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第5章 习题CPU主要应该具有哪些方面的功能? 答: 主要具有:指令控制,操作规程控制;时间控制; 数据加工四个方面的功能。 5-2 CPU中至少应该有哪些主要的寄存器?各个寄存器的作用是什么? 答: 在CPU中至少要有六类寄存器,指令寄存器(IR);程序计数器(PC);地址寄存器(AR);缓冲寄存器(DR);累加寄存器(AC);状态条件寄存器(PSW)。 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令的代码。程序计数器总是指向将要执行的下一条指令的内存地址所以修改的过程通常只是简单对PC加1。地址寄存器用来保存CPU当前所访问的内存单元的地址。数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字。累加寄存器(AC)通常简称为累加器。当ALU执行算术运算或逻辑运算时,为ALU提供一个工作区,可以为ALU暂时存放一个操作数或运算结果。状态条件寄存器用来保存ALU执行的状态信息,如运算结果进位标志(C),运算结果溢出标志(V),运算结果为零标志(Z),运算结果为负标志(N)等。 5-5 控制操作器和时序产生器的作用是什么? 答: 操作控制器就利用定时脉冲的顺序和不同的脉冲间隔,有条理、有节奏地指挥机器的动作,规定在这个脉冲到来时做什么,在那个脉冲到来时又做什么,给计算机各部分提供工作所需的时间标志。 5-7 CPU有哪几种控制方式?各有什么特点?如何实现? 常用控制方式有同步控制、异步控制和联合控制三种。 同步控制方式又称为固定时序控制方式,其基本思想是选取部件中最长的操作时间作为统一的时间标准,使所有的部件都在这个时间间隔内启动并完成操作。 异步控制方式是指每条指令、每个操作控制信号需要多少时间就占用多少时间。等待执行部件完成操作后发回“回答”信号,然后再开始新的操作。 联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的一种控制方式。一种情况是,大部分操作序列安排在固定的机器周期中,而对某些时间难以确定的操作则以执行部件的“回答”信号作为本次操作的结束。另一种情况是,机器周期的节拍脉冲数固定,但是各条指令中的机器周期数不固定。 5-8 设R1、R2、R3、R4是CPU中的通用寄存器,试用方框语言表示下列操作: (1)取数指令 “LDA (R1),R2”; (2)存数指令 “STA R1 ,(R4)”的指令周期流程图。 其中:(1)是将(R1)指示的主存单元内容取到寄存器R2中来;(2)是将寄存器R3的内容放到(R4)指示的主存单元中去。 答: 5-9 如果在一个CPU周期中要产生3个节拍脉冲:T1=200ns, T2=400ns, T3=200ns,度画出时序产生器逻辑图。 答: 5-10 假设某机器有80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条取微指令是所有指令公有的。已知微指令长度为32位,请估计控制存储器容量。 答:3×80+1=241条 28=256 容量为256×32位 5-12 某计算机有8条微指令I1~I8,每条微指令所包含的微命令信号如下表所示。 微指令 微命令信号 a b c d e f g h i j I1 √ √ √ √ √ I2 √ √ √ √ I3 √ √ I4 √ I5 √ √ √ √ I6 √ √ √ I7 √ √ √ I8 √ √ √ ?????? 其中,a~j对应于10种不同性质的微命令信号,假设一条微指令的控制字段仅限8位,试安排微指令的控制字段格式。 答:把一个微指令周期中的互斥性微命令信号结合在一个小组中,进行分组译码; (e,f,h) (b,g,h) 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 5-16 有四级流水线,分别完成取指、指令译码并取操作数据、运算、送结果等四步操作。假设完成各步操作的时间依次为 100ns、100ns、80ns、50ns。请问: (1) 流水线的操作周期应设计为多少: (2) 若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么第2条指令要推迟多少时间进行? (3)如果在硬件设计上加以改进,至少需推迟多少时间? 解:⑴ 流水线的操作时间应按各步操作的最大时间来考虑,应为100ns。 ⑵ 若相邻两条指令发生数据相关,且在硬件上不采取措施,应停顿第2条指令的执行,直到前面的指令结果已经产生,因此要推迟2个时钟周期的时间。 ⑶ 若对硬件进行改进,如采用专用的通路技术,那么第2条指令的执行将不会被推迟。 R1-AR 译码或测试 P
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