发布时间 : 星期一 文章微处理器系统与嵌入式系统1—7章最全答案合集更新完毕开始阅读fcb26192bbf3f90f76c66137ee06eff9aef849a8
计算功能指令：对数据进行处理完成算术运算或逻辑运算等的指令。
数据传输指令：负责把数据、地址或立即数传送到寄存器、I/O端口或存储单元中，或者反方向传送的指令。
控制流程指令：用来控制程序执行流程的指令，有测试、转移、跳转等子类。
解释跳转、分支、调用以及中断所需进行的操作。
跳转：根据“跳转”指令指计算目的地址，修改程序指针。
分支：根据“分支”指令判断执行条件，计算跳转地址，修改程序指针。
调用：保存断点，根据“调用”指令计算子程序入口地址，修改程序指针，执行完毕后恢复断点。
中断：保护断点及现场，查找中断向量表以确定中断程序入口地址，修改程序指针，执行完毕后恢复现场及断点。
固定长度指令编码有什么优缺点？
可以简化硬件设计、减小指令译码的时间，但指令编码的效率不高，信息冗余度大，可扩展性差。
在处理器工作频率、CPI和处理器性能方面，哪些因素会增加流水线深度？
时钟周期越小，则要求组合电路的延迟越小，流水线级数越多，但过多的流水线无助于处理器工作频率的提高。
CPI越大，为了提高运算效率则流水级数需求越多。
处理器性能和流水线级数是一个动态平衡的关系，需要具体在设计流水线的同时考虑冲突。
一个时钟频率为 GHz的非流水式处理器，其平均CPI是4。此处理器的升级版本引入了5级流水。然而，由于如锁存延迟这样的流水线内部延迟，使新版处理器的时钟频率必须降低到2 GHz。
(1) 对一典型程序，新版所实现的加速比是多少？ (2) 新、旧两版处理器的MIPS各是多少？
（1）对于一个有N条指令的程序来说：
9?9非流水式处理器的总执行时间T0?(4?N)/(2.5?10)?1.6N?10s
5级流水处理器的总执行时间T1?(N?5?1)/(2?10)?2(N?4)?10s 加速比=
9?9T03.2N?，N很大时加速比≈ T1N?4（2）非流水式处理器CPI=4，则其执行速度=2500MHz/4=625MIPS。
5级流水处理器CPI=1，则其执行速度=2000 MHz /1=2000 MIPS。
随机逻辑体系结构的处理器的特点是什么？详细说明各部件的作用。
随机逻辑的特点是指令集设计与硬件的逻辑设计紧密相关，通过针对特定指令集进行硬件的优化设计来得到逻辑门最小化的处理器，以此减小电路规模并降低制造费用。
主要部件包括：产生程序地址的程序计数器，存储指令的指令寄存器，解释指令的控制逻辑，存放数据的通用寄存器堆，以及执行指令的ALU等几个主要部分构成。
分别详细说明采用可变时钟周期与多时钟周期改进随机逻辑体系结构的原理。
CPU内部时序信号的定时方式可以分成同步控制、异步控制、联合控制三种方式。 其中同步控制指在任何情况下，所有指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都固定不变。同步控制的一种实现方式就是可变时钟周期，指CPU根据当前指令的操作特性调整时钟周期，将大多数指令操作安排在一个较短的机器周期内完成，对某些复杂操作，则采取延长机器周期的办法来解决。
而异步控制的一种实现方式就是多时钟周期，指时钟周期不变，但CPU每条指令的执行周期可由多少不等的机器周期数组成。
什么是微代码体系结构？微指令的作用是什么？
在微码结构中，控制单元的输入和输出之间被视为一个内存系统。控制信号存放在一个微程序内存中，指令执行过程中的每一个时钟周期，处理器从微程序内存中读取一个控制字作为指令执行的控制信号并输出。
微指令只实现必要的基本操作，可以直接被硬件执行。通过编写由微指令构成的微代码，可以实现复杂的指令功能。微指令使处理器硬件设计与指令集设计相分离，有助于指令集的修改与升级，并有助于实现复杂的指令。
微码体系结构与随机逻辑体系结构有什么区别？ （1） 指令集的改变导致不同的硬件设计开销。
在设计随机逻辑结构时，指令集和硬件必须同步设计和优化，因此设计随机逻辑的结构比设计微码结构复杂得多，而且硬件和指令集二者中任意一个变化，就会导致另外一个变化。
在微码结构中，指令设计通过为微码ROM编写微码程序来实现的，指令集的设计并不直接影响现有的硬件设计。因此，一旦修改了指令集，并不需要重新设计新的硬件。 （2） 从性能上比较
随机逻辑在指令集和硬件设计上都进行了优化，因此在二者采用相同指令集时随机逻辑结构要更快一些。但微码结构可以实现更复杂指令集，因此可以用较少的指令完成复杂的功能，尤其在存储器速度受限时，微码结构性能更优。
说明流水线体系结构中的4个阶段的操作。能否把流水线结构分为5阶段？如果可能，试给出你的方案。
流水线若分为四个阶段应包括：取指，译码，执行，数据回写
流水线若分为五个阶段应包括：取指，译码，执行，存储器操作，数据回写
什么是超标量体系结构？
超标量是通过内置多条流水线或多个流水部件以实现多条指令的同时执行，其实质是以空间换取时间。
而超流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一步甚至多步操作，其实质是以时间换取空间。
指令的乱序执行可以带来什么好处？
通过将指令执行顺序重新排序，让满足执行条件的指令尽早地执行，从而提高处理器性能。
指令的乱序执行可以减少流水线冲突，减轻流水操作时由于数据等待、控制等待、资源冲突等中断时，其他无关指令也必须等待的问题，从而提高了流水线的效率。
讨论：假设处理器速度和主存储器时延之间的差距不断增大，计算机性能是否可能决定于存储器访问时间？在这种情况下，哪些微处理器架构特性会提高处理器性能？哪些不会？如果计算机具有一个比现在快100倍的处理器，但是存储器速度仅仅是现在存储器的两倍，这样的计算机和当前计算机在设计方法上有什么区别？
可能。
如果出现这种情况，采用微码结构、流水线结构以及超标量结构（一次取多条指令）都可以提高处理器性能，尤其是微码结构。而随机逻辑结构则不合适。
如果出现一个比现在速度快100倍的处理器，而存储器速度仅快两倍，则设计计算机体系结构时首先应该考虑如何尽量减少访问存储器的次数。
“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第四章习题解答
地址映像方法有哪几种？它们各有什么优缺点？
（1） 内存地址映射指内存虚拟地址空间到物理地址空间的转换。
分页技术：特点是页的大小固定；优点是程序不必连续存放，因此没有外碎片（每个内碎片不超过页大小）；缺点是增加了硬件成本（如需要地址变换机构）和系统开销（如需要好的调页算法）。
分段技术：特点是段的大小可变；优点是每个段按内容独立，因此可以分别编写和编译，可以针对不同类型的段采取不同的保护，可以按段为单位来进行共享（包括通过动态链接进行代码共享）；缺点是会导致碎片。
（2） I/O地址映射指系统中I/O端口的编址方式。
独立编址技术：优点是系统中存储单元和I/O端口的数量可达到最大；缺点是需专门信号来指示系统地址线上出现的是存储单元地址还是端口地址，I/O指令的功能比较弱。
存储器映像编址技术：优点是对端口操作和存储器单元操作完全一样，因此系统简单，并且对端口操作的指令比较多；缺点是CPU对存储单元和I/O单口的实际寻址空间都小于其最大寻址空间。
EPROM存储器芯片在没有写入信息时，各个单元的内容是什么？某 SRAM单元中存放有一个数据（如5AH），CPU将它读取后，该单元的内容是什么？
EPROM存储器芯片在没有写入信息时，各个单元的内容均为全“1”。 SRAM为非破坏性读出，因此该单元的内容在读取后保持不变。
下列ROM芯片各需要多少个地址输入端？多少个数据输出端？ (1) 16×4位
（1）16×4位=2*4bit，因此有4个地址输入端和4个数据输出端。 （2）32×8位=2*4bit，因此有5个地址输入端，8个数据输出端。 （3）256×4=2*4bit，因此有8个地址输入端，4个数据输出端。 （4）512×8=2*4bit，因此有9个地址输入端，8个数据输出端。
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(2) 32×8位 (3) 256×4位 (4) 512×8位
某计算机系统中ROM为6K，最后一个单元的地址为9BFFH，RAM为3K。已知其地址为连续的，且ROM在前，RAM在后，求该存储器的首地址和末地址。
该存储器的首地址（第一个ROM单元地址）为：9BFFH-6K+1=9C00H-1800H=8400H 该存储器末地址（最后一个RAM单元地址）为：9BFFH+3K==9BFFH+0C00H=0A7FFH
若某系统有16条地址线，现用SRAM 2114(1K×4)存储芯片组成存储系统，试问采用线选译码时，系统的存储容量最大为多少？需要多少个2114存储芯片？
每片2114需要10条地址线，剩余6条地址线进行线选译码最多可以区分6组12个芯片。这时系统的存储容量最大为（1K*4bit）*2片/组*6组=6KB。
设有一个具有24位地址和8位字长的存储器，问：
(1) 该存储器能够存储多少字节的信息？