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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 。

答： 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：实现算术和逻辑运算

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

2 什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？

答：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。

各种指令周期的比较;

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。

答：

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

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。

 答：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：

（1）LDA@X指令周期数据流程图（左侧）：

（2）中断周期流程图如下（右侧）：

6 存储器中有若干数据类型：指令代码、运算数据、堆栈数据、字符代码和BCD码，计算机如何识别这些代码？

答：指令代码是CPU在取指阶段从存储器中取出的信息。CPU在执行阶段从存储器中取出的可以是运算数据、字符代码或BCD码，具体是哪一个信息取决于指令的操作码。堆栈数据是根据堆栈指示器SP所指示的地址访存时所获得的的数据。

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？

 答：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 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？

 答：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：

二级指令流水示意图

四级指令流水示意图

 四级流水更能提高处理机的速度

 假设IF、ID、EX、WR每个阶段耗时为t，则连续执行n条指令

 采用二级流水线时，耗时为：4t+(n-1)2t = (2n+2)t

 采用四级流水线时，耗时为：4t+(n-1)t = (n+3)t

 在n>1时，n+3