第五章 中央处理器CPU
中央处理器CPU 第 五 章
1.什么是指令周期?指令周期是否有 个固定值?为什么? 解: 五 指令周期是指一条指令从开始取 中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 央的时间差异很大,因此为了提高CPU 处 理运行效率,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 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
1. 什么是指令周期？指令周期是否有 ？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 指令周期是指一条指令从开始取 指令直到指令执行完 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 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 的时间差异很大，因此为了提高CPU 运行效率，即使在 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 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，也就是说指令周期对于不同 的指令来说不是一个固定值 不是一个固定值
2.设CPU内有下列部件:PC、IR、SP AC、MAR、MDR和CU,要求: 第 (1)画出完成间接寻址的取数指令 五|LDA@X(将主存某地址单元X的内容取至 章AC中)的数据流(从取指令开始) (2)画出中断周期的数据流。 央通路结构直接相关不问的数据通路中的数 处据流是不一样的,常用的数据通路结构方式 理有直接连线、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
2. 设CPU内有下列部件： 内有下列部件：PC 、IR 、SP 、 AC 、MAR 、MDR 和CU ，要求： （ 1）画出完成间接寻址的取数指令 ）画出完成间接寻址的取数指令 LDA@X （将主存某地址单元 将主存某地址单元X的内容取至 AC中）的数据流（从取指令开始）。 中）的数据流（从取指令开始）。 （ 2）画出中断周期的数据流。 解：CPU中的数据流向与所采用的数据 中的数据流向与所采用的数据 通路结构直接相关， 通路结构直接相关，不同的数据通路中的数 不同的数据通路中的数 据流是不一样的。 据流是不一样的。常用的数据通路结构方式 常用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 有直接连线、单总线、双总线、三总线等形 式，目前大多采用 式，目前大多采用总线结构，直接连线方式 ，直接连线方式 仅适用于结构特别简单的机器中。 仅适用于结构特别简单的机器中
为简单起见,本题采用单总线将题意所给部件连 接起来,框图如下: 单总线(BUS) R/-W 中断系统 A CU AH M KD Z RIC PlC R R 微命令序列 (1)假设为一重间址,在上述数据通路中, 成间接寻址的取数指令LDA@X的数据流如下页:
R/-W 为简单起见，本题采用 为简单起见，本题采用单总线将题意所给部件连 将题意所给部件连 接起来，框图如下： 接起来，框图如下： 中 断 系 统 P C M A R M D R S P A C CU Z IR M ALU 单总线（BUS） 微命令序列 （1）假设为一重间址，在上述数据通路中，完 成间接寻址的取数指令LDA@X的数据流如下页：
LDA@X指令周期流程图: 说明 PC→BUS→MAR送指令地址 存储器读(CU(R)→M)]CU向存储器发读令 (读出指令) PC+1→>PC 指向下一指令地址 MDR→BUS→IR 取出指令 OP=? 指令译码 LDA
LDA@X指令周期流程图： 指令周期流程图： 说 明 ↓ 送指令地址 CU向存储器发读令 向存储器发读令 （读出指令 ） 指向下一指令地址 指向下一指令地址 取出指令 OP= 指令译码 OP= ？ PC →BUS →MAR 存储器读（CU(R) → M ） PC+1 →PC MDR →BUS →IR ↓ ↓ ↓ ↓ ↓LDA
LDA↓ 说明 IR(X)→MAR 形式地址X送MAR 间接标志判断 =1 本题为a=1 ↓Y(间址) 存储器读(CUR→M)]接CU发读令(读EA) LMDR→BUS→MAR址有效地址送MAR 存储器读(cU(R)→M)CU发读令(读数据) 匚MDR→BUS→AC 数据放入AC 指令末的公操作
LDA ↓ IR （ X ） →MAR 存储器读（CU(R) → M ） MDR →BUS →AC MDR →BUS →MAR 存储器读（CU(R) → M ） @=1? ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Y （间址） ↓ N 说 明 形式地址 X 送MAR 间接标志判断， 间接标志判断， 本题为@=1 CU发读令 ( 读EA ) 有效地址送MAR CU发读令 (读数据 ) 数据放入AC 指令末的公操作 指令末的公操作 直 接 寻 址
(2)中断周期流程图如下 说明 关中断(0→>EINT) SP→>BUS→MAR 堆栈栈顶地址送MAR SP+SP修改堆栈指针 PC->BUS→AMDR]断点送内存 存储器写(CU(w→M)1进栈
（2）中断周期流程图如下： ）中断周期流程图如下： 说 明 ↓ 关中断（0→EINT） SP→BUS→MAR SP+1→SP PC→BUS→MDR 存储器写（CU(-W)→M） ↓ ↓ ↓ ↓ ↓A 堆栈栈顶地址送 堆栈栈顶地址送MAR 修改堆栈指针 断点送内存 进栈
A↓ 说明 SP->BUS→MAR栈顶地址送MAR SP+1-SP 修改栈指针 PSw→MDR 程序状态字送内存 存储器写(CU(W)→M)进栈 向量地址→BUS→PC转中断服务程序入口 END 中断周期结束
A ↓ 说 明 SP →BUS →MAR ↓ ↓ SP+1 →SP 向量地址 →BUS →PC PSW →MDR 存储器写（CU( -W) → M ） ↓ ↓ ↓ END 栈顶地址送MAR 修改栈指针 程序状态字送内存 程序状态字送内存 进栈 转中断服务程序入口 转中断服务程序入口 中断周期结束
3.什么是指令周期、机器周期和时钟周 期?三者有何关系? 第 解:CPU每取出并执行一条指令所需的 五全部时间叫指令周期;机器周期是在同步控 章制的机器中,执行指令周期中一步相对完整 中的操作(指今)所需时间,:通常安排机器 央主时钟的周期时间,它是计算机运行时最基 处|本的时序单位,对应完成一个微操作所需时 理间,通常时钟周期计算机主频的倒数
3. 什么是指令周期 、机器周期 和时钟周 期？三者有何关系？ ？三者有何关系？ 解：CPU每取出并执行一条指令所需的 每取出并执行一条指令所需的 全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控 ；机器周期是在同步控 制的机器中，执行指令周期中一步相对完整 制的机器中，执行指令周期中一步相对完整 的操作（指令步）所需时间，通常安排 的操作（指令步）所需时间，通常安排机器 周期长度 =主存周期；时钟周期是指计算机 ；时钟周期是指计算机 主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基 主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基 本的时序单位，对应完成一个微操作所需时 本的时序单位，对应完成一个微操作所需时 间，通常时钟周期 =计算机主频的倒数。 计算机主频的倒数
4.能不能说机器的主频越快,机器 第 的速度就越快,为什么? 解:不能说机器的主频越快,机器 章的速度就越快因为机器的速度不仅与 主频有关,还与数据通路结构、时序分 中配方案、ALU运算能力、指令功能强弱 央等多种因素有关,要看综合效果。 处理
4. 能不能说机器的 能不能说机器的主频越快，机器 的速度就越快，为什么？ 解：不能说机器的主频越快，机器 机器的主频越快，机器 的速度就越快。因为机器的速度 的速度就越快。因为机器的速度不仅与 主频有关，还与数据通路结构、时序分 ，还与数据通路结构、时序分 配方案、ALU运算能力、指令功能强弱 运算能力、指令功能强弱 等多种因素有关，要看 等多种因素有关，要看综合效果