现代微型计算机与接口教程(杨文显)第八章课后答案

习题八

1.查找相关资料，用列表方式给出8088，8086，……直到P4各代微处理器的地址、数据线引脚数量，并推算出各自的内存寻址空间。

2.什么是MMX指令？它有什么特点？

MMX指令是“多媒体扩展指令”的英文简称，它采用SIMD（单指令流多数据流）技术，使得处理器在一条指令中对多个数据进行处理，提高了对多媒体数据的处理能力。

3.什么叫动态执行？使用动态执行技术会带来什么好处？

动态执行是通过预测指令流和数据流，调整指令的执行顺序，最大地发挥CPU内部各部件的功效，提高系统执行指令的速度。

动态执行主要采用了：

多路分支预测：利用转移预测技术允许程序几个分支流同时在处理器内执行；

数据流分析：通过分析指令数据的相关性，把指令进行优化排序后执行，充分利用处理器内部资源；

推测执行：根据各推测最终的正确性，对多个分支的运行结果进行取舍。

4.32位微处理器有哪几种工作方式？各有什么特点？

32位微处理器有4种不同的工作方式：实地址方式、保护方式、虚拟8086方式、系统管理方式。

实地址方式：实地址方式使用16位80x86处理器的寻址方式（使用20位地址寻址1MB空间）、存储器管理和中断管理。可以使用32位寄存器，使用特权级0，可以执行大多数指令。

保护方式：保护方式是32位微处理器的基本工作方式。它使

用32位地址寻址4GB的实存空间，通过虚拟存储管理、用户优先级管理、I/O管理等技术，扩大可使用的存储空间，对操作系统和用户程序进行隔离和保护。

虚拟8086方式：虚拟8086方式是保护模式下为任务提供的的8086工作环境。每个任务使用16位地址寻址1MB的内存空间，以最低特权级运行，不能使用特权指令。

系统管理方式：系统管理模式主要用于电源管理，可以使处理器和外围设备部件进入“休眠”状态，在有键盘按下或鼠标移动时“唤醒”系统，使之继续工作。利用SMM可以实现软件关机。

5.叙述XT总线与ISA总线的异同之处。

XT总线可以看作是ISA总线的一个“子集”，它包括8位数据线，20根地址线，使用与CPU相同的4.77MHz的时钟信号。

ISA总线在XT总线的基础上，把数据线扩展到16根，地址线扩展到24根，使用独立于CPU的8MHz时钟信号，中断和DMA通道数目都有所增加。ISA总线插槽由8位的XT总线插槽和ISA总线扩展插槽两部分组成。

6.什么叫分级总线？使用分级总线有什么优点？

所谓分级总线是指系统中存在多组总线，每组总线可以有不同的数据线宽度、数据传输速率和不同的信号传输协议。系统内的设备按照它们对传输速率、数据吞吐量的不同要求合理地连接在不同的总线

上。不同总线之间通过“桥”电路进行连接。

使用分级总线可以使各种设备的数据传输要求得到最大程度的满足，同时使整个系统的数据吞吐量和效能达到最大化。

7.简述“两个中心”结构与“南北桥”结构的区别，同时说明“两个中心”结构的优越之处。

“南北桥”结构和“中心结构”都支持多级总线的系统结构。它们的主要区别在于，南桥芯片连接的所有高速外设都要通过PCI总线与处理器相连接，而“中心结构”里所有连接IO设备的总线（PCI, ISA, USB……）都通过IO控制中心（ICH）与中心高速接口直接连接，从而缓解了PCI总线数据交换的拥挤程度。相比较而言，“中心结构”对信息流的路径分配更为合理。

8.CPU←→Cache，Cache←→主存，主存←→辅存之间的数据传输各有什么特点？为什么？请分析原因。

CPU与Cache之间数据传输的主要特点是：

高速：Cache以与CPU相同或接近的速度工作；

不确定：CPU对Cache的访问可能因“命中”而成功，也可能以“失靶”而失败。

Cache与主存之间数据传输的主要特征是：

数据传输以“页”为单位，使用“成组传输方式（突发总线方式）”进行。

导致上述特点的原因是，这一层次以“高速”为追求的目标，利用了程序、数据的“局部性”原理。

主存与辅存之间的数据传输以“数据块/扇区”为单位，通常以DMA方式进行。

导致上述特点的原因是，这一层次以“大容量”、“低价格”为追求的目标，辅存大容量、“粗粒度”的结构特点正好能够满足对上述目标的要求。

系统对不同层次的数据传输有着不同的要求，因而设置了不同的软硬件结构，最终导致了传输方式上的差异。

9.什么叫“相联存储映像表”？说明它的结构和用途。

相联存储映像表是Cache内纪录Cache中各页在主存的位置和其他信息的表格，由各页的“标记（Tag）”，“状态”和“LRU位”组成。“标记（Tag）”记录了该页在主存中的位置，供CPU访问时进行匹配查找使用。“状态”和“LRU位”用于Cache页的替换操作。

10.为什么要进行Cache和主存的“映像”？有哪几种相联映像的方法？比较各自的利弊。

Cache和主存的“映像”是主存页调入Cache的“规则”，为了提高CPU在Cache中查找信息的速度，这种“规则”是必须的。

常见相联映像的方法有三种：

全相联映像法：内存页可以调入Cache的任何一页，规则简单，

页冲突的可能性最小，查找所需工作量最大。

直接映像法：每一个内存页只能调入Cache中相同页号的一个页，规则简单，查找方便，块冲突的可能性大。

组相联映像法：每一个内存页可以与Cache中一个组内的若干个页面相对应，规则稍复杂，查找工作量中等，块冲突的可能性中等。

11.什么叫“突发总线周期”？它有什么优点？

“突发总线周期”也称为“成组传送方式”，总线主设备在发送一个主存地址之后，通过连续的多个周期，传输（读/写）多个地址相连的存储单元的数据。这种方式省去了多次发送地址、多次申请总线和多次相互联络的过程，因此可以获得很高的数据传输速率。

12.逻辑地址是怎样转换成线性地址的？简要叙述转换过程。

实地址方式下没有“线性地址”。

保护模式下，逻辑地址由“段号”和“段内地址”两部分组成。使用“段号”查找“段描述符表”，可以获得该段的起始地址，与“段内地址”相加，就得到了对应的“线性地址”。

13.线性地址是怎样转换成物理地址的？简要叙述转换过程。

“线性地址”由处于高位的“页组号”、处于中间的“页号”和处于低位的“页内地址”三部分组成。用“页组号”查找“页组表”，得到“页表”的起始地址；用“页号”查找该“页表”，得到该页的