计算机组成原理综合习题和解答.pptVIP

17. 假设机器的主要部件有：程序计数器PC，指令寄存器IR，通用寄存器R0、R1、R2、R3，暂存器C、D，ALU，移位器，存储器地址寄存器MAR，存储器数据寄存器MDR及存储矩阵M。 （1）要求采用单总线结构画出包含上述部件的硬件框图，并注明数据流动方向。 （2）画出ADD（R1），（R2）指令在取指阶段和执行阶段的信息流程图。 R1寄存器存放源操作数地址，R2寄存器存放目的操作数的地址。 （3）写出对应该流程图所需的全部微操作命令。 解： （1）采用单总线结构的CPU硬件框图如下： （2）ADD（R1），（R2） （3）对应该流程图所 指令流程图如下： 需的全部微操作命令。 ? R1o，MARi1 ?R MDRo，CiR2o，MARi1 ?RMDRo，Di +，MDRi0? -W公操作 18. 假设机器的主要部件同17题，外加一个控制门G。 （1）要求采用双总线结构（每组总线的数据流动方向是单向的），画出包含上述部件的硬件框图，并注明数据流动方向。 （2）画出SUB R1，R3完成（R1）-（R3）?R1操作的指令周期信息流程图（假设指令地址已放在PC中），并列出相应的微操作控制信号序列。 解： （1）双总线结构的CPU硬件框图如下： （2） SUB R1，R3指令周期流程图如下： R1o，G，CiR2o，G，Di-，G，R1i 19. 下表给出8条微指令I1~I8及所包含的微命令控制信号，设计微指令操作控制字段格式，要求所使用的控制位最少，而且保持微指令本身内在的并行性。 解：为使设计出的微指令操作控制字段最短，并且保持微指令本身内在的并行性，应采用混合编码法。首先找出互斥的微命令组，为便于分析，将微命令表重画如下（表中的? 表示该条微指令有这个微命令）： 由表中微命令的分布情况可看出：a、b、c、d、e微命令的并行性太高，因此不能放在同一字段中。另外，由分析可知，在2、3、4分组的互斥组中，3个一组的微命令互斥组对控制位的压缩作用最明显。因此，应尽可能多的找出3个一组的互斥组。现找出的互斥组有：cfj，dij，efh，fhi，bgj，ehj，efj……等等。 从中找出互不相重的互斥组有两个：dij，efh。则：微指令操作控制字段格式安排如下： 1 1 1 1 2 2 各字段编码分配如下：a —— 0 无操作； b —— 0 无操作； 1 a微命令； 1 b微命令c —— 0 无操作； g —— 0 无操作； 1 c微命令； 1 g微命令dij —— 00 无操作； efh —— 00 无操作；  01 d微命令； 01 e  10 i微命令； 10 f 11 j微命令； 11 h  注：每组都应为“无操作”留一种编码。 与采用直接控制法比较： 直接控制法：10个微命令需10位操作控制位； 本方案：10个微命令需8位操作控制位，压缩了2位。 1. 设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有2.5个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS？若机器主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有5个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论？ 解：先通过主频求出时钟周期，再求出机器周期和平均指令周期，最后通过平均指令周期的倒数求出平均指令执行速度。计算如下： 时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6 =125ns机器周期=125ns×2=250ns平均指令周期=250ns×2.5=625ns平均指令执行速度=1/625ns=1.6MIPS  当参数改变后：机器周期= 125ns×4=500ns=0.5μs 平均指令周期=0.5μs×5=