计算机组成原理(复习) (11)

解:各中断源屏蔽状态见下表:

中断源 屏蔽字
0   1   2   3   4    
I0   1   0   0   1   0  
I1   1   1   1   1   1  
I2   1   0   1   1   0  
I3   0   0   0   1   0  
I4   1   0   1   1   1  

表中:设屏蔽位=1,表示屏蔽;屏蔽位=0,表示中断开放。

第9章 控制单元的功能

\3. 什么是指令周期、机器周期和时钟周期?三者有何关系?

答:CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期;

机器周期是在同步控制的机器中,执行指令周期中一步相对完整的操作(指令步)所需时间,通常安排机器周期长度等于主存周期;

时钟周期是指计算机主时钟的周期时间,它是计算机运行时最基本的时序单位,对应完成一个微操作所需时间,通常时钟周期等于计算机主频的倒数。

\4. 能不能说机器的主频越快,机器的速度就越快,为什么?

解:不能说机器的主频越快,机器的速度就越快。因为机器的速度不仅与主频有关,还与数据通路结构、时序分配方案、ALU运算能力、指令功能强弱等多种因素有关,要看综合效果。

\5. 设机器A的主频为8MHz,机器周期含4个时钟周期,且该机的平均指令执行速度是0.4MIPS,试求该机的平均指令周期和机器周期,每个指令周期中含几个机器周期?如果机器B的主频为12MHz,且机器周期也含4个时钟周期,试问B机的平均指令执行速度为多少MIPS?

解:先通过A机的平均指令执行速度求出其平均指令周期,再通过主频求出时钟周期,然后进一步求出机器周期。B机参数的算法与A机类似。计算如下:

A机平均指令周期=1/0.4MIPS=2.5µs

A机时钟周期=1/8MHz=125ns

A机机器周期=125ns×4=500ns=0.5µs

A机每个指令周期中含机器周期个数=2.5µs÷0.5µs=5个

B机时钟周期 =1/12MHz»83ns

B机机器周期 =83ns×4=332ns

设B机每个指令周期也含5个机器周期,则:

B机平均指令周期=332ns×5=1.66µs

B机平均指令执行速度=1/1.66µs=0.6MIPS

结论:主频的提高有利于机器执行速度的提高。

\6. 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4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4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=0.125×10-6s

机器周期=0.125×10-6s×2=0.25×10-6s

平均指令周期=0.25×10-6s×4=10-6s

平均指令执行速度=1/10-6s=1MIPS

当参数改变后:机器周期= 0.125×10-6s×4=0.5×10-6s

平均指令周期=0.5×10-6s×4=2×10-6s

平均指令执行速度=1/(2×10-6s) =0.5MIPS

结论:两个主频相同的机器,执行速度不一定一样。

\11. 设CPU内部结构如图9.4所示,此外还设有B、C、D、E、H、L六个寄存器,它们各自的输入和输出端都与内部总线相通,并分别受控制信号控制(如Bi为寄存器B的输入控制;Bo为B的输出控制)。要求从取指令开始,写出完成下列指令所需的全部微操作和控制信号。

(1)ADD B,C ((B)+(C) ®B)

(2)SUB A,H ((AC)-(H) ®AC)

解:先画出相应指令的流程图,然后将图中每一步数据通路操作分解成相应的微操作,再写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:

![img](file:///C:/Users/浅/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif)

(2) SUB A,H指令流程及微命令序列如下:

img

第10章 控制单元的设计

\2. 写出完成下列指令的微操作及节拍安排(包括取指操作)。

(1)指令ADD R1,X完成将R1寄存器的内容和主存X单元的内容相加,结果存于R1的操作。

(2)指令ISZ X完成将主存X单元的内容增1,并根据其结果若为0,则跳过下一条指令执行。

解:设采用单总线结构的CPU数据通路如下图所示,且ALU输入端设两个暂存器C、D(见17题图)。并设采用同步控制,每周期3节拍:

img

(1)指令ADD R1,X的微操作及节拍安排如下:

取指周期:T0 PC®MAR,1® R

T1 M(MAR) ®MDR,PC+1®PC

T2 MDR®IR,OP(IR) ®ID

执行周期1:T0 Ad(IR)®MAR,1®R

​ T1 M(MAR) ®MDR

T2 MDR®D

执行周期2:T0 R1®C

T1 +

T2 ALU®R1

(2)指令ISZ X的微操作及节拍安排:

取指周期同(1):略

执行周期1: T0 Ad(IR)-MAR,1-R

​ T1 M(MAR)-MDR

T2 MDR-C,+1-ALU

执行周期2:T0 ALU-MDR,1-W

T1 (PC+1)·Z+ PC-PC

\15. 设控制存储器的容量为512×48位,微程序可在整个控存空间实现转移,而控制微程序转移的条件共有4个(采用直接控制),微指令格式如下:

解:因为控制存储器共有51248=2948

所以,下址字段应有9位,微指令字长48位

又因为控制微程序转移的条件有4个,4+1<=23

所以判断测试字段占3位

因此控制字段位数为:48-9-3=36

微指令格式为:

48 13 12 10 9 1

控制字段 测试字段 下址字段

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