在寄存器中，则无须此阶段)。
执行指令(EI)
执行指令所需的操作，?并将结果存于目的位置(寄存器中)。
写操作数(WO)
将结果存人存储器。
影响流水线性能的因素
影响因素
原理描述
结构相关
结构相关是当指令在重叠执行过程中,不同指令争用同一功能部件产生资源冲突时产生的，故又有资源相关之称。
数据相关
数据相关是流水线中的各条指令因重叠操作，可能改变对操作数的读写动问顺序，从而导致了数据相关冲突。
控制相关
控制相关主要是由转移指令引起的。统计表明,转移指令约占总指令的1/4。比起数据相关来,它会使流水线丧失更多的性能。当转移发生时，将使流水线的连续流动受到破坏。当执行若移指令时，根据是否发生转移,它可能将程序计数器PC内容改变成转移目标地址，也可能只是使PC加上一个增量,指向下一条指令的地址。
能力提升：
各种指令的指令周期是否相同？
不相同。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。
画图阐述完整的指令周期流程图？
/
分析指令串行执行和采用二级流水，理想时间是多少？两者有何关系？
指令流水:指将─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。
指令能够采用二级流水的前提条件是什么？
当条件转移指令从取指阶段进入执行阶段时指令部件仍按顺序预取下一条指令。
什么情况下二级流水有可能不能获得理想的执行效果？
如果取指和执行阶段在时间上完全重叠相当于将指令周期减半。
分析表8.2 、8.3 ，说明结构相关是如何产生？有何办法加以解决？
当指令在重叠执行过程中，不同指 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 , ，根据下面的格式,写出各中断源的屏蔽字。
中断源
屏蔽字
0
1
2
3
4
L0
1
0
0
1
1
L1
1
1
1
1
1
L2
1
0
1
1
0
L3
0
0
0
1
0
L4
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。
8.26：设某机配有A、B、CXX设备，其优先顺序按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:
解:A、B、C设备的响应优先级为A最高、B次之、C最低，处理优先级为A最高、C次之、B最低。
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