計(jì)算機(jī)組成Lecture03

1、西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第3部分 按章節(jié)復(fù)習(xí)車(chē)向泉車(chē)向泉西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第4章 指令系統(tǒng)考研大綱考研大綱（一）指令格式（一）指令格式1. 指令的基本格式指令的基本格式2. 定長(zhǎng)定長(zhǎng)操作碼操作碼指令格式指令格式3. 擴(kuò)展擴(kuò)展操作碼操作碼指令格式指令格式（二）指令的尋址方式（二）指令的尋址方式1. 有效地址有效地址的概念的概念2. 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)尋址和尋址和指令指令尋址尋址3. 常見(jiàn)常見(jiàn)尋址方式尋址方式（三）（三）CISC和和RISC的基本概念的基本概念3西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第4章 指令系統(tǒng)4.1 指令格式指令格式4.1

2、 指令格式指令格式n指令的基本格式指令的基本格式操作碼、地址碼。操作碼、地址碼。n定長(zhǎng)定長(zhǎng)操作碼操作碼指令格式指令格式規(guī)整性好，解碼簡(jiǎn)單，占用的空間大。規(guī)整性好，解碼簡(jiǎn)單，占用的空間大。n擴(kuò)展擴(kuò)展操作碼操作碼指令格式指令格式54.1 指令格式：指令格式：習(xí)題習(xí)題某計(jì)算機(jī)指令字長(zhǎng)某計(jì)算機(jī)指令字長(zhǎng)16位，指令有雙操作數(shù)、單操作數(shù)位，指令有雙操作數(shù)、單操作數(shù)和無(wú)操作數(shù)和無(wú)操作數(shù)3種格式，每個(gè)操作數(shù)字段均由種格式，每個(gè)操作數(shù)字段均由6位二進(jìn)制位二進(jìn)制表示，該指令系統(tǒng)共有表示，該指令系統(tǒng)共有m條條( (m16) )雙操作數(shù)指令，雙操作數(shù)指令，并存在無(wú)操作數(shù)指令。若采用擴(kuò)展操作碼技術(shù)，那么并存在無(wú)操作數(shù)指

3、令。若采用擴(kuò)展操作碼技術(shù)，那么最多還可以設(shè)計(jì)出最多還可以設(shè)計(jì)出_條單操作數(shù)指令。條單操作數(shù)指令。A. 26B. (24-m)26-1C. (24-m)26D. (24-m)(26-1)某指令系統(tǒng)指令長(zhǎng)為某指令系統(tǒng)指令長(zhǎng)為8位，每一地址碼長(zhǎng)位，每一地址碼長(zhǎng)3位，用擴(kuò)展位，用擴(kuò)展操作碼技術(shù)。若指令系統(tǒng)具有操作碼技術(shù)。若指令系統(tǒng)具有2條二地址指令、條二地址指令、10條條零地址指令，則最多有零地址指令，則最多有_條一地址指令。條一地址指令。A. 20B. 14C. 10D. 664.1 指令格式：指令格式：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用某臺(tái)計(jì)算機(jī)有指令某臺(tái)計(jì)算機(jī)有指令128種，用兩種操種，用兩種操作碼編碼方案：作碼

4、編碼方案：1）用定長(zhǎng)操作碼編碼方案設(shè)計(jì)其操）用定長(zhǎng)操作碼編碼方案設(shè)計(jì)其操作碼編碼；作碼編碼；2）如果在）如果在128種指令中常用指令有種指令中常用指令有8種，使用頻率達(dá)到種，使用頻率達(dá)到80%，其余指令使，其余指令使用頻率為用頻率為20%，采用擴(kuò)展操作碼編碼，采用擴(kuò)展操作碼編碼方案設(shè)計(jì)其操作碼編碼，并求出其操方案設(shè)計(jì)其操作碼編碼，并求出其操作碼的平均長(zhǎng)度。作碼的平均長(zhǎng)度?！窘饨狻?）7位操作碼。位操作碼。2）82n120，n4。平均碼長(zhǎng)平均碼長(zhǎng) 480%820%4.8位位7操作碼操作碼說(shuō)明說(shuō)明0000表示常見(jiàn)的表示常見(jiàn)的8種指令種指令000101111000 000016種種1000 0001

5、1000 11111110 000016種種1110 00011110 11111111 00008種種1111 00011111 0111 n1iiilp4.1 指令格式：指令格式：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用某某16位模型機(jī)共有位模型機(jī)共有64種操作碼，位數(shù)固定，且具種操作碼，位數(shù)固定，且具有以下特點(diǎn)：有以下特點(diǎn)： 采用一地址或二地址格式。采用一地址或二地址格式。 有寄存器尋址、直接尋址、相對(duì)尋址（位移量有寄存器尋址、直接尋址、相對(duì)尋址（位移量為為-128+127）3種尋址方式。種尋址方式。 有有16個(gè)通用寄存器，算數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算均在個(gè)通用寄存器，算數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算均在寄存器中，結(jié)果也在寄存器中。寄

6、存器中，結(jié)果也在寄存器中。 取數(shù)取數(shù)/存數(shù)指令在通用寄存器和存儲(chǔ)器之間傳送存數(shù)指令在通用寄存器和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 存儲(chǔ)器容量為存儲(chǔ)器容量為1MB，按字節(jié)編址。，按字節(jié)編址。要求設(shè)計(jì)算數(shù)邏輯指令、取數(shù)要求設(shè)計(jì)算數(shù)邏輯指令、取數(shù)/存數(shù)指令、相對(duì)轉(zhuǎn)存數(shù)指令、相對(duì)轉(zhuǎn)移指令的格式，并簡(jiǎn)述理由。移指令的格式，并簡(jiǎn)述理由。84.1 指令格式：指令格式：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用算數(shù)邏輯指令：算數(shù)邏輯指令：9操作碼操作碼6bit尋址特征尋址特征2bit寄存器編號(hào)寄存器編號(hào)4bit寄存器編號(hào)寄存器編號(hào)4bitOPMRiRj取數(shù)取數(shù)/存數(shù)指令存數(shù)指令：6bit2bit4bit4bitOPMRiA1A26bit2b

7、it4bit4bitOPMA（位移量，補(bǔ)碼）（位移量，補(bǔ)碼）相對(duì)轉(zhuǎn)移指令相對(duì)轉(zhuǎn)移指令：（存儲(chǔ)器地址）（存儲(chǔ)器地址）西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第4章 指令系統(tǒng)4.2 指令尋址方式指令尋址方式4.2 指令尋址方式指令尋址方式n指令尋址：指令尋址：l順序：順序：PC+1l跳躍：轉(zhuǎn)移類(lèi)指令跳躍：轉(zhuǎn)移類(lèi)指令n數(shù)據(jù)尋址數(shù)據(jù)尋址l隱含尋址隱含尋址l立即立即( (數(shù)數(shù)) )尋址尋址l直接尋址直接尋址l間接尋址間接尋址l寄存器尋址寄存器尋址l寄存器間接尋址寄存器間接尋址l相對(duì)尋址：相對(duì)尋址：EA=(PC)+Al基址尋址：基址尋址：EA=(基址寄存器基址寄存器)+Al變址尋址：變址尋址：EA

8、=(變址寄存器變址寄存器)+Al堆棧尋址堆棧尋址11分段分段數(shù)組數(shù)組變變變變4.2 指令尋址方式：指令尋址方式：習(xí)題習(xí)題與本指令的地址有關(guān)的尋址方式是與本指令的地址有關(guān)的尋址方式是_。A. 立即尋址立即尋址B. 寄存器尋址寄存器尋址C. 相對(duì)尋址相對(duì)尋址D. 直接尋址直接尋址12設(shè)相對(duì)尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是設(shè)相對(duì)尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是操作碼操作碼，第二個(gè)字節(jié)是，第二個(gè)字節(jié)是相對(duì)位移量相對(duì)位移量( (用用補(bǔ)碼補(bǔ)碼表示表示) )，若若CPU每當(dāng)從存儲(chǔ)器取出一個(gè)字節(jié)時(shí)，即自動(dòng)完成每當(dāng)從存儲(chǔ)器取出一個(gè)字節(jié)時(shí)，即自動(dòng)完成( (PC) )+1PC。若。若轉(zhuǎn)移指令的地址轉(zhuǎn)移指

9、令的地址( (原題：原題：當(dāng)前當(dāng)前PC的的內(nèi)容內(nèi)容) )為為2008H，要求轉(zhuǎn)移到，要求轉(zhuǎn)移到2001H，則該轉(zhuǎn)移指令，則該轉(zhuǎn)移指令第二個(gè)字節(jié)的內(nèi)容為第二個(gè)字節(jié)的內(nèi)容為_(kāi)。A. 05HB. 07HC. F8HD. F7H4.2 指令尋址方式：指令尋址方式：習(xí)題習(xí)題堆棧尋址方式中，設(shè)堆棧尋址方式中，設(shè)A為累加器，為累加器，SP為堆棧指示器，為堆棧指示器，MSP為為SP指示的棧頂單元。如果指示的棧頂單元。如果進(jìn)棧進(jìn)棧操作的動(dòng)作是：操作的動(dòng)作是：(A)MSP，(SP)-1SP，那么，那么出棧出棧操作的動(dòng)作應(yīng)該操作的動(dòng)作應(yīng)該為為_(kāi)。A. (MSP)A，(SP)+1SPB. (SP)+1SP，(MSP)

10、AC. (SP)-1SP，(MSP)AD. (MSP)A，(SP)-1SP134.2 指令尋址方式：指令尋址方式：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用某某16位機(jī)器所使用的指令格式位機(jī)器所使用的指令格式和尋址方式如圖所示。該機(jī)器和尋址方式如圖所示。該機(jī)器有有4個(gè)個(gè)20位位基址寄存器基址寄存器，16個(gè)個(gè)16位位通用寄存器通用寄存器( (可用作變址寄存可用作變址寄存器器) )，指令匯編中的，指令匯編中的S( (源源) )、D( (目標(biāo)目標(biāo)) )都是通用寄存器，都是通用寄存器，M是主存的一個(gè)單元，三種指令是主存的一個(gè)單元，三種指令的操作碼分別是的操作碼分別是 MOV(OP)=AH，STA(OP)=1BH，LDA(OP)

11、=3CH，MOV是傳送指令，是傳送指令，STA為寫(xiě)數(shù)為寫(xiě)數(shù)指令，指令，LDA為讀數(shù)指令。為讀數(shù)指令。141 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)源源1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP基址基址源源變址變址位移量位移量1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)20 位地址位地址MOV S, DSTA S, MLDA M, D1）分析三種指令格式和尋址方式特點(diǎn)。）分析三種指令格式和尋址方式特點(diǎn)。2）處理機(jī)完成哪一種操作所花的時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？第二）處理機(jī)完成哪一種操作所花的時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)

12、等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？3）下列指令字代表什么操作？若編碼不正確，如何改正？）下列指令字代表什么操作？若編碼不正確，如何改正？ F0F1H, 3CD2H 2856H 6DC6H 1C2H4.2 指令尋址方式：指令尋址方式：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用20位位基址寄存器基址寄存器，16位位通用寄通用寄存器存器( (可用作可用作變址寄存器變址寄存器) )，MOV(OP)=AH，STA(OP)=1BH，LDA(OP)=3CH。151 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)源源1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP基址基址源源變址變址位移量位移量1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)2

13、0 位地址位地址MOV S, DSTA S, MLDA M, D2）處理機(jī)完成哪一種操作所花的時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？第二）處理機(jī)完成哪一種操作所花的時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？3）下列指令字代表什么操作？若編碼不正確，如何改正？）下列指令字代表什么操作？若編碼不正確，如何改正？ F0F1H, 3CD2H 2856H 6DC6H 1C2H1）分析三種指令格式和）分析三種指令格式和尋址方式特點(diǎn)。尋址方式特點(diǎn)。u單字長(zhǎng)二地址單字長(zhǎng)二地址RR型指令。型指令。u雙字長(zhǎng)二地址雙字長(zhǎng)二地址RS型指令。型指令。S

14、：基址或變址尋址：基址或變址尋址u雙字長(zhǎng)二地址雙字長(zhǎng)二地址RS型指令。型指令。S：直接尋址：直接尋址4.2 指令尋址方式：指令尋址方式：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用20位位基址寄存器基址寄存器，16位位通用寄通用寄存器存器( (可用作可用作變址寄存器變址寄存器) )，MOV(OP)=AH，STA(OP)=1BH，LDA(OP)=3CH。161 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)源源1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP基址基址源源變址變址位移量位移量1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)20 位地址位地址MOV S, DSTA S, MLDA M, D3）下列指令字代表什么操作

15、？若編碼不正確，如何改正？）下列指令字代表什么操作？若編碼不正確，如何改正？ F0F1H, 3CD2H 2856H 6DC6H 1C2H2）處理機(jī)完成哪一種操作所）處理機(jī)完成哪一種操作所花的時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？花的時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？第一種；第二種；不會(huì)。第一種；第二種；不會(huì)。4.2 指令尋址方式：指令尋址方式：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用20位位基址寄存器基址寄存器，16位位通用寄通用寄存器存器( (可用作可用作變址寄存器變址寄存器) )，MOV(OP)=AH，STA(OP)=1BH，LDA(

16、OP)=3CH。171 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)源源1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP基址基址源源變址變址位移量位移量1 5 1 0 9 8 7 4 3 0OP目標(biāo)目標(biāo)20 位地址位地址MOV S, DSTA S, MLDA M, D3）下列指令字代表什么操作？）下列指令字代表什么操作？若編碼不正確，如何改正？若編碼不正確，如何改正？ F0F1H, 3CD2H1111 0000 0001 B3CD2 H 2856H 6DC6H 1C2H0010 1000 0110 1101 0000 0001 西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第4章 指令系統(tǒng)4.3

17、 CISC和和RISC的基本概念的基本概念4.3 CISC和和RISC的基本概念的基本概念nCISC：Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)l用一條用一條指令指令代替一串代替一串指令指令l增加新的增加新的指令指令l增增強(qiáng)指強(qiáng)指令功能，設(shè)置功能復(fù)雜的令功能，設(shè)置功能復(fù)雜的指令指令l增加增加尋址方式尋址方式l增加增加數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)表示方式方式nRISC：Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)l只保留只保留功能簡(jiǎn)單功能簡(jiǎn)單的的指令指令l功能較復(fù)雜的指令用軟件實(shí)現(xiàn)功能較

18、復(fù)雜的指令用軟件實(shí)現(xiàn)l提高提高流水線(xiàn)流水線(xiàn)效率效率194.3 CISC和和RISC的基本概念的基本概念n指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單l指令條數(shù)少、格式少、長(zhǎng)度固定、功能簡(jiǎn)單指令條數(shù)少、格式少、長(zhǎng)度固定、功能簡(jiǎn)單l尋址方式少尋址方式少l采用硬布線(xiàn)控制邏輯（不用或少用微程序控制）采用硬布線(xiàn)控制邏輯（不用或少用微程序控制）nLoad/Store結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l只有只有LOAD和和STORE指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器l寄存器多寄存器多l(xiāng)寄存器窗口技術(shù)寄存器窗口技術(shù)n十分重視提高十分重視提高流水線(xiàn)流水線(xiàn)的執(zhí)行效率的執(zhí)行效率l大部分指令可以單周期執(zhí)行完成大部分指令可以單周期執(zhí)行完成l延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)延遲轉(zhuǎn)移技

19、術(shù)n十分強(qiáng)調(diào)十分強(qiáng)調(diào)優(yōu)化編譯優(yōu)化編譯技術(shù)的作用技術(shù)的作用20大多數(shù)大多數(shù)RISC機(jī)不能機(jī)不能與老機(jī)器兼容與老機(jī)器兼容西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第5章 中央處理器考研大綱考研大綱（一）（一）CPU的的功能功能和基本和基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（二）（二）指令指令執(zhí)行過(guò)程執(zhí)行過(guò)程（三）（三）數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)的功能和基本結(jié)構(gòu)（四）（四）控制器控制器的功能和工作原理的功能和工作原理1. 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器控制器2. 微程序微程序控制器控制器u微程序微程序、微指令微指令和和微命令微命令u微指令微指令格式格式，微命令的，微命令的編碼方式編碼方式u微地址微地址的的形成方式形成方式（五

20、）指令（五）指令流水線(xiàn)流水線(xiàn)1. 指令流水線(xiàn)的基本指令流水線(xiàn)的基本概念概念2. 指令流水線(xiàn)的基本指令流水線(xiàn)的基本實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)3. 超標(biāo)量超標(biāo)量和和動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)流水線(xiàn)的基本概念流水線(xiàn)的基本概念（六）（六）多核多核處理器的基本概念處理器的基本概念22西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第5章 中央處理器5.1 CPU的功能和基本結(jié)構(gòu)的功能和基本結(jié)構(gòu)5.1 CPU的功能和基本結(jié)構(gòu)的功能和基本結(jié)構(gòu)nCPU的功能：的功能：l指令控制指令控制l操作控制操作控制l時(shí)間控制時(shí)間控制l數(shù)據(jù)加工數(shù)據(jù)加工l中斷處理中斷處理24nCPU的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：l運(yùn)算器運(yùn)算器l控制器控制器取指令、分析指令、取指令、分析指令

21、、產(chǎn)生控制信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)l寄存器寄存器l中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第5章 中央處理器5.2 指令的執(zhí)行過(guò)程指令的執(zhí)行過(guò)程5.2 指令的執(zhí)行過(guò)程指令的執(zhí)行過(guò)程n指令周期、指令周期、CPU周期周期( (機(jī)器周期機(jī)器周期) )、節(jié)拍脈沖、時(shí)鐘周期節(jié)拍脈沖、時(shí)鐘周期n指令周期的數(shù)據(jù)流指令周期的數(shù)據(jù)流l取指周期取指周期l間址周期間址周期l執(zhí)行周期執(zhí)行周期l中斷周期中斷周期265.2 指令的執(zhí)行過(guò)程：指令的執(zhí)行過(guò)程：習(xí)題習(xí)題已知一臺(tái)時(shí)鐘頻率為已知一臺(tái)時(shí)鐘頻率為2GHz的計(jì)算機(jī)的的計(jì)算機(jī)的CPI為為1.2。某。某程序程序P在該計(jì)算機(jī)上的指令條數(shù)為在該計(jì)算機(jī)上的指令條數(shù)

22、為4109。若在該計(jì)。若在該計(jì)算機(jī)上，程序算機(jī)上，程序P從開(kāi)始啟動(dòng)到執(zhí)行結(jié)束所經(jīng)歷的時(shí)間從開(kāi)始啟動(dòng)到執(zhí)行結(jié)束所經(jīng)歷的時(shí)間是是4s，則運(yùn)行，則運(yùn)行P所用所用CPU時(shí)間占整個(gè)時(shí)間占整個(gè)CPU時(shí)間的百分時(shí)間的百分比大約是比大約是_。A. 40%B. 60%C. 80%D. 100%27(41091.2)/(2109)2.42.4/40.65.2 指令的執(zhí)行過(guò)程：指令的執(zhí)行過(guò)程：習(xí)題習(xí)題在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，CPU內(nèi)部包括程序計(jì)數(shù)器內(nèi)部包括程序計(jì)數(shù)器PC、存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR、指令寄存器、指令寄存器IR和存儲(chǔ)器地和存儲(chǔ)器地址寄存器址寄存器MAR等。若等。若CPU要執(zhí)

23、行的指令為：要執(zhí)行的指令為：MOV R0, #100（即將數(shù)值（即將數(shù)值100傳送到寄存器傳送到寄存器R0中），中），則則CPU首先要完成的操作是首先要完成的操作是_。A. 100R0B. 100MDRC. PCMARD. PCIR285.2 指令的執(zhí)行過(guò)程：指令的執(zhí)行過(guò)程：習(xí)題習(xí)題下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)法正確的是_。I.指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)等于等于機(jī)器字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)的前提下，的前提下，取指周期取指周期等于等于機(jī)器周期機(jī)器周期II. 指令字長(zhǎng)等于指令字長(zhǎng)等于存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng)的前提下，取指周期等于機(jī)器周期的前提下，取指周期等于機(jī)器周期III. 指令字長(zhǎng)和機(jī)器字長(zhǎng)的長(zhǎng)度沒(méi)有任何關(guān)系指令字長(zhǎng)和機(jī)器字長(zhǎng)的長(zhǎng)

24、度沒(méi)有任何關(guān)系IV. 為了硬件設(shè)計(jì)方便，指令字長(zhǎng)都和存儲(chǔ)字長(zhǎng)一樣大為了硬件設(shè)計(jì)方便，指令字長(zhǎng)都和存儲(chǔ)字長(zhǎng)一樣大A. II、IIIB. II、III、IVC. I、III、IVD. I、IV29西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第5章 中央處理器5.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)5.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)通路的功能數(shù)據(jù)通路的功能n數(shù)據(jù)通路的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路的基本結(jié)構(gòu)lCPU內(nèi)部總線(xiàn)方式：?jiǎn)慰偩€(xiàn)、雙總線(xiàn)、內(nèi)部總線(xiàn)方式：?jiǎn)慰偩€(xiàn)、雙總線(xiàn)、l專(zhuān)用數(shù)據(jù)通路方式專(zhuān)用數(shù)據(jù)通路方式p寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送p主存與主存與CP

25、U之間的數(shù)據(jù)傳送之間的數(shù)據(jù)傳送p執(zhí)行算數(shù)或邏輯運(yùn)算執(zhí)行算數(shù)或邏輯運(yùn)算n微操作微操作l在寄存器之間傳送數(shù)據(jù)在寄存器之間傳送數(shù)據(jù)l將數(shù)據(jù)由寄存器傳送到外部界面（如系統(tǒng)總線(xiàn)）將數(shù)據(jù)由寄存器傳送到外部界面（如系統(tǒng)總線(xiàn)）l將數(shù)據(jù)由外部界面?zhèn)魉偷郊拇嫫鲗?shù)據(jù)由外部界面?zhèn)魉偷郊拇嫫鱨以寄存器作為輸入、輸出，完成算數(shù)或邏輯運(yùn)算以寄存器作為輸入、輸出，完成算數(shù)或邏輯運(yùn)算315.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：習(xí)題習(xí)題在單總線(xiàn)的在單總線(xiàn)的CPU中中_。A. ALU的兩個(gè)輸入端及輸出端都可與總線(xiàn)相連的兩個(gè)輸入端及輸出端都可與總線(xiàn)相連B. ALU的兩個(gè)輸入端可與總線(xiàn)相連，但輸出端需通過(guò)的兩個(gè)輸

26、入端可與總線(xiàn)相連，但輸出端需通過(guò)暫存器與總線(xiàn)相連暫存器與總線(xiàn)相連C. ALU的一個(gè)輸入端可與總線(xiàn)相連，其輸出端也可與的一個(gè)輸入端可與總線(xiàn)相連，其輸出端也可與總線(xiàn)相連總線(xiàn)相連D. ALU只能有一個(gè)輸入端可與總線(xiàn)相連，另一個(gè)輸入只能有一個(gè)輸入端可與總線(xiàn)相連，另一個(gè)輸入端需通過(guò)暫存器與總線(xiàn)相連端需通過(guò)暫存器與總線(xiàn)相連一個(gè)節(jié)拍脈沖持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短是一個(gè)節(jié)拍脈沖持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短是_。A. 指令周期指令周期B. 機(jī)器周期機(jī)器周期C. 時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期D. 都不對(duì)都不對(duì)325.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：習(xí)題習(xí)題CPU的時(shí)序信號(hào)：的時(shí)序信號(hào)：33主頻主頻Clock節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖 T

27、4節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖 T3節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖 T2節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖 T1CPU周期周期( (執(zhí)行執(zhí)行) )CPU周期周期( (取指取指) )CPU周期周期( (取數(shù)取數(shù)) )指令周期指令周期M1M2M3T1T2T3T4T1T2T3T4T1T2T3T45.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用單總線(xiàn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，其中單總線(xiàn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，其中M為主存，為主存，XR為變址寄存器，為變址寄存器，EAR為有效地址寄存器，為有效地址寄存器，LATCH為暫存器。假設(shè)指令地址已為暫存器。假設(shè)指令地址已存于存于PC中，給出中，給出 ADD X, D 指令周期信息流程和相

28、應(yīng)的控制信指令周期信息流程和相應(yīng)的控制信號(hào)。說(shuō)明：號(hào)。說(shuō)明：ADD X, D 指令字中指令字中X為變址寄存器為變址寄存器XR，D 為形式地址。此為形式地址。此為加法指令，被加數(shù)及結(jié)果在累加器為加法指令，被加數(shù)及結(jié)果在累加器ACC中，加數(shù)的內(nèi)存地中，加數(shù)的內(nèi)存地址由址由XR的內(nèi)容與的內(nèi)容與D相加得到。相加得到。寄存器的輸入和輸出均采用控制信號(hào)控制，如寄存器的輸入和輸出均采用控制信號(hào)控制，如PCi表示表示PC的的輸入信號(hào)，輸入信號(hào)，MDRo表示表示MDR的輸出控制信號(hào)。的輸出控制信號(hào)。凡是需要經(jīng)過(guò)總線(xiàn)的傳送，都需要注明，如凡是需要經(jīng)過(guò)總線(xiàn)的傳送，都需要注明，如 (PC) MAR，相應(yīng)的控制信號(hào)為相

29、應(yīng)的控制信號(hào)為PCo和和MARi。345.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用M為主存，為主存，XR為變址寄存器，為變址寄存器，EAR為有效地址寄存器，為有效地址寄存器，LATCH為暫存器。假設(shè)指令地址已存于為暫存器。假設(shè)指令地址已存于PC中，給出中，給出 ADD X, D 指令周期信息流程和相應(yīng)的控制信號(hào)。指令周期信息流程和相應(yīng)的控制信號(hào)。35【解解】5.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用36周期周期 節(jié)拍節(jié)拍微操作序列微操作序列微命令序列微命令序列( (有效控制信號(hào)有效控制信號(hào)) )取取指指T1(PC) MARPCo

30、，MARiT2M(MAR) MDR(PC)+1 PCMARo，R/W，MDRi+1T3(MDR) IRMDRo，IRi執(zhí)執(zhí)行行T1(XR)+Addr(IR) EARXRo，IRo，+，EARiT2(EAR) MAREARo，MARiT3M(MAR) MDRMARo，R/W，MDRiT4(MDR) XMDRo，XiT5(ACC)+(X) LATCHACCo，Xo，Ki = +，LATCHiT6(LATCH) ACCLATCHo，ACCi5.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用分析如圖所示雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的分析如圖所示雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的CPU中，指令中，指令 ADD X(R

31、1), (R2)+的指令流程和控制信號(hào)。的指令流程和控制信號(hào)。設(shè)設(shè)ALU的功能有：的功能有：F = A + B (ADD)，F(xiàn) = A - B (SUB)，F(xiàn) = A + 1 (INC)，F(xiàn) = A - 1 (DEC)，F(xiàn) = A。可通過(guò)總線(xiàn)連接器可通過(guò)總線(xiàn)連接器G將總線(xiàn)將總線(xiàn)B的信的信息直接傳送到息直接傳送到F總線(xiàn)，其控制信號(hào)總線(xiàn)，其控制信號(hào)為為Gon。其中，。其中，X在本條指令的下在本條指令的下一個(gè)存儲(chǔ)單元，源操作數(shù)有效地一個(gè)存儲(chǔ)單元，源操作數(shù)有效地址為址為X+(R1)，目的操作數(shù)地址為，目的操作數(shù)地址為(R2)，然后執(zhí)行，然后執(zhí)行(R2)+1R2。375.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：數(shù)

32、據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用38時(shí)鐘時(shí)鐘微操作序列微操作序列微命令序列（控制信號(hào)）微命令序列（控制信號(hào)）C1(PC)MAR, Read, (PC)YPCB, Gon, FMAR, Read, FYC2(Y)+1PCINC, FPCC3(MDR)IRMDRB, Gon, FIRC4(PC)MAR, Read, (PC)YPCB, Gon, FMAR, Read, FYC5(Y)+1PCINC, FPCC6(MDR)YMDRB, Gon, FYC7(Y)+(R1)MAR, ReadR1B, ADD, FMAR, ReadC8(MDR)TEMPMDRB, Gon, FTEMPC9(R2)

33、MAR, Read, (R2)YR2B, Gon, FMAR, Read, FYC10(Y)+1R2INC, FR2C11(MDR)YMDRB, Gon, FYC12(Y)+(TEMP)MDR, MDRM, WriteTEMPB, ADD, FMDR, Write取指，取指，PC+1讀讀X，PC+1寫(xiě)入暫存器寫(xiě)入暫存器Y讀源操作數(shù)讀源操作數(shù)(R2)+1R2目的操作數(shù)目的操作數(shù)西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第5章 中央處理器5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器n從主存取指令從主存取指令n指令譯碼

34、，產(chǎn)生操作控制信號(hào)指令譯碼，產(chǎn)生操作控制信號(hào)n控制控制CPU、主存、主存、I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)405.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器n又稱(chēng)為：又稱(chēng)為：組合邏輯控制器組合邏輯控制器常規(guī)邏輯控制器常規(guī)邏輯控制器n設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：41一、一、硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器控制器控制單元模型控制單元模型控制單元控制單元CUI1 I2 IK控制信號(hào)控制信號(hào)C1 C2 CM時(shí)時(shí)序序產(chǎn)產(chǎn)生生器器T1T2TNFlags指令譯碼器指令譯碼器時(shí)時(shí)鐘鐘指令寄存器指令寄存器IR5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器n機(jī)器指令機(jī)器指令n微程序微程序n微指令微

35、指令n微操作：執(zhí)行部件接受微命令后進(jìn)行的操作微操作：執(zhí)行部件接受微命令后進(jìn)行的操作微命令：控制信號(hào)微命令：控制信號(hào)42二、二、微程序微程序控制器控制器計(jì)算機(jī)中最基本的、計(jì)算機(jī)中最基本的、不可再分解的操作不可再分解的操作相容、互斥相容、互斥微地址、微周期微地址、微周期操作控制字段、順序控制字段操作控制字段、順序控制字段控制存儲(chǔ)器，在控制存儲(chǔ)器，在CPU內(nèi)部，用內(nèi)部，用ROM實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)控存中的微程序個(gè)數(shù)控存中的微程序個(gè)數(shù) 機(jī)器指令數(shù)共用微程序數(shù)機(jī)器指令數(shù)共用微程序數(shù)( (取指、間址、中斷、取指、間址、中斷、)5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器n直接編碼法直接編碼法（直接控制

36、法）（直接控制法）n字段編碼法字段編碼法l字段直接編碼法字段直接編碼法l字段間接編碼法字段間接編碼法43二、二、微程序微程序控制器控制器5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器n由硬件直接產(chǎn)生微程序入口地址由硬件直接產(chǎn)生微程序入口地址n增量方式：順序增量方式：順序-轉(zhuǎn)移型微地址轉(zhuǎn)移型微地址n斷定方式：下地址字段、條件測(cè)試斷定方式：下地址字段、條件測(cè)試l根據(jù)機(jī)器指令的操作碼形成根據(jù)機(jī)器指令的操作碼形成l根據(jù)各種標(biāo)志決定微指令分支轉(zhuǎn)移地址根據(jù)各種標(biāo)志決定微指令分支轉(zhuǎn)移地址44二、二、微程序微程序控制器控制器5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器n水平型水平

37、型n垂直型垂直型n混合型混合型45二、二、微程序微程序控制器控制器A1A2 An-1An判斷測(cè)試字段判斷測(cè)試字段 后續(xù)地址字段后續(xù)地址字段操作控制操作控制順序控制順序控制OPRdRs微操作碼微操作碼目的地址目的地址源地址源地址5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器控制器n硬布線(xiàn)：速度快，不規(guī)整，修改及擴(kuò)充困難硬布線(xiàn)：速度快，不規(guī)整，修改及擴(kuò)充困難n微程序：速度慢，規(guī)整，容易修改及擴(kuò)充微程序：速度慢，規(guī)整，容易修改及擴(kuò)充46二、二、微程序微程序控制器控制器5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：習(xí)題習(xí)題微程序控制器中，形成微程序入口地址的是微程序控制器中，

38、形成微程序入口地址的是_。A. 機(jī)器指令的地址碼字段機(jī)器指令的地址碼字段B. 微指令的微地址碼字段微指令的微地址碼字段C. 機(jī)器指令的操作碼字段機(jī)器指令的操作碼字段D. 微指令的微操作碼字段微指令的微操作碼字段47微程序控制器中，控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的某個(gè)微程序控制器中，控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的某個(gè)控制信號(hào)稱(chēng)為控制信號(hào)稱(chēng)為_(kāi)。A. 微程序微程序B. 微指令微指令C. 微操作微操作D. 微命令微命令5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：習(xí)題習(xí)題在微程序控制方式中，以下說(shuō)法正確的是在微程序控制方式中，以下說(shuō)法正確的是_。I.采用微程序控制器的處理器稱(chēng)為微處理器采用微程序

39、控制器的處理器稱(chēng)為微處理器II. 每一條機(jī)器指令由一段微程序來(lái)解釋執(zhí)行每一條機(jī)器指令由一段微程序來(lái)解釋執(zhí)行III.在微指令的編碼中，效率最低的是直接編碼方式在微指令的編碼中，效率最低的是直接編碼方式IV. 水平型微指令能充分利用數(shù)據(jù)通路的并行結(jié)構(gòu)水平型微指令能充分利用數(shù)據(jù)通路的并行結(jié)構(gòu)A. I、IIB. II、IVC. I、IIID. III、IV485.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：習(xí)題習(xí)題下表給出了下表給出了5條微指令條微指令I(lǐng)1I5所發(fā)出的控制信號(hào)所發(fā)出的控制信號(hào)aj。設(shè)計(jì)微指令的控制字段，要求保持微指令本身的并設(shè)計(jì)微指令的控制字段，要求保持微指令本身的并行

40、性，需要最少的控制位數(shù)為行性，需要最少的控制位數(shù)為_(kāi)。A. 6B. 7C. 8D. 1049微指令微指令激活的控制信號(hào)激活的控制信號(hào)abcdefghijI1I2I3I4I55.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用50 某微程序控制器采用的某微程序控制器采用的微指令微指令字長(zhǎng)為字長(zhǎng)為24位位。微命令部分由。微命令部分由4個(gè)個(gè)字段構(gòu)成，各字段所包括的互斥微命令分別為字段構(gòu)成，各字段所包括的互斥微命令分別為5個(gè)個(gè)、8個(gè)個(gè)、14個(gè)個(gè)和和3個(gè)個(gè)。另外控制。另外控制產(chǎn)生次地址的條件產(chǎn)生次地址的條件有有3種種。試說(shuō)明該微控制器。試說(shuō)明該微控制器最多可用最多可用幾位幾位

41、來(lái)表示來(lái)表示次地址次地址？控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器的的容量容量為多少？為多少？【解解】字段直接編碼法：字段直接編碼法：5個(gè)互斥微命令加一個(gè)個(gè)互斥微命令加一個(gè)NOP需需3位位編碼；編碼；8個(gè)互斥微命令還需一個(gè)個(gè)互斥微命令還需一個(gè)NOP，則需，則需4位位編碼；編碼；14個(gè)互斥微命令還需一個(gè)個(gè)互斥微命令還需一個(gè)NOP，則需，則需4位位編碼；編碼；3個(gè)互斥微命令還需一個(gè)個(gè)互斥微命令還需一個(gè)NOP，則需，則需2位位編碼；編碼；次地址控制字次地址控制字的只需的只需2位位編碼即可。編碼即可。次地址編碼次地址編碼為為：24( (34422) )9位位控制存儲(chǔ)器的容量為控制存儲(chǔ)器的容量為：51224bit字段字段1

42、字段字段2字段字段3字段字段4條件測(cè)試條件測(cè)試后繼地址后繼地址3bit4bit4bit2bit 2bit9bit5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用如圖所示單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，如圖所示單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，（1）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)現(xiàn)以下指令操作）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)現(xiàn)以下指令操作的硬連線(xiàn)控制器，畫(huà)出控制器邏輯的硬連線(xiàn)控制器，畫(huà)出控制器邏輯圖并寫(xiě)出各控制信號(hào)的圖并寫(xiě)出各控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式：ADD R3, R1, R2; (R1)+(R2)R3LOAD R1, mem; M(mem)R1STORE mem, R1; (R1)M(mem)JMP A; 跳轉(zhuǎn)到主存跳轉(zhuǎn)到主存A地址

43、所指的位置地址所指的位置對(duì)應(yīng)上述指令的譯碼器輸出信號(hào)分別為對(duì)應(yīng)上述指令的譯碼器輸出信號(hào)分別為ADD、LOAD、STORE和和JMP。515.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用【解解】硬連接控制器邏輯圖：硬連接控制器邏輯圖：52控制單元控制單元CU控制信號(hào)控制信號(hào)C1 C2 CM節(jié)節(jié)拍拍發(fā)發(fā)生生器器T0T1T5指令譯碼器指令譯碼器時(shí)時(shí)鐘鐘指令寄存器指令寄存器IRI1 I2 I3 I45.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用T0: (PC)MAR, Read ; PCout, MARinT1: M(MAR)MDR,

44、(PC)+1PC ; MemR, MARout, MDRinE, PC+1T2: (MDR)IR ; MDRout, IRin535.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用T3: (R1)Y ; R1out, YinT4: (R2)+(Y)Z ; R2out, ALUinT5: (Z)R3 ; Zout, R3inT3: IR(mem)MAR, Read ; AdIRout, MARinT4: M(MAR)MDR ; MemR, MARout, MDRinET5: (MDR)R1 ; MDRout, R1in545.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微

45、程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用55T3: IR(mem)MAR ; AdIRout, MARinT4: (R1)MDR, Write ; R1out, MDRinT5: (MDR)M(MAR) ; MemW, MARout, MDRoutET3: IR(mem)MAR, Read ; AdIRout, MARinT4: M(MAR)MDR ; MemR, MARout, MDRinET5: (MDR)PC ; MDRout, PCin5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用56T0: (PC)MAR, Read; PCout, MARinT1: M

46、(MAR)MDR, (PC)+1PC ; MemR, MARout, MDRinE, PC+1T2: (MDR)IR; MDRout, IRinT3: (R1)Y; R1out, YinT4: (R2)+(Y)Z; R2out, ALUinT5: (Z)R3; Zout, R3inT3: IR(mem)MAR, Read; AdIRout, MARinT4: M(MAR)MDR; MemR, MARout, MDRinET5: (MDR)R1; MDRout, R1inT3: IR(mem)MAR; AdIRout, MARinT4: (R1)MDR, Write; R1out, MDRinT

47、5: (MDR)M(MAR); MemW, MARout, MDRoutET3: IR(mem)MAR, Read; AdIRout, MARinT4: M(MAR)MDR; MemR, MARout, MDRinET5: (MDR)PC; MDRout, PCin5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用T0: PCout, MARinT1: MemR, MARout, MDRinE, PC+1T2: MDRout, IRinT3: R1out, YinT4: R2out, ALUinT5: Zout, R3inT3: AdIRout, MARinT4:

48、 MemR, MARout, MDRinET5: MDRout, R1inT3: AdIRout, MARinT4: R1out, MDRinT5: MemW, MARout, MDRoutET3: AdIRout, MARinT4: MemR, MARout, MDRinET5: MDRout, PCinPCout = T0PC+1 = T1PCin = JMPT5MARin = T0+(LOAD+STORE+JMP)T3MARout = T1+(LOAD+JMP)T4+STORET5MDRin = STORET4MDRout = T2+(LOAD+JMP)T5MDRinE = T1+(LO

49、AD+JMP)T4MDRoutE = STORET5MemR = T1+(LOAD+JMP)T4MemW = STORET5ALUin = ADDT4R1in = LOADT5R1out = ADDT3+STORET4R2out = ADDT4R3in = ADDT5Zout = ADDT5AdIRout = (LOAD+STORE+JMP)T3IRin = T2Yin = ADDT3END = (ADD+LOAD+STORE+JMP)T55.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用（2）對(duì)于上題的指令操作，設(shè)計(jì)）對(duì)于上題的指令操作，設(shè)計(jì)水平型水平型直接編碼

50、直接編碼的微的微程序控制器。要求畫(huà)出微程序流程圖，寫(xiě)出每條微指程序控制器。要求畫(huà)出微程序流程圖，寫(xiě)出每條微指令的代碼并指出其在令的代碼并指出其在ROM中的存儲(chǔ)位置以及實(shí)現(xiàn)多路中的存儲(chǔ)位置以及實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)移的方法。假設(shè)轉(zhuǎn)移的方法。假設(shè)4條指令條指令A(yù)DD、LOAD、STORE、JMP的代碼分別為的代碼分別為 00、01、10和和11?！窘饨狻?0個(gè)控制信號(hào)，采用水平型直接編碼：個(gè)控制信號(hào)，采用水平型直接編碼：58PCoutPCinPC+1MARinMARoutMDRin MDRinEMDRoutMDRoutEMemRMemW ALUinR1inR1outR2outR3inZoutAdIRoutIR

51、inYin5.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用微程序指令流程：微程序指令流程：595.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用微地址微地址微指令微指令微指令編號(hào)微指令編號(hào)微指令控制字段微指令控制字段測(cè)試判別測(cè)試判別P后繼地址后繼地址0000T01001000000 0000000000000010001T10010101001 0000000000000100010T20000000100 0000000010101000100ADDT30000000000 0001000001000110011ADDT40000

52、000000 0100100000010111011ADDT50000000000 0000011000000000101LOADT30001000000 0000000100010001000LOADT40000101001 0000000000011001100LOADT50000000100 0010000000000000110STORET30001000000 0000000100010011001STORET40000010000 0001000000011011101STORET50000100010 1000000000000000111JMPT30001000000 0000

53、000100010101010JMPT40000101001 0000000000011101110JMPT50100000100 00000000000000060P=0 無(wú)轉(zhuǎn)移；無(wú)轉(zhuǎn)移；P=1，MAR1,0=IR4,35.4 硬布線(xiàn)硬布線(xiàn)控制器和控制器和微程序微程序控制器：控制器：綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用（3）用）用字段直接編碼法字段直接編碼法設(shè)計(jì)微程序控制器。設(shè)計(jì)微程序控制器。61按功能按功能按功能按功能/資源資源按資源按資源其它信號(hào)其它信號(hào)測(cè)試測(cè)試判別判別P后繼后繼地址地址字段字段1( (4位位) )字段字段2( (4位位) )字段字段3( (2位位) )字段字段4( (1位位) )1位位4位

54、位0000 NOP0000 NOP00 NOP0 NOP0001 IRin0001 AdIRout01 MemR1 MARout0010 PCin0010 MDRout10 MemW0011 MARin0011 MDRoutE0100 MDRin0100 R1out0101 MDRinE0101 R2out0110 R1in0110 R3out0111 R2in0111 Zout1000 R3in1000 PCout1001 Yin1001 PC+11010 ALUin西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理考研輔導(dǎo)第5章 中央處理器5.5 指令流水線(xiàn)指令流水線(xiàn)5.5 指令流水線(xiàn)指令流水線(xiàn)n流

55、水線(xiàn)的分類(lèi)流水線(xiàn)的分類(lèi)l部件級(jí)、處理器級(jí)、系統(tǒng)級(jí)部件級(jí)、處理器級(jí)、系統(tǒng)級(jí)l單功能、多功能（靜態(tài)、單功能、多功能（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)）l線(xiàn)性、非線(xiàn)性線(xiàn)性、非線(xiàn)性n影響流水線(xiàn)性能的因素影響流水線(xiàn)性能的因素l結(jié)構(gòu)相關(guān)（資源沖突）結(jié)構(gòu)相關(guān)（資源沖突）l數(shù)據(jù)相關(guān)（數(shù)據(jù)沖突）數(shù)據(jù)相關(guān)（數(shù)據(jù)沖突） RAW, WAR, WAWl控制相關(guān)（控制沖突）控制相關(guān)（控制沖突）n流水線(xiàn)的性能指標(biāo)：吞吐率、加速比、效率流水線(xiàn)的性能指標(biāo)：吞吐率、加速比、效率n多發(fā)射處理器多發(fā)射處理器l超標(biāo)量處理器超標(biāo)量處理器超標(biāo)量流水線(xiàn)超標(biāo)量流水線(xiàn)：時(shí)間并行空間并行：時(shí)間并行空間并行l(wèi)超長(zhǎng)指令字處理器：編譯優(yōu)化超長(zhǎng)指令字處理器：編譯優(yōu)化63同

56、時(shí)性：同一時(shí)刻同時(shí)性：同一時(shí)刻并發(fā)性：同一時(shí)間間隔并發(fā)性：同一時(shí)間間隔同一時(shí)間內(nèi)，某些段正在實(shí)同一時(shí)間內(nèi)，某些段正在實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)算時(shí)，另一些段卻現(xiàn)某種運(yùn)算時(shí)，另一些段卻正在進(jìn)行另一種運(yùn)算。正在進(jìn)行另一種運(yùn)算。5.5 指令流水線(xiàn)指令流水線(xiàn)流水線(xiàn)段數(shù)越多，指令執(zhí)行越快嗎？流水線(xiàn)段數(shù)越多，指令執(zhí)行越快嗎？n流水段之間流水段之間緩沖寄存器緩沖寄存器的開(kāi)銷(xiāo)的開(kāi)銷(xiāo)n用于流水線(xiàn)優(yōu)化和存儲(chǔ)器用于流水線(xiàn)優(yōu)化和存儲(chǔ)器( (或寄存器或寄存器) )沖突處理沖突處理的的控制邏輯控制邏輯n控制控制相關(guān)相關(guān)帶來(lái)的性能損失帶來(lái)的性能損失645.5 指令流水線(xiàn)指令流水線(xiàn)適合流水線(xiàn)的指令系統(tǒng)特征：適合流水線(xiàn)的指令系統(tǒng)特征：n指令長(zhǎng)

57、度盡量一致，有利于簡(jiǎn)化取指令和指令譯碼指令長(zhǎng)度盡量一致，有利于簡(jiǎn)化取指令和指令譯碼操作。操作。n指令格式盡量規(guī)整，盡量保證源寄存器的位置相同，指令格式盡量規(guī)整，盡量保證源寄存器的位置相同，有利于在指令未知時(shí)就可取出寄存器操作數(shù)。有利于在指令未知時(shí)就可取出寄存器操作數(shù)。n僅僅Load/Store型指令訪問(wèn)存儲(chǔ)器，有利于減少操作型指令訪問(wèn)存儲(chǔ)器，有利于減少操作步驟，規(guī)整流水線(xiàn)。步驟，規(guī)整流水線(xiàn)。n數(shù)據(jù)和指令在存儲(chǔ)器中按整數(shù)邊界（對(duì)齊）存放，數(shù)據(jù)和指令在存儲(chǔ)器中按整數(shù)邊界（對(duì)齊）存放，有利于減少訪存次數(shù)。有利于減少訪存次數(shù)。655.5 指令流水線(xiàn)：指令流水線(xiàn)：習(xí)題習(xí)題關(guān)于流水線(xiàn)技術(shù)的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是關(guān)

58、于流水線(xiàn)技術(shù)的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是_。A. 超標(biāo)量超標(biāo)量技術(shù)需要配置多個(gè)功能部件和指令譯碼電技術(shù)需要配置多個(gè)功能部件和指令譯碼電路等路等B. 與超標(biāo)量技術(shù)和超流水線(xiàn)技術(shù)相比，與超標(biāo)量技術(shù)和超流水線(xiàn)技術(shù)相比，超長(zhǎng)指令字超長(zhǎng)指令字技術(shù)對(duì)優(yōu)化編譯器要求更高，而無(wú)其他硬件要求技術(shù)對(duì)優(yōu)化編譯器要求更高，而無(wú)其他硬件要求C. 流水線(xiàn)流水線(xiàn)按序流動(dòng)時(shí)，在按序流動(dòng)時(shí)，在RAW、WAR和和WAW中，中，只可能出現(xiàn)只可能出現(xiàn)RAW相關(guān)相關(guān)D. 超流水線(xiàn)超流水線(xiàn)技術(shù)相當(dāng)于將流水線(xiàn)再分段，從而提高技術(shù)相當(dāng)于將流水線(xiàn)再分段，從而提高每個(gè)周期內(nèi)功能部件的使用次數(shù)每個(gè)周期內(nèi)功能部件的使用次數(shù)665.5 指令流水線(xiàn)：指令流水線(xiàn)：習(xí)

59、題習(xí)題設(shè)指令由取指、分析、執(zhí)行設(shè)指令由取指、分析、執(zhí)行3個(gè)子部件完成，每個(gè)子個(gè)子部件完成，每個(gè)子部件的處理時(shí)間均為部件的處理時(shí)間均為t，若采用度為，若采用度為4的超標(biāo)量流水的超標(biāo)量流水線(xiàn)處理機(jī)，連續(xù)執(zhí)行線(xiàn)處理機(jī)，連續(xù)執(zhí)行20條指令，只需條指令，只需_。A. 3tB. 5tC. 7tD. 9t設(shè)指令流水線(xiàn)把一條指令分為取指、分析、執(zhí)行設(shè)指令流水線(xiàn)把一條指令分為取指、分析、執(zhí)行3個(gè)個(gè)部分，且部分，且3部分的時(shí)間分別是：部分的時(shí)間分別是：t取指取指=2ns，t分析分析=2ns，t執(zhí)行執(zhí)行=1ns，則則100條指令全部執(zhí)行完畢需條指令全部執(zhí)行完畢需_。A. 163nsB. 183nsC. 193nsD

60、. 203ns675.5 指令流水線(xiàn)：指令流水線(xiàn)：習(xí)題習(xí)題指令流水線(xiàn)將一條指令的執(zhí)行過(guò)程分為四步，其中第指令流水線(xiàn)將一條指令的執(zhí)行過(guò)程分為四步，其中第1、2和和4步的經(jīng)過(guò)時(shí)間為步的經(jīng)過(guò)時(shí)間為t，如圖所示。若該流水線(xiàn)，如圖所示。若該流水線(xiàn)連續(xù)執(zhí)行連續(xù)執(zhí)行50條指令所用時(shí)間為條指令所用時(shí)間為153t，不考慮相關(guān)問(wèn)，不考慮相關(guān)問(wèn)題，則該流水線(xiàn)的瓶頸第題，則該流水線(xiàn)的瓶頸第3步的時(shí)間為步的時(shí)間為 _ t。A. 2B. 3C. 4D. 5(3x)t49xt153t，x3。681234ttt5.5 指令流水線(xiàn)：指令流水線(xiàn)：習(xí)題習(xí)題設(shè)指令由取指、分析、執(zhí)行設(shè)指令由取指、分析、執(zhí)行3個(gè)子部件完成，并且每個(gè)子部