青岛科技大学计算机组成与系统结构Chapter 5.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 练习5 假设某计算机采用4级流水线(取指、译码、执行、送结果)，其中译码可同时完成从寄存器取数的操作，并假设存储器的读/写操作(允许同时取指和取数)可在一个机器周期内完成，问顺序执行上题的3条指令，总共需要多少周期? 练习6 接上题，如果分别用硬布线和微程序两种方法实现，是否会影响所需的周期数? 练习7 今有三位计数器，其8个译码输出不允许有毛刺，应该如何设计编码，并写出最低位的D型触发器的输入逻辑表达式。 练习8 在计算机中实现乘法运算一般可用软件、硬件(组合逻辑)和微码控制三种方法。请简述： (1) 实现上述三种方法的基本原理。 (2) 各种方法实现时所需配备的硬件设备。 (3) 各种方法速度比较。 练习9 叙述微程序控制器与组合逻辑控制器的相同点与差别，说明控制器的一般组成。 练习10 设有主频为16MHz的微处理器，平均每条指令的执行时间为两个机器周期，每个机器周期由两个时钟脉冲组成。 问：(1)存储器为“0等待”，求出机器速度。 (2)假如每两个机器周期中有一个是访存周期，需插入1个时钟周期的等待时间，求机器速度。 (“0等待”表示存储器可在一个机器周期完成读/写操作，因此不需要插入等待时间) 练习11 从供选择的答案，选出正确答案，填入( )中 微机A和B是采用不同主频的CPU芯片，片内逻辑电路完全相同。若A机的CPU主频为8MHz，B机为12MHz。则A机的CPU主振周期为(A)μs。如A机的平均指令执行速度为0.4MIPS，那么A机的平均指令周期为(B)μs，B机的平均指令执行为(C) MIPS。 供选择的答案 A—C：①0.125；②0.25；③0.5；④0.6；⑤1. 25；⑥1. 6；⑦2.5。 练习12 从供选择的答案，选出正确答案，填入( )中 某机采用两级流水线组织，第一级为取指、译码，需要200ns完成操作；第二级为执行周期，大部分指令能在180ns内完成，但有两条指令要360ns才能完成，在程序运行时，这类指令所占比例为5—10%。 根据上述情况，机器周期(即一级流水线时间)应选为(A)。两条执行周期长的指令采用(B)的方法解决。 供选择的答案 A：①180ns；②190ns；③200ns；④360ns。 B：①机器周期选为360ns；②用两个机器周期完成。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 高级微语言类似于程序设计中的高级语言。如用高级微语言来描述图5.22相应的源微程序，则可写成 K： A+B→A K+1：IF(A(0)＝0) THEN (GO TO K+3) K+2：0-A→A K+3：A→M(D) 图5.22 算术运算流程图 上述源微程序表示对A，B两数相加，并将结果的绝对值送存储器单元D，其中A(0)为符号位。该源微程序在编译时，根据硬件及微指令的并行操作能力进行优化，尽量减少微指令数。 微程序设计人员希望能有一种既便于描述微程序又能尽量接近数据描述，既能与机器无关，又能翻译成高效率微码的微高级语言。但到目前为止，这还是设计人员为之奋斗的目标。当前能付之实用的能描述水平型微指令的语言还是微汇编语言。 5.4.2 微程序控制器 4. 控制器的控制方式 控制器控制一条指令运行的过程是一次执行一个确定的微操作序列。 不同指令执行的过程和操作不同，因此每条指令和每个微操作所需执行时间也不同。 如何形成控制不同微操作序列的时序控制信号有多种方法，称为控制器的控制方式，常用的有同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式。 5.4.2 微程序控制器 4. 控制器的控制方式 （1） 同步控制方式 在程序运行时任何指令的执行或指令中每个微操作的执行都受事先确定的时序信号所控制，每个时序信号的结束就意味着一个微操作或一条指令已经完成，随即开始执行后续的微操作或自动转向下条指令的运行。这里所讲的微操作不仅适合于微程序控制器，同样适合于硬布线逻辑控制器。 一条机器指令由确定的机器周期组成，每个机器周期又分成两个节拍，在频率固定的脉冲作用下形成上述节拍和机器周期，假如在任何情况下，一条已定的指令在执行时所需的机器周期数和节拍数都是固定不变的，则称为同步控制方式。 根据不同情况，同步控制方式可以选取如下方案： ① 采用完全统一的机器周期(或节拍)执行各种不同的指令，即不管微操作