第三章CPU、指令系統(tǒng)、總線(xiàn)系統(tǒng)

一、填空題

1．指令由__________和__________兩部分組成。

2．指令中的__________指明完成操作所需要的操作數(shù)的地址。

3．根據(jù)地址碼部分所給出的地址的個(gè)數(shù)可將指令分為_(kāi)_________、__________、二地址指令、三地址指令等。

4．指令的尋址方式與操作數(shù)可存放的位置及存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，操作數(shù)一般可存放在___________、__________、堆棧或外圍設(shè)備中。

5．微機(jī)系統(tǒng)中的指令常用的尋址方式有立即數(shù)尋址、_________、_________、間接尋址和變址尋址等幾種方式。 6．從功能上來(lái)分，指令一般可分為_(kāi)__________、算術(shù)運(yùn)算指令、___________、程序控制指令又稱(chēng)___________、輸入輸出指令及系統(tǒng)控制指令等。

7．中央處理器中，指令計(jì)數(shù)器產(chǎn)生和存放下一條被執(zhí)行的指令地址，而_________存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。(用中文表示)

8．微處理中時(shí)鐘每秒鐘內(nèi)發(fā)出的時(shí)鐘脈沖數(shù)為_(kāi)_________。 9．單地址指令格式是由__________組成。

10．從功能來(lái)分，指令可分為 、 、邏輯運(yùn)算指令、 和輸入輸出指令及系統(tǒng)控制指令。 二、選擇題

1．CPU中的指令譯碼器的縮寫(xiě)為_(kāi)__________。 A)ID B)IR C)PC D)IP

2．___________的值可以指示程序執(zhí)行的順序，它主要用來(lái)存放后繼指令地址；

A)ID B)IR C)PC D)IP

3．內(nèi)存中的內(nèi)容是由CPU根據(jù)指令中的___________來(lái)訪(fǎng)問(wèn)的。 A)內(nèi)存單元的長(zhǎng)度 B)內(nèi)存單元的地址 C)內(nèi)存單元的名字 D)以上三者均可以 4．指令周期是指__________。 A)取出一條指令的時(shí)間 B)分析一條指令所花的時(shí)間 C)執(zhí)行一條指令的時(shí)間 D)從取指令、分析指令到執(zhí)行完指令所需的全部時(shí)間。

5．下列關(guān)于指令的長(zhǎng)度與執(zhí)行速度之間的關(guān)系中描術(shù)不正確的是 。 A)指令長(zhǎng)度與指令執(zhí)行時(shí)間無(wú)關(guān) B)指令越長(zhǎng)則執(zhí)行時(shí)間越短

C)指令越長(zhǎng)則指令執(zhí)行時(shí)間也越長(zhǎng)

D)指令系統(tǒng)中的指令長(zhǎng)度是一定，故其所有指令的執(zhí)行時(shí)間也相同 6．下列有關(guān)指令的描述正確的是___________。 A)指令是用戶(hù)發(fā)給計(jì)算機(jī)的工作命令

B)一條指令就是高級(jí)語(yǔ)言源程序中的一條語(yǔ)句

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上篇 計(jì)算機(jī)原理

C)指令是操作系統(tǒng)所發(fā)出的一個(gè)能讓硬件工作的命令 D)指令是計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和執(zhí)行的命令 三、判斷題

1．CPU即可以進(jìn)行運(yùn)算，也負(fù)責(zé)對(duì)全機(jī)進(jìn)行控制，包括從存儲(chǔ)器中取指令、分析指令和執(zhí)行指令。

2．分析指令又稱(chēng)指令譯碼，也就是確定指令的操作性質(zhì)。 3．指令中必須包含對(duì)指令的尋址方式。 4．指令長(zhǎng)度就是機(jī)器的字長(zhǎng)。

5．指令的長(zhǎng)度一般為字節(jié)的整數(shù)倍。

6．指令的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，能提供的尋址空間也越大。

7．堆棧是主存中的一個(gè)區(qū)域或一組寄存器，其特點(diǎn)是先進(jìn)先出。 8．不同機(jī)器其指令系統(tǒng)各不相同。

9．精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC也稱(chēng)RISC技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是盡量簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)，盡量使用寄存器指令，指令操作盡量在一個(gè)周期內(nèi)完成，指令格式盡量一致。 10．一條指令的執(zhí)行過(guò)程分為取指過(guò)程和執(zhí)行過(guò)程。

11．從存儲(chǔ)器讀出一個(gè)數(shù)據(jù)或?qū)⒁粋€(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器的時(shí)間稱(chēng)為指令周期。 12，指令長(zhǎng)度越長(zhǎng)則CPU從內(nèi)存取指令所需要的時(shí)間也越短。

13．指令的尋址方式與操作數(shù)可存放的位置與存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，若存放在CPU的內(nèi)部寄存器中，則指令的執(zhí)行時(shí)間比存放在外設(shè)中的時(shí)間要快。 14．外設(shè)與內(nèi)存可以統(tǒng)一編址也可以獨(dú)立編址。 15．不同計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)不一定不同。

第三節(jié) 總線(xiàn)系統(tǒng)

本節(jié)要求

? 掌握總線(xiàn)的概念

? 了解微機(jī)中常見(jiàn)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

知識(shí)精講

一、總線(xiàn)系統(tǒng) 1．總線(xiàn)

總線(xiàn)是一組信號(hào)線(xiàn)，就其功能而言是計(jì)算機(jī)各模塊之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ馈?2．分類(lèi)

按照數(shù)據(jù)傳送方式分 并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)

按總線(xiàn)所傳送的信息類(lèi)型分 數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、控制總線(xiàn)。

? 數(shù)據(jù)總線(xiàn)：是外部設(shè)備和總線(xiàn)主控設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)通道，

數(shù)據(jù)總線(xiàn)是雙向并行傳送的。通常用D0~Dn表示數(shù)據(jù)位的序號(hào)，序號(hào)和數(shù)據(jù)的位權(quán)是一致的，Ｄ7的位權(quán)是7，如果D7=1，這位數(shù)的權(quán)值是27

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第三章CPU、指令系統(tǒng)、總線(xiàn)系統(tǒng)

即代表十進(jìn)制數(shù)的128，N則代表數(shù)據(jù)總線(xiàn)的寬度，表示總線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的能力，即一次訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器或外設(shè)能傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。

? 地址總線(xiàn)：是外部設(shè)備與主控設(shè)備之間傳送地址信息的通道，地址信息

是單向并行傳送的。通常用A0~An表示，地址總線(xiàn)的寬度，表明了該總線(xiàn)的尋址范圍。在微機(jī)中，能夠直接尋址的的地址單元數(shù)M是地址總線(xiàn)包含的地址線(xiàn)條數(shù)N成指數(shù)關(guān)系即M=2N。如PC/XT總線(xiàn)有16位地址線(xiàn)，則該總線(xiàn)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所具有的尋址空間大小為216=64MB，又如PCI總線(xiàn)有32條地址線(xiàn)，則尋址能力達(dá)到232=4GB。有些計(jì)算機(jī)將I/O端口地址與內(nèi)存地址統(tǒng)一編址，從中劃出一部分作為I/O端口地址，這些外設(shè)的I/O端口地址也由這些總線(xiàn)傳送。

? 控制總線(xiàn)：是專(zhuān)供各種控制信號(hào)使用的傳遞通道，總線(xiàn)操作各項(xiàng)功能都

是由控制總線(xiàn)完成的。控制總線(xiàn)信號(hào)是總線(xiàn)信號(hào)中種類(lèi)最多、變化最大、功能最強(qiáng)的信號(hào)，也是最能體現(xiàn)總線(xiàn)特色的信號(hào)。控制總線(xiàn)中每一條傳遞一種控制信號(hào)，故是單向傳送的。

按照總線(xiàn)的使用范圍和功能分 片內(nèi)總線(xiàn)、片外總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)、通信總線(xiàn)。

? 片內(nèi)總線(xiàn)：用來(lái)連接各功能單元的信息通路，它是ALU寄存器和控

制器之間的信息通路。

? 片外總線(xiàn)：指在電路板上連接各插件的公共通路，如主板的局部總

線(xiàn)。

? 系統(tǒng)總線(xiàn)：同一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件之間的連接總線(xiàn)。

? 通信總線(xiàn)：系統(tǒng)與其他設(shè)備之間或系統(tǒng)之間的通信總線(xiàn)。這種總線(xiàn)

的數(shù)據(jù)傳送方式或以是并行的或串行的，數(shù)據(jù)傳送速率比系統(tǒng)總線(xiàn)低，如串行通信的 RS-232-C總線(xiàn)，用于硬盤(pán)接口的IDE、SCSI等。

二、 常見(jiàn)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

1．單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：一條系統(tǒng)總線(xiàn)將各個(gè)部件連接起來(lái)。

2．雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：在單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，又在CPU和主存之間專(zhuān)門(mén)架設(shè)了一組高速的存儲(chǔ)總線(xiàn)。在此種總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中，因CPU可通過(guò)存儲(chǔ)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)主存，故減輕了系統(tǒng)總線(xiàn)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)加大了信息傳送的吞吐量；另一方面在這種結(jié)構(gòu)中，主存與外設(shè)之間可通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)傳送信息，不必經(jīng)過(guò)CPU，因此可提高CPU的工作效率。

2． 三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：在雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了I/O總線(xiàn)。在這種總線(xiàn)結(jié)

構(gòu)中，I/O總線(xiàn)是外設(shè)與通道之間的數(shù)據(jù)傳送的公共通路，因?yàn)槿偩€(xiàn)結(jié)構(gòu)中采用了通道或IOP(輸入/ 輸出處理機(jī))，它減輕了CPU對(duì)數(shù)據(jù)的I/O控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率得到很大的提高。如圖1.4所示。

圖1.4 三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總線(xiàn)

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上篇 計(jì)算機(jī)原理

存儲(chǔ)總線(xiàn) 內(nèi)存 IOP CPU I/O總線(xiàn) I/O接口 I/O接口 三、 常見(jiàn)的總線(xiàn) 1．系統(tǒng)總線(xiàn)

S-100：并行總線(xiàn)，以8080為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，16條數(shù)據(jù)線(xiàn)、16條地址線(xiàn) STD：一種可靠的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線(xiàn)。

Multi Bus：是一種支持并行多處理能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)，適合多任務(wù)的分布式處理或多機(jī)備份，它也是多種總線(xiàn)的集合，即由系統(tǒng)總線(xiàn)、局部總線(xiàn)等組成，它既支持8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)也支持16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)。 2．局部總線(xiàn)

表１.1 常用局部總線(xiàn)性能比較 種類(lèi) 特點(diǎn) 數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度 時(shí)鐘頻率 16位 高速、高效 VESA 133Mbps 32位 支持高速視頻控制器和LAN卡 6４位 支持多個(gè)外部設(shè)備 32位 PCI 與CPU的時(shí)鐘頻率同步 132Ｍbps~246Mbps 64位 與ISA、EISA、VESA總線(xiàn)兼容 支持多處理器結(jié)構(gòu) EISA 33Mbps 32位 I/O擴(kuò)展能力和負(fù)載能力強(qiáng) 3．通信總線(xiàn) SCSI：(Small Computer System Interface)，是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用接

口，既支持多任務(wù)處理、又支持同步數(shù)據(jù)和異步數(shù)據(jù)傳輸。它用于計(jì)算機(jī)與磁帶機(jī)、軟/ 硬盤(pán)、CD-ROM、可重寫(xiě)光盤(pán)等外部設(shè)備的連接。

IDE：是一種硬盤(pán)接口標(biāo)準(zhǔn)，這種接口只支持硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。

例題分析

選擇題

1．下列4項(xiàng)敘述中，正確的一條是 。

A)假若CPU向外輸出20位地址，則它能直接訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)空間可達(dá)1MB B)PC機(jī)在使用過(guò)程中突然斷電，SRAM中存儲(chǔ)的內(nèi)容一定會(huì)丟失； C)PC機(jī)在使用過(guò)程中突然斷電，DRAM中存儲(chǔ)的內(nèi)容一定會(huì)丟失； D)外存儲(chǔ)器中的信息可以直接被CPU處理。

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總結(jié)

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