第六章_中央处理器

第六章中央处理器

1.目前的CPU包括__1__、__2__和cache.

答案:1.控制器2.运算器

考点:

2.中央处理器(CPU)的四个主要功能是:__1__、__2__、__3__、__4__.

答案:1.指令控制2.操作控制3.时间控制4.数据加工

考点:

3.CPU中,保存当前正在执行的指令的寄存器为__1__,保存下一条指令地址的寄存器为

__2__,保存CPU访存地址的寄存器为__3__.

答案:1.指令寄存器IR 2.程序计数器3.内存地址寄存器

考点:

4.CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做__1__,他常用若干个__2__来表示,而

后者又包含若干个__3__.

答案:1.指令周期2.机器周期3.时钟周期

考点:

5.运算器进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的,所以他是____部件.

答案:执行

考点:

6.在程序执行过程中,控制器控制计算机的运行总是处于__1__、分析指令和__2__的循环之

中.

答案:1取指令2.执行指令

考点:

7.顺序执行的PC的值__1__,遇到转移和调用指令时,后继指令的地址(即PC的内容)是从指

令寄存器中的__2__取得的.

答案:1.自动加1 2.地址字段

考点:

8.CPU中用于存放当前正在执行的指令并为指令译码器提供信息的部件是____.

答案: 指令寄存器IR

考点:

9.状态寄存器是由各种____拼成的寄存器, 如进位标志、溢出标志等.

答案: 状态标志位

考点:

10.控制器由于设计方法的不同可分为__1__型和__2__型控制器.

答案: 1. 组合逻辑 2. 存储逻辑

考点:

11.控制器生成各种控制信号时,必须按照一定的____进行,以便对各种操作实施时间上的控

制.

答案: 时序

考点:

12.控制器发出的控制信号是__1__因素和__2__因素函数,前者是指出操作数是在什么条件

下进行,后者是指长在什么时刻进行.

答案: 1. 空间2. 时间

考点:

13.在微程序控制中,计算机执行一条指令的过程就是执行一个确定的____的过程.

答案: 微指令程序

考点:

14.组合逻辑控制器又称硬连线控器,是由__1__构成的,它可以根据不同的指令产生不同的

__2__.

答案:1.门电路2. 控制信号

考点:

15．微程序控制器的核心部件是存储微程序的__1__,它一般用__2__构成的.

答案: 1.控制存储器 2.只读存储器

考点:

16. 于数据通路之间的结构关系,微操作可以分为__1__和__2__两种.

答案: 1.相容性 2.互赤性

考点:

17. 微程序入口地址是__1__根据指令的__2__产生的.

答案: 1.译码器 2.操作码

考点:

18. 微命令的编码表示方法是把一组____的微指令信号编码在一起.

答案: 互赤

考点:

19. 微指令执行时,产生后继地址的方法主要有__1__ 、__2__和结合方式.

答案: 1.计数器方式 2.断定方式

考点:

20. 微指令的格式可分为__1__微指令和__2__指令格式.

答案: 1.水平型 2.垂直型

考点:

21. 如果控制存储器使用的是EPROM等可擦写的只读存储器,从而实现运行不同软件时使用不同的程序,那么这种程序称为____.

答案: 动态微程序

考点:

22. 一条转移指令的操作过程包括__1__、__2__、__3__三部分.

答案: 1.取指令 2.指令译码3.计算地址

考点:

23. 任何指令周期的第一步必定是____周期.

答案:取址

考点:

24. 在寄存器之间建立数据通道的任务是由____完成的.

答案: 操作控制器

考点:

25. 微指令中的顺序控制部分用来决定____.

答案:下一条微指令的地址

考点:

26. 计算机执行一条指令的周期可以是__1__,也可以是__2__的,前者指的是在一个周期中含有的节拍数相同.

答案: 1.相同2.不同

考点:

27. 指令的执行过程中,DBUS→MD→IR所完成的功能是将从存储器中读取的指令经存储器数据线送入__1__,再通过总线送入__2__.

答案: 1.存储器的数据寄存器 2.指令寄存器

考点:

28. 一条机器指令的执行可以与一段微指令构成的__1__相对应.微指令可由一系列__2__组成.

答案:1.微程序2.微命令

考点:

29. 操作控制器的功能是根据指令操作码和__1__来产生各种操作控制信号,从而完成__2__和执行指令的控制.

答案: 1.时序信号2.取指令

考点:

30. 一般而言,CPU至少有__1__、__2__、__3__、__4__、__5__、和__6__六个寄存器.

答案:1.程序计数器PC 2.指令寄存器IR 3.地址寄存器AR 4.缓冲寄存器DR 5.程序状态寄存器PSW 6.累加器

考点:

31. 在同一微周期中__1__的微命令,称之为互赤的微指令;在同一微周期中__2__的微指令,称之为相容的微命令.显然,__3__不能放在一起译码.

答案:1.不可能同时出现;2.可以同时出现;3.相容的微命令

考点:

32.微程序设计技术是利用__1__方法设计__2__的一门技术.

答案:1.软件;2.操作控制器

考点:

33.硬布线控制器的基本思想是:某一__1__控制信号是__2__译码输出、__3__信号、__4__信号的逻辑函数.

答案:1.微操作;2.指令操作码;3.时序;4.状态条件

考点:

34. (1)微指令分成____和____微指令两类,____微指令可以同时执行若干个微操作,所以执行指令的速度比____微指令快.

(2)在实现微程序时,取下一条指令和执行本条微指令一般是____进行的,在微指令之间是____执行的.

(3)实现机器指令的微程序一般是存放在____中,而用户可写的控制存储器则是由____组成.

答案(1)水平垂直水平垂直

(2)并行串行

(3)控制存储器EPROM

考点:

35. 微指令格式中,微指令的编码通常采用以下三种方式:__1__,__2__,__3__.

答案:1.直接表示法 2.字段直接表示法3.混合表示法

考点:

36. (1)具有运算器和控制器功能,能分析、控制并执行的部件称为____.

(2)保存当前栈顶地址的寄存器____.

(3)保存当前正在执行的指令的寄存器是____.

(4)指示当前正在执行的指令地址寄存器为____.

(5)微指令分为____型和____型两种类型.

(6)可同时执行若干个微操作的微指令是____型的,其执行速度快于____型微指令.

(7)微程序通常放在____中,用户可改写的控制寄存器由____组成的.

(8)在微程序控制器中,时序信号比较简单,一般采用____.

(9)在同样的半导体工艺条件下,硬布线逻辑比微程序控制逻辑复杂,但硬布线逻辑控制速度比微程序控制速度快,因此,现代型的RISC机中多采用____.

(10)采用两极流水线,第一级为取指令,第二级为执行级.设第一级取指令译码操作时间为200ns,第二级为执行周期,大部分指令在180ns内完成,只有两条指令需要360ns才完成.因此,机器周期应该选定____,两条复杂指令应该用____方法解决.

答案(1)控制器(2)栈顶指示器(3)指令寄存器(4)指令计数器(5)水平、垂直(6)水平、垂直(7)控制寄存器EPROM (8)同步控制(9)组合逻辑控制器(10) 200ns 延长机器周期或局部控制

考点:

37. 实现下列个功能可以使用哪些寄存器?

1. 加法和减法运算;

2. 乘法和除法运算;

3. 表明运算结果是零;

4. 指明操作数超出了机器表示范围;

5. 循环计数;

6. 当前正在运行的指令地址;

7. 向堆栈存放数据的地址;

8. 保存当前正在执行的指令字代码’

9. 识别指令操作码;

10. 暂时存放ALU中运算的操作数和结果.

答案:1. 通用寄存器 2. AX或AL 3. 状态寄存器中的ZF 4. 状态寄存器中的OF

5. CX

6. IP

7. SP

8. IR

9.指令译码器10. AC

考点:

6.2.2 选择题

1. CPU内通用寄存器的位数取决于_______.

A. 寄存器容量

B. 机器字长

C. 指令的长度 C. CPU的管脚数

答案:B

考点:

2.CPU组成中不包括________.

A. 指令寄存器

B. 指令译码器

C. 地址寄存器

D. 地址译码器

答案:D

考点:

3.程序计数器PC属于_______.

A.运算器

B.控制器

C.存储器

D.I/O接口

答案:B

考点:

4.计算机主频的周期是指_________.

A.指令周期

B.时钟周期

C.CPU周期

D.存放周期

答案:B

考点:

5.以硬连线方式构成的控制器也称为_________.

A.组合逻辑型控制器

B.微程序控制器

C.存储逻辑型控制器

D.运算器

答案:A

考点:

6.直接转移指令的功能是指将指令中的地址代码送入_________.

A.累加器

B.地址寄存器

C.PC

D.存储器

答案:C

考点:

7.一节拍脉冲持续的时间长短是___________.

A.指令周期

B.机器周期

C.时钟周期

D.以上都不对

答案:C

考点:

8.运算器的通用寄存器可充当累加器的__________.

A.仅一个

B.有两个

C.有四个

D.不少于一个

9.指令周期是指________.

A.CPU从主存取出一条指令的时间

B.CPU执行一条指令的时间

C.CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间

D.时钟周期时间

答案:C

考点:

10.Intel80486是32位微处理器,Pentium是____位微处理器.

A.16

B.32

C.48

D.64

答案:D

考点:

11.在CPU中,跟踪后继指令地址的寄存器是____.

A.指令寄存器B程序计数器

C.地址寄存器

D.状态寄存器

答案:B

考点:

12.状态寄存器用来存放_____.

A. 算术运算结果

B. 逻辑运算结果

C. 运算类型

D. 算术逻辑运算及测试指令的结果状态.

答案:D

考点:

13. 微程序存放在____中.

A 控制存储器

B RAM

C指令寄存器

D 内存储器

答案A

考点:

14.与未指令的执行周期对应的是____.

A.指令周期

B.机器周期

C.节拍周期

D.时钟周期

答案:B

考点:

15.在微程序控制中,机器指令和微指令的关系是____.

A.每一条机器指令由一条微指令来执行

B.一条微指令由若干条机器指令组成.

C.每一条机器指令由一段用微指令组成的微程序来解释执行

D.一段微程序由一条机器指令执行

答案:C

考点:

16.在并行微程序控制器中,下列叙述正确的是____.

A.执行现行指令的操作与取下一条微指令的操作在时间上是并行的.

B.执行现行指令的操作与取下一条微指令的操作在时间上是并串的.

C.执行现行指令的操作与执行下一条微指令的操作在时间上是并行的.

D.取先行微指令的操作与执行现行微指令的操作在时间上是并行的. 答案:A

考点:

17.将微程序存储在ROM中不加以修改的控制属于____.

A.组合逻辑控制器

B.动态微程序控制器

C.PLA控制器

D.静态微程序控制器

答案:D

考点:

18.关于微指令的编码方式,下面叙述正确的是____.

A.直接表示法和编码表示法不影响微指令的长度.

B.一般情况下,直接表示法的微指令数较多.

C.一般情况下,编码表示法的微指令位数较多

D.以上都不对.

答案:B

19.在计算机中存放指令的控制存储器属于____.

A.外存

B.高速缓存

C.内存储器

D.CPU

答案:D

考点:

20.微指令的格式氛围水平微指令和垂直微指令,水平微指令的位数____,用它编写的微程序

____.

A.较少

B.较多

C.较长

D.较短

答案B D

考点:

21.某积存器中的值有时是地址,这只有计算机的____才能识别它.

A.译码器

B.判断程序

C.指令

D.时序信号

答案:C

考点:

22.以下叙述中,正确的是:____

A.同一个CPU周期中,可以并行执行的微操作叫相容性微操作.

B.同一个CPU周期中,不可以并行执行的微操作叫相容性微操作.

C.同一个CPU周期中,可以并行执行的微操作叫相斥性微操作.

D.同一个CPU周期中,不可以并行执行的微操作叫相斥性微操作.

答案:A D

考点:

23.由于CPU内部的操作速度较快,而CPU访问一次主存所花的时间较长,因此机器周期通

常用____来规定.

A.主存中读取一个指令字的最短时间

B.主存中读取一个数据字的最长时间

C.主存中写入一个数据字的平均时间

D.主存中取一个数据字的平均时间

答案:A

考点:

24.异步控制常作为________的主要控制方式.

A. 单忠线结构计算机中访问主存与外围设备时

B. 微型机的CPU控制中

C. 组合逻辑控制的CPU中

D. 微程序控制中

答案:A

25.和具有m个并行部件的处理器相比,一个m段流水线处理器____.

A.具备同等水平的吞吐能力

B.不具备同等水平的吞吐能力

C.吞吐能力大于前者的吞吐能力

D.吞吐能力小于前者的吞吐能力

答案: A

考点:

26.水平微指令与垂直微指令相比____.

A.前者一次只能完成一个操作

B.后者一次只能完成一个操作

C.两者都是一次只能完成一个操作

D.两者都能一次完成多次操作

答案:B

考点:

27.操作控制器的功能是____.

A.产生时序信号

B.从主存存取出一条指令

C.完成指令操作码译码

D.从主存取出指令,完成指令操作码译码,并产生先观的操作控制信号,以结实执行该指令答案:D

考点:

28.CPU读/写控制信号的作用是____.

A.决定数据总线上的数据流方向.

B.控制存储操作(R/W)的类型

C.控制流入流出存储器信息的方向

D.以上任一作用

答案:D

考点:

29.为了确定下一条微指令的地址,通常采用断定方式,其基本思想是: ____

A.用程序计数器PC来产生后继微指令的地址

B.通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判断字段控制产生后继微指

令地址

C.用程序计数器来产生后继微指令地址

D.通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继指令地址．

答案：B

考点:

30.假设微操作控制信号用Cn来表示，指令操作码译码器输出用Im表示，节拍电位信号用

Mk表示，节拍脉冲信号用Ti表示，状态反馈信息用BJ表示，则硬布线控制器的基本原理可表示为＿＿．

https://www.wendangku.net/doc/d315215462.html,=f(Im,Ti)

https://www.wendangku.net/doc/d315215462.html,=f(Im, Bj)

https://www.wendangku.net/doc/d315215462.html,=f(Mk,Ti,Bj)

https://www.wendangku.net/doc/d315215462.html,=f(Im,Mk,Ti,Bj)

答案：D

考点:

31.多媒体CPU是指____.

A.以时间并行性为原理构造的处理器

B.MMX技术的处理器,适合于图象处理

C.精简指令系统的处理器

D.拥有以上所有的特点

答案:B

考点:

32.下列信号中,____属于“操作”.

A.BUS→PC

B.MDR→BUS

C.PC→MAR

D.(PC)+1

答案:C,D

考点:

33.在计算机系统中,表征系统运行状态的部件是____.

A.程序计数器

B.累加寄存器

C.中断寄存器

D.程序状态字

答案:D

考点:

34.用于科学计算的计算机中,改善系统性能的主要措施是:____.

A.提高CPU的主频

B.扩大主存容量

C.采用非冯.诺依曼结构

D.采用并行处理技术.

答案:A

考点:

35.从供选择的答案中,选出正确的答案填空.

微指令分为__A__和__B__,__C__可以同时执行若干个__D__,所以执行速度比__E__的速度快;在执行微程序时,取下一条微指令和执行本条微指令一般是__F__进行的,而微指令之间是__G__执行的；实现机器指令的微程序指令的程序一般存放在__H__中,用户可以的控制存储器则是由__I__组成.

供选择的答案:

1.微指令

2.微操作

3. 水平型微指令

4. 垂直型微指令

5.顺序

6.重叠

7. 随机存储器(RAM) 8.只读存储器(ROM)

答案:A:3 B:4 C:3 D:2 E:4 F:6 G:5 H:8 I: 7

考点:

36.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____us. 如A机的平均指令执行速度为0.4MIPS,那A机的平均指令周期为___B___us, B机的平均指令执行速度为__C__MIPS.

供选择的答案:

1. 0.125

2. 0.25

3. 0.5

4. 0.6

5. 1.25

6. 1.6

7. 2.5

答案:A: 1 B: 7 C: 4

考点:

37.在计算机中存放指令地址的叫__A___,在取指令之前,首先把___A___的内容送到___B__, 然后由CPU发读命令,把指令从___B___指定的内存单元中取出,送到CPU的___C___;在执行__D__类指令或___E___类操作时,____A___必须是接受新地址功能.

供选择的答案:

1. 指令

2. 累加器

3. 通用寄存器

4. 变址寄存器

5. 程序计数器

6. 状态寄存器

7.内存地址寄存器

8. 指令寄存器

9. 转移

10. 控制11.算术12. 中断13. DMA 14.I/O

答案: A: 5 B:7 C:8 D:9 E:12

考点:

38.在高速计算机中,广泛采用流水线技术.例如,可以将指令执行分为取指令,分析指令和执行指令3个阶段.不同的指令的不同阶段可以________执行,各阶段的执行时间最好_________, 否则在流水线运行时,每个阶段的执行时间应取________.

供选择的答案:

1. A.顺序 B. 重叠 C.循环 D. 并行

2.A.为0 B.为1个周期C. 相等 D.不等

3.A.3个执行阶段时间之和 B. 3个阶段执行时间的平均值

C.3个阶段执行时间的最小值

D. 3个阶段执行时间的最大值

答案: 1. D 2. C 3.D

考点:

39.从下列有关RISC的描述中,选择正确的描述:

1.RISC技术是一种反璞归真的技术,经过指令系统不断复杂化的进程,使指令系统又恢复到原来简单指令系统.

2.RISC的指令系统是从复杂指令系统中挑选出的一些指令的集合.

3.RISC单周期执行的目标是:在采用流水线结构的计算机中,大体上每个机器周期完成一条指令,而不是每条指令只需一个机器周期就能完成.

4. RISC的指令很短,以保证每个机器周期能完成一条指令.

5.RISC需要采用编译优化技术来减少程序运行时间.

6.RISC采用延迟转移的方法来缓解转移指令所造成的流水线组织阻塞的情况.

7.由RISC的发展趋势可以得出一个结论:计算机的指令系统越简单越好.

答案: 4 5 6

考点:

6.2.3判断题

1.在主机中,只有内存能存放数据.

答案: 错: 寄存器也可以存放数据.

考点:

2.一个指令周期由若干个机器周期组成.

答案: 对.

考点:

3.非访问指令不需从内存中取操作数,也不需将目的操作数存放到内存,因此这类指令执行

不需地址寄存器参与工作.

答案: 错.取指操作需地址寄存器参与工作

考点:

4.与微程序控制器相比,组合逻辑控制器的速度较快.

答案: 对.

考点:

5.流水线中相关问题,还指在一段程序的相邻指令之间存在某种关系,这种关系影响指令的

并行执行.

答案:错.流水线相关问题,包括指令相关,主存操作数相关,通用寄存器相关,变址相关,控制相关等.

考点:

6.内部总线是指CPU内部连接一个逻辑部件的一组数据传输线,由三态门和多路开关来实

现.

答案:错. 内部总线是微处理器芯片内个部件的连接总线,由三态门来支配总线的使用权.

考点:

7.在CPU中,译码器主要用在运算器中挑选都路输入数据中的某一路数据送到ALU.

答案:错. 在CPU 中,译码器主要用于指令的译码,寻址模式的译码\操作数地址的译码.

考点:

8.串行寄存器一般都具有移位功能.

答案:对.

考点:

9.对一个并行寄存器来说,只要时钟脉冲到来,便可从输出断同时输出各位的数据.

答案:错.时钟脉冲到来,数据便被置入寄存器.

考点:

10.计数器的功能是对输入脉冲进行计数,不能用它作为分频器定时等.

答案:错.可以用它作为分频器或定时等.

考点:

11.可编程逻辑阵列是主存的一部分

答案:错. 可编程逻辑阵列是控制器的一部分

考点:

12.控制存储器是用来存放微程序的寄存器,它应该比主存速度快

答案:对

考点:

13.机器的主频最快,机器的速度就最快

答案:错. 计算机的运算速度首先与主频有关,主频越高运算速度越快.其次是字长,字长越长,单位时间内完成的数据运算就越多,运算速度就越快.最后是计算机的体系结构,体系结构合理,同样器件的整机速度就快,比如存储器采用分级结构,处理机采用流水线结构,多机结构,都是为了提高计算机整机的运算速度和效率而做的体系结构方面的改进.所以,不能说机器的主频最快,机器的速度最快

6.2.4简答

1.计算机内部有哪两股信息在流动?它们彼此偶什么关系?

答: 一股是控制信息,即操作命令,其发源地是控制器,它分散流向各个部件;一股是数据信息,它受控制信息的控制,从一个部件流向另一个部件,边流动边加工处理.

考点:

2.如何区分数据信息和控制信息?

答:指令和数据统统放在内存中,从形式上看,它们都是二进制编码,似乎很难分清哪些是指令字,哪些是数据字,然而控制器完全可以分辨它们.一般来讲,取指周期从内存读出的信息是指令流,它流向控制器,由控制器解释从而发出一系列微操作信号:而执行周期从内存读出或送入内存的信息流就是数据流,它由内存流向运算器,或者由运算器流向内存.

考点:

3.微程序控制器有何特点?

答:与硬连线控制器比较,微程序具有规整性,可扩充性等优点,是一种用软件方法来设计硬件的技术.它可实现复杂指令的操作控制,且极具灵活性,可方便地增加和修改指令.

考点:

4.什么是8086的指令预取?

答:8086的指令预取是指总线空闲时, 8086从存储器中读取指令存放到指令队列中,从而加速指令的处理.

考点:

5.控制器的控制方式解决什么问题?有哪几种基本控制方式?

答:计算机的基本工作由指令控制,指令的操作不仅涉及CPU内部,还涉及内存和I/O接口,另外,指令的繁简程度不同,所需的执行时间也有很大差异,如何根据具体情况实施不同的控制,就是控制方式要解决的问题.

控制部件有三种控制方式:同步控制,异步控制和联合控制.

考点:

6.什么叫指令?什么叫微指令?二者有什么关系?

答:指令,即指机器指令,每一条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作.

控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令而一组实现一定操作功能的微命令的集合,构成一条微指令.

一条机器指令在执行是,需要计算机做很多微操作.在微操作控制中,一条机器指令需要由一组微指令组成的微程序来完成,即微程序完成对指令的解释执行.因此,一条指令对应多条微指令,而一条微指令可分为多个机器指令服务.

考点:

7.机器指令包括哪两个基本要素?微指令又包括哪两个基本要素?程序靠什么实现顺序执

行?靠什么实现转移?微程序中顺序执行和转移依靠什么方法?

答:机器指令包括操作码和地址码.微指令包括微命令字段和下地址字段.程序中靠程序计数器PC实现程序的顺序执行,靠转移指令实现转移.微程序中:若采用计数法,则靠微程序计数器uPC计数实现微程序的顺序执行,靠微转移指令实现转移,若采用下址法,则靠下址字段和控制字段决定下一条微指令的地址,可能是顺序执行也可能是转移执行.

考点:

8.在组合逻辑控制器中,指令寄存器IR提供哪些命令形成有关的信息?时序部件提供哪些

信号?它们在微命令形成中起什么作用?为什么微命令的形成与状态信息(PSW中的标志位)有关?

答:指令寄存器IR提供的操作码OP和寻址模式与微操作命令有关.

时序部件提供机器周期状态电位,节拍电位,脉冲信号,它们在微命令形成中起时序控制作用.

状态信息(PSW中的标志位)决定了微程序的转移,不同分支的微程序所需的微命令不同,所以微命令的形成与状态信息( PSW中的标志位)有关.

考点:

6.3综合题

6.3.1 微指令的格式

1．己知某计算机有80条指令，平均每条指令由12条微指令组成，其中有一条取指微 指令是所有指令公用的，设微指令长度为32位。请算出控制存储器容量。

解：微指令所占的单元总数：(12+79?11) ?32=881?32

所以控制存储器容量可选IK ?32。

2．某机采用微程序控制器，已知每一条机器指令的执行过程均可分解成8条微指令组 成的微程序，该机指令系统采用6位定长操作码格式。

(1)控制存储器至少应能容纳多少条微指令?

(2)如何确定杜L 器指令操作码与该指令微程序起始地址的对应关系，请给出具体方案。 解:

（1）由于—条机器指令可以分解为8条微指令，并且机器指令系统采用6位定长编码 这样系统中最多的完全不同(微指令所有字段都不相同)微指令个数为所有6位二进制数 个数与操作码长度的乘积。

6位定长操作码总共有26=64种不同的组合，可容纳的微指令条数为64?8=512。

（2）根据以上分析，控存至少要有512个单元，所以微地址至少为9位。可用操作码 直接修改微地址的6位，从而形成多路分支转移。可能采用的一种修改方案如下：

6OP 5OP 4OP 3OP 2OP

1OP

8AR μ 7AR μ 6AR μ 5AR μ4AR μ 3AR μ

3．表6.1中给出了8条指令I1~I8所包含的微命令控制信号。试设计微指令控制字段要求所用的控制位最少，而且保持微指令本身内在的并行性。

表6.1 微指令与包含微命令对应表

解：微指令与包含的命令对应表如表6.2所示。

微指令 所包含微命令 微指令 所包含微命令 I1 ABCDE I2 ADFG I3 BH I4 C I5 CEGI I6 AHJ I7 CDH I8 ABH 微指令 A B C D E F G H I J

I1

I2 ADFG

I3 BH

I4 C

01：E 01：B 1：A 1：C 1：D 1：G

10：F 10：I

11：H 11：J

4．某机采用微程序控制方式，微指令字长24位，水平型编码控制的微指令格式，断定方式，共有微命令30个，构成4个相斥类，各包含5个、8个、14个和3个微命令，外部条件共3个。

（1）控制存储器的容量应为多少?

（2）设计出微指令的具体格式。

解：

（1）30个微命令构成4个相斥类，其中5个相斥微命令需3位编码；8个相斥微命令需4位编码，14个相斥微命令需4位编码，3个相斥微命令需2位编码：外部条件3个,采用断定方式需2位控制位。以上共需15位。微指令字长24位，采用水平型编码控制的微指令格式，所以还剩9位作为下址字段，这样控制存储器的容量应为512?24.

（2）微指令的具体格式如图6.3所示。

5. 已知某运算器的基本结构如图

6.4所示，它具有+(加)、-(减)、M(传送)种操作。

（1）写出图6.4中IM2表示的运算器操作的微命令。

（2）指出相斥性微操作。

（3）设计适合此运算器的微指令格式。

解:

（1）图6.4中1~12表示的运算器操作的微命令分别为：

1：+ 2：- 3：M

4：A R →1 5：A R →2 6：A R →3

7：B R →3 8：B R →2 9：B R →1

10：1R BUS → 11：2R BUS → 12：3R BUS →

（2）以下几组微命令是相斥的：

+、-、M

A R →1、A R →2、A R →3

B R →1、B R →2、B R →3

1R BUS →、2R BUS →、3R BUS →

（3

01：+ 01：A R →1 01：B R →1 01：1R BUS →

10：- 10：A R →2 10：B R →2 10：2R BUS →

11：M 11：A R →3 11：B R →3 11

：3R BUS →

图6.5

6．已知某机采用微程序控制方式，其存储器容量为512?40(位)，微程序在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序的条件共12个，微指令采用水平型格式，后继

(1)微指令中的三个字段分别应为多少位?

(2)画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。

解：

（1）假设判别测试字段中每一位为一个判别标志，那么由于有12个转移条件，故该字段为4位，下地址字段为9位。由于控制容量为512单元，微命令字段是(40-4-9)=27位。

（2）对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框如图6.6所示：其中微地址寄存器对应下地址字段，P字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令子段，后两部分组成微指令寄存器。地址转移逻辑的输入是指令寄存器OP码，和各状态条件：以及判别测试字段所给的判别标志(某一位为1)，其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序是分支转移。

图6.6 微程序控制器逻辑框图

7.图6.7所示为微机模型机的CPU结构图，试用字段直接译码法设汁适用此运算器的微指令格式。

图6.7

解:使用字段编码方式，首要问题是找出哪些微命令是互斥的，哪些微命令是相容的。在图6.7模型机硬件结构简图中CPU 内部总线结构，因此：

（1）将数据送到内部总线的信号(XX →IB)是互斥的。

（2）由内部总线IB 上接收数据的信号XXin 不存在互斥关系，但由于两个寄存器同时从IB 上获得同一数据的可能性并不大，因此将其编入同一个字段。

（3）同一部件的同一类操作是互斥的。例如，ALU 的各种操作ADD 、ADC 、SUB 、AND 以及内存的读写操作MMRD 、MMWR 之间,都是互斥的。

（4）寄存器的各类计数微命令是互斥的。

（5）存储器和外设的读写命令是互斥的。

（6）对AR 和DR 操作的微命令是互斥的。

模型机微指令格式最后设计如图6.8所示。

0001:IB AX → 0001:AXin 01:DB DR → 01:AB AR →00001:ADD 0010:IB BX → 0010:BXin 10:DR DB → 10:ARin 00010:ADC 0011:IB CX → 0011:CXin 11:IRin 00011:SUB

0100:IB DX → 0100:DXin 00100:SBB

0101:IB SI → 0101:SIin 00101:AND 0110:IB DI → 0110:DIin 00110:OR

0111:IB BP → 0111:BPin 00111:XOR

1000:IB SP → 1000:SPin 01000:SAL 1001:IB S → 1001:Sin 01001:SAR 1010:IB T → 1010:Tin 01010:SHR 1011:IB PC → 1011:PCin 01011:ROL 1100:IB PSW →1100:PSWin 01100:ROR 1101:IB DR → 1101:DRin 01101:RCL 01110:RCR 01111:T →0 10000:INC 10001:DEC 10010:NEG 10011:NOT 10100:SI 2+ 10101:SI 2-

0001:DI 2+ 0001:MMRD

0010:DI 2- 0010:MMWR

0011:SP 2+ 0011:IORD

0100:SP 2- 0100:IOWR

0101:PC 2+ 0101:INTA

0110:PC →0 0110:DMAA

0111:CX 1-

1000:CX 1+

1001:CT →0

6.3.2 指令执行流程

1.CPU 结构如图6.9所示，其中包括一个累加寄存器AC 、一个状态寄存器和其他四个寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。

(1)标明图6.9中四个寄存器的名称。

(2)简述取指令的数据通路。

(3)简述完成指令LDA X 的数据通路（X 为内存地址，LDA 功能为(X)→(AC)）。

(4)简述完成指令ADD 的数据通路(Y 为内存地址，ADD 功能为(AC)+(Y) →(AC))。

(5)简述完成指令STAZ 的数据通路(Z 为内存地址,STA 功能为(AC)→(Z))。

图6.9

解:

(1)A为数据缓冲寄存器MDR，B为指令寄存器IR，C为主存地址寄存器MAR为程序计数器PC。

(2)取指令的数据通路：PC→NLAR→NLM→MDR→IR

(3)指令LDAX的数据通路：X→MAR→MM→MDR→ALU→AC

(4)指令ADDY的数据通路：Y→MAR→MM→MDR→ALU→ADD→AC

(5)指令STAZ的数据通路：Y→MAR，AC→MDR→MM

2．图6.10(a)为某模型机数据加工通路。其中：∑为并行加法器，1→∑为最低位的

进位，A、B、C、D为四个寄存器，PA、PB、PC、PD分别为四个寄存器的数据接收脉冲信号，图中其余的控制信号均为电平信号，电平信号与脉冲信号的时间关系如图6.10(b)所示。试拟出在这样的通路上实现下列运算所需的微操作：

(1)(D)-(C)→(D)

(2)(D)/2+(C)→(D)

(3)(D)-1→(D)

(4)2(C)+1→(C)

解：

(1)(D)-(C)→(D)的微操作

D→A，PA；M；∑→B，PB；C→A, PA；-,PD

(2)(D)/2+(C)→(D)的微操作

D→A, PA；M；1/2∑→B，PB；C→A，PA；+, PD

（3）(D)-1 (D)的微操作

D →A ，PA ；M ； ∑→B ；1→∑，-，PD

（4）2(C)+1→(C)的微操作

C →A ，PA ；M ；2∑→B ， PB ： 1→∑； +, PC

（5）图6.10中以下几组微操作是互斥的：

① + 、-、 M

② ∑B 、 1/2∑→B 、∑→B 、2∑→B

③ C →A 、 D →A

④ PA 、PB 、 PC 、 PD

⑤ 1→∑

组与组之间是相容的。字段直接编码方式的微命令格式如下:

001：B →∑ 001：PA 01：+ 1：∑→1

010：B →∑2/1 010：PB 10：-

011：B →∑ 011：PC 11：M

100：B →∑2 100：PD

101：A C →

110：A D →

3．运算器为三总线结构，三总线分别称为B1、B2、B3，连接B2、B3的控制信号为6。算逻部件ALU 可进行ADD 、SUB 、AND 、OR 、XOR 五种运算，输出多路器可进行直送(V) 、左移一位(L) 、右移一位(R)三种操作,三个通用寄存器R0,R1,R2都有输入信号和输出信号,如图6.11所示.