计算机组成原理(蒋本珊)第六讲.doc

第六章 １ ．控制器有哪几种控制方式？ 各有何特点？ 解：控制器的控制方式可以分为３ 种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。 同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。 ２ ．什么是三级时序系统？ 解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。 ３ ．控制器有哪些基本功能？ 它可分为哪几类？ 分类的依据是什么？ 解：控制器的基本功能有： （１） 从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。 （２） 对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。 （３） 指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３ 类，分类的依据在于控制器的核心——— 微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。 ４ ．中央处理器有哪些功能？ 它由哪些基本部件所组成？ 解：从程序运行的角度来看，CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。对于冯· 诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。中央处理器由运算器和控制器组成。 ５ ．中央处理器中有哪几个主要寄存器？ 试说明它们的结构和功能。 解：CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器，如程序计数器PC 、 指令寄存器IR 、存储器地址寄存器MAR 、存储器数据寄存器MDR 、状态标志寄存器PSWR 等。 ６ ．某机CPU 芯片的主振频率为８MHz ，其时钟周期是多少μs ？ 若已知每个机器周期平均包含４ 个时钟周期，该机的平均指令执行速度为０ ．８MIPS ，试问： （１） 平均指令周期是多少μs ？ （２） 平均每个指令周期含有多少个机器周期？ （３） 若改用时钟周期为０ ．４μs 的CPU 芯片，则计算机的平均指令执行速度又是多少MIPS ？ （４） 若要得到４０ 万次／s 的指令执行速度，则应采用主振频率为多少MHz 的CPU芯片？ 解：时钟周期＝ １ ÷ ８MHz ＝ ０ ．１２５μs （１） 平均指令周期＝ １ ÷ ０ ．８MIPS ＝ １ ．２５μs （２） 机器周期＝ ０ ．１２５μs × ４ ＝ ０ ．５μs 平均每个指令周期的机器周期数＝ １ ．２５μs ÷ ０ ．５μs ÷ ４ ＝ ２ ．５ （４） 主振频率＝ ４MHz ７ ．以一条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期中的作用。 （１） 程序计数器PC ； （２） 指令寄存器IR ； （３） 算术逻辑运算部件ALU ； （４） 存储器数据寄存器MDR ； （５） 存储器地址寄存器MAR 。 解：（１） 程序计数器PC ：存放指令地址； （２） 指令寄存器IR ：存放当前指令； （３） 算术逻辑运算部件ALU ：进行算逻运算； （４） 存储器数据寄存器MDR ：存放写入或读出的数据／指令； （５） 存储器地址寄存器MAR ：存放写入或读出的数据／指令的地址。以单地址指令“加１（INC A）”为例，该指令分为３ 个周期：取指周期、分析取数周期、执行周期。３ 个周期完成的操作如表６-２ 所示。 　８ ．什么是指令周期？ 什么是CPU 周期？ 它们之间有什么关系？ 解：指令周期是指取指令、分析取数到执行指令所需的全部时间。CPU 周期（机器周期）是完成一个基本操作的时间。一个指令周期划分为若干个CPU 周期。 ９ ．指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？ 解：指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方法为： （１） 取指令或数据时所处的机器周期不同：取指周期取出的是指令；分析取数或执行周期取出的是数据。 （２） 取指令或数据时地址的来源不同：指令地址来源于程序计数器；数据地址来源于地址形成部件。 １０ ．CPU 中指令寄存器是否可以不要？ 指令译码器是否能直接对存储器数据寄存