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5章中央处理器CPUCentralProcessingUnitP
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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,即不管微操作的繁简,以最繁的微操作为标准,采取统一的,具有相同时间间隔和相同数目的节拍作为机器周期。对于那些比较简单的微操作,将造成时间浪费。 ②采用不同节拍的机器周期,以解决微操作执行所需时间不统一的问题。通常把大多数微操作安排在一个较短时间的机器周期内完成,而对某些较繁的微操作,则采取延长机器周期或增加节拍的办法解决。 ③采用中央控制和局部控制相结合的方法。将机器的大部分指令安排在一个统一的较短的机器周期内完成,称为中央控制,而将少数操作复杂的指令中的某些微操作另行处理称为局部控制,例如乘法操作、除法操作或浮点运算等。 (2) 异步控制方式 每条指令、每个微操作需要多少时间就占用多少时间,其特点是:当控制器发出进行某一微操作控制信号后,等待执行部件完成该操作后发回的“回答”信号或“结束”信号,再开始新的微操作,称为异步控制方式。用这种方式所形成的微操作序列没有固定的周期节拍和严格的时钟同步。 (3) 联合控制方式 同步控制和异步控制相结合的方式。对不同指令的各个微操作实行大部分统一、小部分区别对待的方式。如前面提到的访存操作需要ready信号结束 (4) 人工控制 为了调机和软件开发的需要,在计算机面板或内部往往设置一些开关或按键以进行人工控制。 ① reset按键 当按下此键时,产生reset信号,使计算机处于初始状态。当计算机处于死锁状态或无法继续运行时可按此键。 ② 连续或单条转换开关 连续工作指的是计算机按正常速度执行程序,单条则是每执行一条指令后计算机自动停机。在机器工作前先将此开关设置好,启动
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