计算机组成原理第八章剖析.ppt

第八章 CPU 的结构和功能 8.1 CPU 的结构 8.2 指 令 周 期 8.3 指 令 流 水 8.4 中断系统 典型习题 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： ⑴ 保存当前正在执行的指令的寄存器是 ，⑵ 保存当前正在执行的指令地址的寄存器是 ；⑶ 算术逻辑运算结果通常放在 和 。 答：⑴ IR; ⑵ AR; ⑶ AC和PSW 4．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。 解：80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条公用微指令，所以总微指令条数为80×(4-1)+1=241条微指令，每条微指令32位，所以控存容量大约为241×32位。 5．某ALU器件是用模式控制码M S3 S2 S1 C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。下表列出各条指令所要求的模式控制码，其中y为二进制变量，φ为0或l任选。 试以指令码(A，B，H，D，E，F，G)为输入变量，写出控制参数M，S3，S2，Sl，C的逻辑表达式。 二、中断请求标记和中断判优逻辑 1. 中断请求标记 INTR 一个请求源 一个 INTR 中断请求标记触发器 多个INTR 组成 中断请求标记寄存器 INTR 分散 在各个中断源的 接口电路中 INTR 集中 在 CPU 的中断系统 内 1 2 3 4 5 n 掉电 过热 阶上溢 内存读写校验错 非法除法 键盘 打印机 8.4 2. 中断判优逻辑 ① 分散 在各个中断源的 接口电路中 链式排队器 ② 集中 在 CPU 内 (1) 硬件实现（排队器） 1 1 1 1 1 参见 第五章 INTR1 INTR2 INTR3 INTR4 INTR1 、 INTR2 、 INTR3 、 INTR4 优先级 按 降序 排列 INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 8.4 A、B、C 优先级按 降序 排列 (2) 软件实现（程序查询） 否 …… 是否 A 请求？ 是否 B 请求？ 是否 C 请求？ 转 A 的服务程序 入口地址 转 B 的服务程序 入口地址 转 C 的服务程序 入口地址 是 是 是 否 否 8.4 三、中断服务程序入口地址的寻找 1. 硬件向量法 入口地址 200 入口地址 300 入口地址 400 12 H 13 H 14 H 主存 12 H 13 H 14 H JMP 200 JMP 300 JMP 400 主存 向量地址 形成部件 …… …… 中断向量 排队器输出 向量地址 12H、13H、14H 入口地址 200、 300、 400 8.4 2. 软件查询法 中断识别程序（入口地址 M） 地 址 说 明 指 令 M JMP 1# SR 1# D = 1 转1# 服务程序 SKP DZ 2# JMP 2# SR 2# D = 0 跳 2# D = 1 转2# 服务程序 SKP DZ 8# JMP 8# SR 8# D = 0 跳 8# D = 1 转8# 服务程序 八个中断源 1、2、 8 按 降序 排列 …… …… 8.4 SKP DZ 1# 1# D = 0 跳 （D为完成触发器） 四、中断响应 1. 响应中断的 条件 允许中断触发器 EINT = 1 2. 响应中断的 时间 指令执行周期结束时刻由CPU 发查询信号 CPU 中断查询 INTR1 D Q INTR2 D Q INTRn D Q 中断源 1 中断源 2 中断源 n …… 至排队器 8.4 3. 中断隐指令 (1) 保护程序断点 (2) 寻找服务程序入口地址 (3) 硬件 关中断 向量地址 形成部件 INT S Q R EINT S Q R PC 1 ≥1 排队器 … … 断点存于 特定地址（ 0 号地址） 内 断点 进栈 INT 中断标记 EINT 允许中断 R – S 触发器 8.4 向量地址 PC （硬件向量法） 中断识别程序 入口地址 M PC （软件查询法） 五、保护现场和恢复现场 1. 保护现场 2. 恢复现场 寄存器 内容 断点 保护现场 其他服务程序 恢复现场 中断返回 PUSH 视不同请求源而定 POP 中断服务程序 完成 中 断 服 务 程 序 中断隐指令 完成 中断服务程序 完成 8.4 IRET 1. 多重中断的概念 k l m k +1