【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(hào)。其輸入受時(shí)鐘信號(hào)、指令寄存器的操作碼字段、標(biāo)志和來自系統(tǒng)總線的控制信號(hào)的控制。3. 什么是指令周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期？三者有何關(guān)系？答：CPU每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間叫指令周期；機(jī)器周期是在同步控制的機(jī)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(shí)間，通常安排機(jī)器周期長度等于主存周期；時(shí)鐘周期是指計(jì)算機(jī)主時(shí)鐘的周期時(shí)間，它是計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)最基本的時(shí)序單位，對應(yīng)完成一個(gè)微操作所需時(shí)間，通常時(shí)鐘周期等于計(jì)算機(jī)主頻的倒數(shù)。 4. 能不能說機(jī)器的主頻越快，機(jī)器的速度就越快，為什么？解：不能說機(jī)器的主頻越快，機(jī)器的速度就越快。因?yàn)闄C(jī)器的速度不僅與主頻有關(guān)，還與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)、時(shí)序分配方案、ALU運(yùn)算能力、指令功能強(qiáng)弱等多種因素有關(guān)，要看綜合效果。5. 設(shè)機(jī)器A的主頻為8MHz，機(jī)器周期含4個(gè)時(shí)鐘周期，試求該機(jī)的平均指令周期和機(jī)器周期，每個(gè)指令周期中含幾個(gè)機(jī)器周期？如果機(jī)器B的主頻為12MHz，且機(jī)器周期也含4個(gè)時(shí)鐘周期，試問B機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少M(fèi)IPS?解：先通過A機(jī)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(shí)鐘周期，然后進(jìn)一步求出機(jī)器周期。B機(jī)參數(shù)的算法與A機(jī)類似。計(jì)算如下：A機(jī)平均指令周期=1/=A機(jī)時(shí)鐘周期=1/8MHz=125nsA機(jī)機(jī)器周期=125ns4=500ns= A機(jī)每個(gè)指令周期中含機(jī)器周期個(gè)數(shù)=247。=5個(gè)B機(jī)時(shí)鐘周期 =1/12MHz187。83nsB機(jī)機(jī)器周期 =83ns4=332ns設(shè)B機(jī)每個(gè)指令周期也含5個(gè)機(jī)器周期，則：B機(jī)平均指令周期=332ns5=B機(jī)平均指令執(zhí)行速度=1/= 結(jié)論：主頻的提高有利于機(jī)器執(zhí)行速度的提高。6. 設(shè)某機(jī)主頻為8MHz，每個(gè)機(jī)器周期平均含2個(gè)時(shí)鐘周期，每條指令平均有4個(gè)機(jī)器周期，試問該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少M(fèi)IPS？若機(jī)器主頻不變，但每個(gè)機(jī)器周期平均含4個(gè)時(shí)鐘周期，每條指令平均有4個(gè)機(jī)器周期，則該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度又是多少M(fèi)IPS？由此可得出什么結(jié)論？解：先通過主頻求出時(shí)鐘周期，再求出機(jī)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(jì)算如下：時(shí)鐘周期=1/8MHz=106s機(jī)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(dāng)參數(shù)改變后：機(jī)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(jié)論：兩個(gè)主頻相同的機(jī)器，執(zhí)行速度不一定一樣。7. 某CPU的主頻為10MHz，若已知每個(gè)機(jī)器周期平均包含4個(gè)時(shí)鐘周期，該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為1MIPS，試求該機(jī)的平均指令周期及每個(gè)指令周期含幾個(gè)機(jī)器周期？，則計(jì)算機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少M(fèi)IPS？若要得到平均每秒80萬次的指令執(zhí)行速度，則應(yīng)采用主頻為多少的CPU芯片？解：先通過主頻求出時(shí)鐘周期時(shí)間，再進(jìn)一步求出機(jī)器周期和平均指令周期。 時(shí)鐘周期=1/10MHz=106s機(jī)器周期=106s4=106s 平均指令周期=1/1MIPS=106s 每個(gè)指令周期所含機(jī)器周期個(gè)數(shù)=106s /106s = 當(dāng)芯片改變后：機(jī)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(jī)器周期=247。=時(shí)鐘周期= 247。4=CPU主頻=1/=8MHz8. 某計(jì)算機(jī)的主頻為6MHz，各類指令的平均執(zhí)行時(shí)間和使用頻度如下表所示，試計(jì)算該機(jī)的速度（單位用MIPS表示），若上述CPU芯片升級為10MHz，則該機(jī)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(shí)間10181。s使用頻度35%45%5%15%解: (1)指令平均運(yùn)行時(shí)間 =（++10+）μs= 機(jī)器平均運(yùn)行速度 = 1/≈(2)時(shí)鐘周期 = 1/6MHz≈ 指令平均運(yùn)行周期數(shù) = 247?！秩鬋PU芯片升級為10MHz，時(shí)鐘周期 = 1/10MHz=指令平均運(yùn)行時(shí)間 = =機(jī)器平均運(yùn)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(gè)微操作的執(zhí)行都是事先確定的，并且都受同一基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)的時(shí)序信號(hào)所控制的方式。異步控制無基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)，微操作的時(shí)序是由專門的應(yīng)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(hào)后，等待執(zhí)行部件完成了該操作后發(fā)回“回答”或“結(jié)束”信號(hào)，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(jié)合的方式，即大多數(shù)操作（如CPU內(nèi)部各操作）在同步時(shí)序信號(hào)的控制下進(jìn)行，少數(shù)時(shí)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(shè)有B、C、D、E、H、L六個(gè)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(hào)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(hào)。 （1）ADD B，C ((B)+(C) 174。B) （2）SUB A,H ((AC)(H) 174。AC)解：先畫出相應(yīng)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(yīng)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(shè)有R1~R4四個(gè)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(hào)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(hào)。 （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(chǔ)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(hào)如下： （2）SUB R1,@mem指令周期信息流程圖及微操作控制信號(hào)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(shè)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(yīng)的控制信號(hào)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(hào)控制，例如，PCi表示PC的輸入控制信號(hào)，MDRo表示MDR的輸出控制信號(hào)。（4）凡是需要經(jīng)過總線實(shí)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(yīng)控制信號(hào)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(hào)如下：（2）“SUB X,D” 指令周期信息流程圖及微操作控制信號(hào)如下：第十章1. 假設(shè)響應(yīng)中斷時(shí)，要求將程序斷點(diǎn)存在堆棧內(nèi)，并且采用軟件辦法尋找中斷服務(wù)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(shè)軟件查詢程序首址為0號(hào)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(jié)構(gòu)，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A(yù)DD 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(jié)果存于R1的操作。 （2）指令I(lǐng)SZ X完成將主存X單元的內(nèi)容增1，并根據(jù)其結(jié)果若為0，則跳過下一條指令執(zhí)行。解：設(shè)采用單總線結(jié)構(gòu)的CPU數(shù)據(jù)通路如下圖所示，且ALU輸入端設(shè)兩個(gè)暫存器C、D（見17題圖）。并設(shè)采用同步控制，每周期3節(jié)拍： （1）指令A(yù)DD 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I(lǐng)SZ 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?yàn)榉纤叫臀⒅噶钐卣鞯奈⒅噶疃紝儆谒叫臀⒅噶?，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(shè)控制存儲(chǔ)器的容量為51248位，微程序可在整個(gè)控存空間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，而控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共有4個(gè)（采用直接控制），微指令格式如下：解：因?yàn)榭刂拼鎯?chǔ)器共有512*48=29*48所以，下址字段應(yīng)有9位，微指令字長48位又因?yàn)榭刂莆⒊绦蜣D(zhuǎn)移的條件有4個(gè)，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I(lǐng)1~I8及所包含的微命令控制信號(hào)，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)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(gè)一組的微命令互斥組對控制位的壓縮作用最明顯。因此，應(yīng)盡可能多的找出3個(gè)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(gè)：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(gè)微命令需10位操作控制位；本方案中10個(gè)微命令需8位操作控制位，壓縮了2位。