操作系统原理 第2版实验与思考第1章硬件基础.docx

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1、【实验与思考】熟悉计算机指令的执行1.实验背景考虑一个简单的例子。假设一台机器具有图1-18中列出的所有特征，处理器包含一个称为 累加器(AC)的数据寄存器，所有指令和数据长度均为16位，使用16位的单元或字来组织存 储器。指令格式中有4位是操作码，因而最多有24 =16种不同的操作码(由1位十六进制数字 表示)。操作码定义了处理器执行的操作。通过指令格式的余下12位，可直接访问的存储器尺 寸最大为2% = 4096 (4K)个字(用3位十六进制数字表示)。程序计数器(PC)=指令的地址指令寄存器(IR);正被执行的指令累加器(AC);临时存储(c)内部CPU寄存器0001;从内存中载入AC0

2、010 =将AC存储到内存0101 =从内存中添加AC(d)操作码的部分清单图1-18 一台假想机器的特征图1-19描述了程序的部分执行过程，显示了存储器和处理器寄存器的相关部分。给出的程 序片段把地址为940的存储单元中的内容与地址为941的存储单元中的内容相加，并将结果保 存在后一个单元中。这需要三条指令，可用三个取指阶段和三个执行阶段来描述：存储器CPU寄存器3001 9 4 0、3 0 0 PC3015 9 4 1 1AC3022 9 4 1 1 9 4 0 IR9400 0 0 39410 0 0 2步骤1存储器CPU寄存器30019 4 03 0 1 PC3015 9 4 1、00

3、03 AC3022 9 4 15 9 4 1 IR9400 0 0 39410 0 0 2步骤3存储器CPU寄存器30019 4 03 0 2 PC3015 9 4 10005 AC3022 9 4 1 2 9 4 1 IR940 0 0 0 39410 0 0 2步骤5存储器CPU寄存器300 1 9 4 03 0 1 PC301 594110003 AC302 2 9 4 1 11 9 4 0 IR940 0 003,941 0002步骤2存储器CPU寄存器300 1 1 9 4 0 13 0 2 PC301 5 9 4 10005 AC302 2 9 4 1 /5 9 4 1 RR940

4、 00033+2=5，941 0002、步骤4存储器CPU寄存器300 1 1 9 4 03 0 3 PC301 5 9 4 10005 AC302 29412 9 4 1 IR940 0 0 0 3 1 )1941 0 0 0 5 K步骤6图1-19程序执行的例子（存储器和寄存器的内容，以十六进制表示）（1） PC中包含第一条指令的地址300,该指令内容（值为十六进制数1940）被送入指令 寄存器IR中，PC增lo注意，该处理过程使用了存储器地址寄存器（MAR）和存储器缓冲寄 存器（MBR）。为简单起见，这里未显示这些中间寄存器。（2） IR中最初的4位（第一个十六进制数）表示需要加载AC,

5、剩下的12位（后三个十 六进制数）表示地址为940。（3）从地址为301的存储单元中取下一条指令（5941）, PC增1。（4） AC中以前的内容和地址为941的存储单元中的内容相加，结果保存在AC中。（5）从地址为302的存储单元中取下一条指令（2041）, PC增1。（6） AC中的内容被存储在地址为941的存储单元中。在该例中，为把地址为940的存储单元中的内容与地址为941的存储单元中的内容相加， 一共需要三个指令周期，每个指令周期都包含一个取指阶段和一个执行阶段。若使用更复杂的 指令集，则需要的指令周期更少。大多数现代处理器都具有包含多个地址的指令，因此指令周 期可能涉及多次存储器访

6、问。此外，除存储器访问外，指令还可用于I/O操作。2 .工具/准备工作在开始本实验之前，请回顾教科书的相关内容。需要准备一台运行链接因特网的计算机。3 .实验内容与步骤步骤1：如图1-18所示，假设处理器还有两条I/O指令：0011 = 从I/O中载入AC0111 =把AC保存到工/O中此时，使用12位地址标识一个特殊的外部设备。请给出以下程序的执行过程(按照图1-19 的格式，绘图并黏贴如下)：(1)从设备5中载入AC。(2)加入内存单元940的内容。(3)把AC保存到设备6中。假设从设备5中取到的下一个值为3,内存单元940单元中的值为2o绘图黏贴于此步骤2：前面用6步描述了图1-19所示程序的执行情况，请用MAR和MBR扩充这一描述。答：4 .实验总结5 .教师实验评价操作系统原理（第2版）