【正文】 為A最高、B次之、C最低，處理優(yōu)先級為A最高、C次之、B最低。CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：第九章2. 控制單元的功能是什么？其輸入受什么控制？答：控制單元的主要功能是發(fā)出各種不同的控制信號。其輸入受時鐘信號、指令寄存器的操作碼字段、標志和來自系統(tǒng)總線的控制信號的控制。3. 什么是指令周期、機器周期和時鐘周期？三者有何關系？答：CPU每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間叫指令周期；機器周期是在同步控制的機器中，執(zhí)行指令周期中一步相對完整的操作（指令步）所需時間，通常安排機器周期長度等于主存周期；時鐘周期是指計算機主時鐘的周期時間，它是計算機運行時最基本的時序單位，對應完成一個微操作所需時間，通常時鐘周期等于計算機主頻的倒數(shù)。 4. 能不能說機器的主頻越快，機器的速度就越快，為什么？解：不能說機器的主頻越快，機器的速度就越快。因為機器的速度不僅與主頻有關，還與數(shù)據(jù)通路結構、時序分配方案、ALU運算能力、指令功能強弱等多種因素有關，要看綜合效果。5. 設機器A的主頻為8MHz，機器周期含4個時鐘周期，試求該機的平均指令周期和機器周期，每個指令周期中含幾個機器周期？如果機器B的主頻為12MHz，且機器周期也含4個時鐘周期，試問B機的平均指令執(zhí)行速度為多少MIPS?解：先通過A機的平均指令執(zhí)行速度求出其平均指令周期，再通過主頻求出時鐘周期，然后進一步求出機器周期。B機參數(shù)的算法與A機類似。計算如下：A機平均指令周期=1/=A機時鐘周期=1/8MHz=125nsA機機器周期=125ns4=500ns= A機每個指令周期中含機器周期個數(shù)=247。=5個B機時鐘周期 =1/12MHz187。83nsB機機器周期 =83ns4=332ns設B機每個指令周期也含5個機器周期，則：B機平均指令周期=332ns5=B機平均指令執(zhí)行速度=1/= 結論：主頻的提高有利于機器執(zhí)行速度的提高。6. 設某機主頻為8MHz，每個機器周期平均含2個時鐘周期，每條指令平均有4個機器周期，試問該機的平均指令執(zhí)行速度為多少MIPS？若機器主頻不變，但每個機器周期平均含4個時鐘周期，每條指令平均有4個機器周期，則該機的平均指令執(zhí)行速度又是多少MIPS？由此可得出什么結論？解：先通過主頻求出時鐘周期，再求出機器周期和平均指令周期，最后通過平均指令周期的倒數(shù)求出平均指令執(zhí)行速度。計算如下：時鐘周期=1/8MHz=106s機器周期=106s2=106s平均指令周期=106s4=106s平均指令執(zhí)行速度=1/106s=1MIPS當參數(shù)改變后：機器周期= 106s4=106s平均指令周期=106s4=2106s平均指令執(zhí)行速度=1/（2106s） =結論：兩個主頻相同的機器，執(zhí)行速度不一定一樣。7. 某CPU的主頻為10MHz，若已知每個機器周期平均包含4個時鐘周期，該機的平均指令執(zhí)行速度為1MIPS，試求該機的平均指令周期及每個指令周期含幾個機器周期？，則計算機的平均指令執(zhí)行速度為多少MIPS？若要得到平均每秒80萬次的指令執(zhí)行速度，則應采用主頻為多少的CPU芯片？解：先通過主頻求出時鐘周期時間，再進一步求出機器周期和平均指令周期。 時鐘周期=1/10MHz=106s機器周期=106s4=106s 平均指令周期=1/1MIPS=106s 每個指令周期所含機器周期個數(shù)=106s /106s = 當芯片改變后：機器周期=4=平均指令周期==4181。s 平均指令執(zhí)行速度=1/4181。s= 若要得到平均每秒80萬次的指令執(zhí)行速度，則:平均指令周期=1/=106=機器周期=247。=時鐘周期= 247。4=CPU主頻=1/=8MHz8. 某計算機的主頻為6MHz，各類指令的平均執(zhí)行時間和使用頻度如下表所示，試計算該機的速度（單位用MIPS表示），若上述CPU芯片升級為10MHz，則該機的速度又為多少？指令類別存取加、減、比較、轉(zhuǎn)移乘除其它平均指令執(zhí)行時間10181。s使用頻度35%45%5%15%解: (1)指令平均運行時間 =（++10+）μs= 機器平均運行速度 = 1/≈(2)時鐘周期 = 1/6MHz≈ 指令平均運行周期數(shù) = 247。≈若CPU芯片升級為10MHz，時鐘周期 = 1/10MHz=指令平均運行時間 = =機器平均運行速度 = 1/≈10. 試比較同步控制、異步控制和聯(lián)合控制的區(qū)別。答：同步控制是指任何一條指令或指令中任何一個微操作的執(zhí)行都是事先確定的，并且都受同一基準時標的時序信號所控制的方式。異步控制無基準時標信號，微操作的時序是由專門的應答線路控制，即控制單元發(fā)出執(zhí)行某一微操作的控制信號后，等待執(zhí)行部件完成了該操作后發(fā)回“回答”或“結束”信號，再開始新的微操作。聯(lián)合控制是同步控制和異步控制相結合的方式，即大多數(shù)操作（如CPU內(nèi)部各操作）在同步時序信號的控制下進行，少數(shù)時間難以確定的微操作（如涉及I/O操作）采用異步控制。11. ，此外還設有B、C、D、E、H、L六個寄存器，它們各自的輸入和輸出端都與內(nèi)部總線相通，并分別受控制信號控制（如Bi為寄存器B的輸入控制；Bo為B的輸出控制）。要求從取指令開始，寫出完成下列指令所需的全部微操作和控制信號。 （1）ADD B，C ((B)+(C) 174。B) （2）SUB A,H ((AC)(H) 174。AC)解：先畫出相應指令的流程圖，然后將圖中每一步數(shù)據(jù)通路操作分解成相應的微操作，再寫出同名的微命令即可。 （1） ADD B，C指令流程及微命令序列如下：（2） SUB A，H指令流程及微命令序列如下：13. ，此外還設有R1~R4四個寄存器，它們各自的輸入和輸出端都與內(nèi)部總線相通，并分別受控制信號控制（如R2i為寄存器R2的輸入控制；R2o為R2的輸出控制）。要求從取指令開始，寫出完成下列指令所需的全部微操作和控制信號。 （1）ADD R2，@R4 ； ((R2)+((R4)) 174。R2，寄存器間接尋址) （2）SUB R1,@mem ； ((R1)((mem)) 174。R1，存儲器間接尋址)解：（1）ADD R2，@R4的指令周期信息流程圖及微操作控制信號如下： （2）SUB R1,@mem指令周期信息流程圖及微操作控制信號如下： 14. ，其中M為主存，XR為變址寄存器，EAR為有效地址寄存器，LATCH為鎖存器。假設指令地址已存于PC中，畫出“LDA *D”和“SUB X,D”指令周期信息流程圖，并列出相應的控制信號序列。說明：（1）“LDA *D”指令字中*表示相對尋址，D為相對位移量。（2）“SUB X,D”指令字中X為變址寄存器XR，D為形式地址。（3）寄存器的輸入和輸出均受控制信號控制，例如，PCi表示PC的輸入控制信號，MDRo表示MDR的輸出控制信號。（4）凡是需要經(jīng)過總線實現(xiàn)寄存器之間的傳送，需要在流程圖中注明，如PC174。Bus174。MAR，相應控制信號為PCo和MARi。解：（1）“LDA *D”指令周期信息流程圖及微操作控制信號如下：（2）“SUB X,D” 指令周期信息流程圖及微操作控制信號如下：第十章1. 假設響應中斷時，要求將程序斷點存在堆棧內(nèi)，并且采用軟件辦法尋找中斷服務程序的入口地址，試寫出中斷隱指令的微操作及節(jié)拍安排。解：設軟件查詢程序首址為0號內(nèi)存單元，則中斷隱指令的微操作命令及節(jié)拍安排如下： T0 0 SPT1 ，SP174。 MART2 SP174。W，SP+1 M（MAR）T3 PSW174。MAR，MDR174。SPT4 1174。 W，SP+1174。MDR， 174。M（MAR） PC174。EINT 由于題意中沒有給出確切的數(shù)據(jù)通路結構，故上述節(jié)拍分配方案的并行性較低。174。PC，MDR174。0 174。MDR，1174。MAR 2. 寫出完成下列指令的微操作及節(jié)拍安排（包括取指操作）。 （1）指令ADD R1，X完成將R1寄存器的內(nèi)容和主存X單元的內(nèi)容相加，結果存于R1的操作。 （2）指令ISZ X完成將主存X單元的內(nèi)容增1，并根據(jù)其結果若為0，則跳過下一條指令執(zhí)行。解：設采用單總線結構的CPU數(shù)據(jù)通路如下圖所示，且ALU輸入端設兩個暫存器C、D（見17題圖）。并設采用同步控制，每周期3節(jié)拍： （1）指令ADD R1，X的微操作及節(jié)拍安排如下： 取指周期：T0 PC174。MAR，1174。 RT1 M(MAR) 174。MDR，PC+1174。PCT2 MDR174。IR,OP(IR) 174。ID執(zhí)行周期1：T0 Ad（IR）174。MAR，1174。R T1 M(MAR) 174。MDRT2 MDR174。D執(zhí)行周期2：T0 R1174。CT1 +T2 ALU174。R1（2）指令ISZ X的微操作及節(jié)拍安排:取指周期同（1）:略執(zhí)行周期1: T0 Ad（IR）174。MAR，1174。R T1 M(MAR)174。MDRT2 MDR174。C，+1174。ALU 執(zhí)行周期2：T0 ALU174。MDR，1174。W T1 (PC+1)Z+ PC174。PC 12. 能否說水平型微指令就是直接編碼的微指令，為什么？解：不能說水平型微指令就是直接編碼的微指令，因為符合水平型微指令特征的微指令都屬于水平型微指令，常見的有：直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼，及混合編碼等。直接編碼的微指令只是最典型的一種。15. 設控制存儲器的容量為51248位，微程序可在整個控存空間實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，而控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共有4個（采用直接控制），微指令格式如下：解：因為控制存儲器共有512*48=29*48所以，下址字段應有9位，微指令字長48位又因為控制微程序轉(zhuǎn)移的條件有4個，4+1=23所以判斷測試字段占3位因此控制字段位數(shù)為：4893=3648 13 12 10 9 1 控制字段 測試字段 下址字段微指令格式為： 21. 下表給出8條微指令I1~I8及所包含的微命令控制信號，設計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內(nèi)在的并行性。解：為使設計出的微指令操作控制字段最短，并且保持微指令本身內(nèi)在的并行性，應采用混合編碼法。首先找出互斥的微命令組，為便于分析，將微命令表重畫如下：由表中微命令的分布情況可看出：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4分組的互斥組中，3個一組的微命令互斥組對控制位的壓縮作用最明顯。因此，應盡可能多的找出3個一組的互斥組?，F(xiàn)找出的互斥組有：cfj，dij，efh，fhi，bgj，ehj，efj……等等。從中找出互不相重的互斥組有兩個：dij，efh。則：微指令操作控制字段格式安排如下： 1 1 1 1 2 2abcefhdij各字段編碼分配如下： a：0 無操作，1 a微命令； b：0 無操作，1 b微命令； c: 0 無操作,1 c微命令； g :0 無操作, 1 g微命令；dij ：00 無操作；01 d微命令；10 i微命令；11 j微命令；efh：00 無操作；01 e微命令；10 f微命令；11 h微命令與采用直接控制法比較：直接控制法：10個微命令需10位操作控制位；本方案中10個微命令需8位操作控制位，壓縮了2位。