【机组期末速成】CPU的结构与功能|CPU结构|指令周期概述|指令流水线|中断系统

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?前言：

最近在备战期末考试，所以本专栏主要是为了备战期末计算机组成原理这门考试，讲的比较浅显，但是都是期末常考的考点和题型，仅限于“期末不挂”的层面

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一、本章考点总览

考点	考查频率	题型
CPU结构	★★★★☆	问答题/选择题
指令周期概述	★★★☆☆	填空题/选择题
指令流水线	★★★★★	综合题
中断系统	★★★★★	问答题/选择题

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?二、考点分析?

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

考点:CPU结构

考频:★★★★☆

难度:★★★☆☆

解析：
????????CPU功能：

????????解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据

????????1.处理指令

????????指控制程序中指令的执行顺序

????????2.执行操作

????????CPU要根据指令的功能，产生相应的操作控制信号，发给相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作

????????3.控制时间

????????时间控制就是对各种操作实施时间上的定时

????????4.处理数据

????????对数据进行算术运算和逻辑运算

CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。

ALU：算数逻辑单元

CU：控制单元

寄存器：是有存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和地址

控制总线：双向，CPU向外对各个组件发出命令，各设备向内对CPU提出请求

数据总线：双向，CPU向外部设备或者存储器写入数据， CPU从外存或者内部数据读入数据

地址总线：单向，均由CPU发出

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?2、什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？

考点:指令周期概述

考频:★★★☆☆

难度:★★★☆☆

解析：

????????指令周期：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间

????????机器周期（CPU周期）：完成一个基本操作所需时间，基本操作包括：取指、间址、执行、中断等

????????时钟周期：计算机主时钟的周期时间,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间,通常时钟周期=计算机主频的倒数

????????三者之间的关系：

????????指令周期 > 机器周期（CPU周期）> 时钟周期

????????指令周期由若干个机器周期组成

????????机器周期又包含若干个时钟周期，基本总线周期由4个时钟周期组成

????????一般一个完整的指令周期包括取指周期，间址周期，执行周期，中断周期

????????取指周期：取指令

????????间址周期：取有效地址

????????执行周期：取操作数

????????中断周期：保存程序断点

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?3、有没有办法加快计算机的工作效率呢

考点:指令流水线

考频:★★★★★

难度:★★★☆☆

解析：

?指令流水是指为提高处理器执行指令的效率，把一条指令的操作分成多个细小的步骤，每个步骤由专门的电路完成。每个装配段同时对不同产品进行加工,这样可大大提高装配效率。

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?4、计算机是否只能执行一个程序直到结束？来特殊情况了如何处理？

考点:中断系统

考频:★★★★★

难度:★★★★☆

解析：

中断：计算机在执行程序过程中，出现异常情况或者特殊请求时，计算机暂停现行程序，转而执行对于这些异常情况和特殊请求的处理，处理结束后再返回现行程序间断处，继续执行。

（1）中断系统：实现中断功能的硬件系统和软件系统

（2）中断源：产生中断的请求源

（3）中断请求：中断源向CPU提出的处理请求。

（4）中断响应：CPU暂时中止自身的事情，转去处理事件的过程

（5）中断服务：对事件的整个处理过程。也称为中断处理

（6）中断返回：中断处理完毕，再返回到原来被中止的地方

中断请求-中断响应-保护断点-中断服务-中断返回

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三、真题速通

下面（ ）部件不包含在中央处理器CPU中。

A、ALU ????????B、控制器???????? C、寄存器???????? D、DRAM

答：D

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在CPU中，跟踪后继指令地址的寄存器是（ ）。

A、指令寄存器? B、程序计数器? C、地址寄存器? D、状态寄存器

答：B

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下面有关程序计数器PC的叙述中，错误的是（ ）。

A、PC中总是存放指令地址

B、PC的值由CPU在执行指令的过程中进行修改

C、转移指令时，PC的值总是修改为转移目标指令的地址

D、PC的位数一般和存储器地址寄存器MAR的位数相同

答：C

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程序计数器PC用来存放指令地址，其位数和以下（ ）相同。

A、指令寄存器IR B、主存数据寄存器MDR

C、程序状态字寄存器PSW D、主存地址寄存器MAR

答：D

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在计算机系统中表示程序和机器运行状态的部件是（ ）。

A、程序计数器 B、累加寄存器 C、中断寄存器 D、程序状态字寄存器

答：：D

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状态寄存器用来存放（ ）。

A、算术运算结果 B、逻辑运算结果 C、运算类型 D、算术、逻辑运算及测试指令的结果状态

答：D

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指令周期是指（ ）。

A、CPU从主存取出一条指令的时间???????? B、CPU执行一条指令的时间

C、CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间 ??????D、时钟周期时间

答：C

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指令周期由一到几个机器周期组成，第一个机器周期是（ ）。

A、从主存中取出指令字???????? B、从主存中取出指令操作码

C、从主存中取出指令地址码 ????????D、从主存中取出指令的地址

答：A

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（ ）可区分存储单元中存放的是指令还是数据。

A、存储器 B、运算器 C、控制器 D、用户

答：C

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下列说法中，合理的是（ ）。

A、执行各条指令的机器周期数相同，各机器周期的长度均匀

B、执行各条指令的机器周期数相同，各机器周期的长度可变

C、执行各条指令的机器周期数可变，各机器周期的长度均匀

D、执行各条指令的机器周期数可变，各机器周期的长度可变

答：C

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一条指令的执行过程中要做哪些事情呢？

答：一条指令的执行过程包括：取指令、指令译码、计算操作数地址、取操作数、运算、送结果。其中取指令和指令译码是每条指令都必须进行的操作。有些指令需要到内存单元取操作数，因此，需要在取数之前计算操作数的内存单元地址。取操作数和送结果这两个步骤，对于不同的指令，其取和送的地方可能不同，有些指令要求在寄存器取／送数，有些是在内存单元取／送数，还有些是对I/O端口取，送数。因此，一条指令的执行阶段（不包括取指令阶段），可能只有CPU参与，也可能要通过总线去访问主存，或是要通过总线去访问I/O端口。

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什么是中断?设计中断系统需考虑哪些主要问题?

答：CPU在程序运行过程中，遇到异常情况或特殊请求，需暂停现行程序，转至对这些异常情况或特殊请求的处理，处理完后再返回到原程序断点处继续执行，这一过程即为中断。设计中断系统需考虑如下几个问题。

????????(1)中断源如何向CPU提出请求

????????(2)当多个中断源同时提出请求时，CPU如何确定响应的优先次序

????????(3)CPU在什么情况(时间、条件)下响应中断

????????(4)如何保护现场

????????(5)如何寻找中断服务程序的入口地址

????????(6)如何恢复现场

????????(7)当出现中断嵌套时如何处理