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计算机组成原理课后习题讲解计算机组成原理课后习题讲解Chp1 计算机系统概论计算机系统概论【1、2】计算机硬件由哪几部分组成？各部分得作计算机硬件由哪几部分组成？各部分得作用就是什么？各部分之间怎样联系得？用就是什么？各部分之间怎样联系得？解答解答:计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、输入输出设备五个部分。运算器对数据进行算术输入输出设备五个部分。运算器对数据进行算术和逻辑运算和逻辑运算;控制器发布控制信号控制器发布控制信号,指挥各部件协指挥各部件协同工作同工作,实现计算机本身运行过程得自动化实现计算机本身运行过程得自动化;存储存储器保存程序和数据器保存程序和数据;输入输出设备完成系统和外输入输出设备完成系统和外界设备得信息交换。各部分通过总线联系。界设备得信息交换。各部分通过总线联系。P22Chp1 计算机系统概论计算机系统概论【1、9】冯冯诺依曼结构得特点就是什么？诺依曼结构得特点就是什么？解答解答:冯冯诺依曼结构特点如下诺依曼结构特点如下:1、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。输出设备五部分组成。2、采用存储程序得方式、采用存储程序得方式,程序和数据放在同一存储器程序和数据放在同一存储器中。中。3、数据以二进制码表示。、数据以二进制码表示。4、指令由操作码和地址码组成。、指令由操作码和地址码组成。5、指令在存储器中按执行顺序存放。、指令在存储器中按执行顺序存放。6、机器以运算器为中心、机器以运算器为中心,数据传送都经过运算器。数据传送都经过运算器。P23第三章第三章 运算方法和运算部件运算方法和运算部件Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、8】十进制数十进制数X=(+128、75)2-10P112(1)若若(Y)2=(X)10,用定点数表示用定点数表示Y得值。得值。(2)设用设用21个二进制位表示浮点数个二进制位表示浮点数,阶码用阶码用5位位,其中阶其中阶符符1位位;尾数用尾数用16位位,其中符号用其中符号用1位位,阶码得基数为阶码得基数为2,写写出阶码和尾数均用原码表示得出阶码和尾数均用原码表示得Y得机器数。得机器数。(3)写出阶码和尾数均用反码表示写出阶码和尾数均用反码表示Y得机器数。得机器数。(4)写出阶码和尾数均用补码表示写出阶码和尾数均用补码表示Y得机器数。得机器数。Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件解答解答:(1)X=(+128、75)2-10转二进制转二进制:整数部分整数部分:128=27即即(10000000)2;小数部分小数部分:0、75乘乘2取整得取整得(0、11)2;最终最终,Y=(10000000、11)22-10=(0、0010000000、11)2(2)1000000011000001001001 b 5 b 15 b21b原码表示原码表示:0 101100000(3)反码表示反码表示:0 11101 100000001100000(4)补码表示补码表示:0 11110 100000001100000Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、18】用原码一位乘计算用原码一位乘计算X=0、1101,Y=-0、1011 得积得积X*Y。P113解答解答:X原原=0、1101;Y原原=0、1011部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元 0 0.0 0 0 0 1 0 1 1 +0 0.1 1 0 1 0 0.1 1 0 1 0 0.0 1 1 0 1 1 0 1 +0 0.1 1 0 1 0 1.0 0 1 1 0 0.1 0 0 1 1 1 1 0 +0 0.0 0 0 0 部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元 0 0.1 0 0 1 0 0.0 1 0 0 1 1 1 1 +0 0.1 1 0 1 0 1.0 0 0 1 0 0.1 0 0 0 1 1 1 1X Y=1、10001111Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、24】用原码两位乘法求用原码两位乘法求X*Y。已知。已知X=0、1011,Y=0、1101。P113解答解答:X原原=0、1011;Y原原=0、1101;-X补补=1、0101X Y=0、10001111 1 1 1.1 1 0 1 1 1 1 1 1 +0 0 0.1 0 1 1 0 0 0.1 0 0 0 1 1 1 1 0 部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元 0 0 0.0 0 0 0 1 1 0 1 0 +0 0 0.1 0 1 1 0 0 0.1 0 1 1 0 0 0.0 0 1 0 1 1 1 1 0 +1 1 1.0 1 0 1 1 1 1.0 1 1 1 欠位欠位部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元欠位欠位大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、30】设有设有16个信息位个信息位,如果采用海明校验如果采用海明校验,至少至少需要设置多少个校验位？应放在哪些位置上？若校验需要设置多少个校验位？应放在哪些位置上？若校验结果为结果为 S6S5S4S3S2S1=110010,分析出错情况分析出错情况,并说明并说明如何纠错？如何纠错？P114解答解答:2r-1 k+r r=6数据数据 16位位:D16 D1;校验校验 6位位:P6 P1;海明码海明码 22位位:H22 H1、Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件校验位位置校验位位置:Pi 2 i-1 H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1P4P3P2 P1-H22H21H20H19H18H17H16H15H14P6P5海明码排序海明码排序:H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1D9D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1-H22H21H20H19H18H17H16H15H14-P6D16D15D14D13D12P5D11D10Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件校验位对应校验位对应:海明码海明码数据数据/校验校验校验位号校验位号H1P11H2P22H3D11+2H4P34H5D21+4H6D32+4H7D41+2+4H8P48H9D51+8H10D62+8海明码海明码数据数据/校验校验校验位号校验位号H11D71+2+8H12D84+8H13D91+4+8H14D102+4+8H15D111+2+4+8H16P516H17D121+16H18D132+16H19D141+2+16H20D154+16H21D161+4+16H22P622Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件分组偶校验分组偶校验:组号组号偶校验结果偶校验结果1S1=P1D1D2D4D5D7 D9 D11 D12 D14 D162S2=P2D1D3D4D6D7 D10 D11 D13 D143S3=P3D2D3D4D8 D9 D10 D11 D15 D164S4=P4D5D6D7D8 D9 D10 D115S5=P5 D12 D13 D14 D15 D166S6=P6 P5P4P3P2P1 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8D7D6D5D4 D3D2D1Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件S6 S5 S4 S3 S2 S1=1 1 0 0 1 0P5 D12 D13 D14 D15 D16P2 D1 D3 D4 D6 D7 D10 D11 D13 D14出错数据位出错数据位:D13Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件校验纠错电路校验纠错电路:Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、35】(补充题补充题)对对4位有效信息位有效信息(1100)求循环校验求循环校验码码,选择生成多项式选择生成多项式G(x)=x3+x2+1。若接收到得有效。若接收到得有效数据为数据为1101,说明说明CRC就是如何查错和纠错得？就是如何查错和纠错得？P114解答解答:M(x)=1100 M(x)x3=1100000 G(x)=1101 M(x)x3/G(x)=1001+101/1101 循环校验码循环校验码:M(x)x3+R(x)=1100101Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件出错模式出错模式(G(x)=1101):A1A2A3A4A5A6A7余数余数出错位出错位正确正确1100101000错误错误1100100001A71100111010A61100001100A51101101101A41110101111A31000101011A20100101110A1Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件查错与纠错查错与纠错:(1)假设只有一位出错假设只有一位出错,则错误得则错误得CRC码为码为,系统做如下系统做如下处理处理:1101101/1101=101,查到为查到为A4位出错位出错;CRC码循环左移码循环左移,同时余数做如下变化同时余数做如下变化:101111011110,共移共移3次次;A1位与位与1异或异或;CRC码继续循环左移码继续循环左移,同时余数做如下变化同时余数做如下变化:110001010100101,共移共移4次次,得到正确码。得到正确码。Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件(2)不限出错位数不限出错位数,则则4位得位得G(X)只能实现差错只能实现差错,但无但无法纠错。法纠错。若余数为若余数为000,则则CRC码正确。码正确。若余数不为若余数不为000,则则CRC码错误。码错误。3位余数只剩位余数只剩7个不同组合个不同组合,而出错情况多达而出错情况多达98种。无种。无法区分出错得情况法区分出错得情况,也即无法纠错。也即无法纠错。第四章第四章 主存主存储器器Chp4 主存储器主存储器【4、5】有一个有一个512K16得存储器得存储器,由由64K1得得RAM芯片组成芯片组成(芯片内就是芯片内就是4个个128128结构结构),问问:P136(1)总共需要多少个总共需要多少个RAM芯片？芯片？(2)采用分散刷新方式采用分散刷新方式,如单元刷新间隔不超过如单元刷新间隔不超过2ms,则则刷新信号得周期就是多少？刷新信号得周期就是多少？(3)如果采用集中式刷新方式如果采用集中式刷新方式,设读设读/写周期写周期T=0、1us,储存器刷新一遍最少用多少时间？储存器刷新一遍最少用多少时间？Chp4 主存储器主存储器解解:(1)总共需要总共需要512K16/64K1=128片。片。(2)刷新中得几个时间概念刷新中得几个时间概念:刷新周期、集中式刷新得刷新周期、集中式刷新得刷新时间、刷新信号周期、读写周期。刷新时间、刷新信号周期、读写周期。分散分散(非集中非集中)刷新包括分散式刷新和分布式刷新刷新包括分散式刷新和分布式刷新两种情况。两种情况。Chp4 主存储器主存储器分散式刷新分散式刷新:刷新信号周期刷新信号周期=等于读写周期等于读写周期;刷新周期刷新周期=阵列行数阵列行数 读写周期读写周期=128读写周期读写周期;W/RW/R REFREF W/RW/R REFREFW/RW/R REFREFChp4 主存储器主存储器分布式刷新分布式刷新:刷新信号周期刷新信号周期=刷新周期刷新周期/阵列行数阵列行数=2ms/12815、6us 阵列阵列128行即行即128段段,每段末尾占用一个读写周期每段末尾占用一个读写周期对该行进行刷新。对该行进行刷新。综合分散与分布得到信号周期综合分散与分布得到信号周期15、6usChp4 主存储器主存储器集中式刷新集中式刷新:刷新信号周期刷新信号周期=读写周期读写周期;刷新时间刷新时间=阵列行数阵列行数读写周期读写周期=1280、1us=12、8us;刷新周期刷新周期=读写时间读写时间+刷新时间。刷新时间。tCtCtCtCtCtCtCChp4 主存储器主存储器【4、6】机器有一个地址空间为机器有一个地址空间为0000H1FFFH得得ROM区域区域,现在再用现在再用RAM芯片芯片(8K4)形成一个形成一个16K8得得RAM区域区域,起始地址为起始地址为2000H,假设假设RAM芯芯片有片有CS和和WE信号控制端信号控制端,CPU地址总线为地址总线为A15A0,数据总线为数据总线为D7D0,控制信号为控制信号为R/W,MREQ。要求。要求画出逻辑图。画出逻辑图。P136Chp4 主存储器主存储器解解:数据总线数据总线D7D0 储存区域数据宽度为储存区域数据宽度为8;ROM:0000H1FFFH 单元数单元数:213=8K 容量容量:8K8;RAM:容量容量:16K8 需要需要4片片8K4芯片进行综芯片进行综 合扩合扩展展;地址分配地址分配:片内片内A12A0,片选片选A15A13ROM:地址范围地址范围:0000H1FFFH RAM(12#):地址范围地址范围:2000H3FFFHRAM(34#):地址范围地址范围:4000H5FFFHChp4 主存储器主存储器片选方式片选方式:方式一方式一:A15A13接接3:8译码器输入。译码器输入。方式二方式二:A14、A13接接2:4译码器输入译码器输入,A15接地。接地。方式三方式三:A15A13分别接每组芯片得分别接每组芯片得CS端端,此种方此种方式会造成地址不连续。式会造成地址不连续。作图作图:参见参见 P440(方式一方式一)。Chp4 主存储器主存储器Chp4 主存储器主存储器【4、12】设某主存储器访问一次存储器得时间如下设某主存储器访问一次存储器得时间如下:传送地址传送地址1个时钟周期个时钟周期,读读/写写4个时钟周期个时钟周期,数据传送数据传送1个时钟周期个时钟周期,采用下述采用下述3种主存结构读取种主存结构读取16个字得数个字得数据块据块,各需多少时钟周期？各需多少时钟周期？P137(1)单自宽主存单自宽主存,一次只能读一次只能读/写写1个字。个字。(2)4字宽主存字宽主存,一次可读写一次可读写4个字个字,但但CPU与主存得数与主存得数据传送宽度为据传送宽度为1个字。个字。(3)4体交叉存储器体交叉存储器,每个存储器为单自宽。每个存储器为单自宽。【4、7】SRAM和和DRAM得主要差别就是什么？得主要差别就是什么？(略略)Chp4 主存储器主存储器解解:即本题中即本题中,一个存储周期为一个存储周期为1+4+1=6T。即连续。即连续两次读写间隔至少保持两次读写间隔至少保持6个个T。存储周期存储周期:连续启动两次独立得存储器操作所需连续启动两次独立得存储器操作所需间隔得间隔得最小时间最小时间。存储器在读存储器在读/写操作时写操作时,不允许改变数据地址。不允许改变数据地址。Chp4 主存储器主存储器(1)操作方式为操作方式为:T T T TTT传送地址传送地址读写操作读写操作传送数据传送数据12T T T TTT5T正确操作方式为正确操作方式为:T T T TTT12T T T TTT6T需要周期需要周期:166T=96TChp4 主存储器主存储器(2)操作方式为操作方式为:T T T TTT传送地址传送地址读写操作读写操作传送数据传送数据145TT T T58T T T TTT T T T正确操作方式为正确操作方式为:T T T TTT T T TT T T TTT T T TT T T TTT T T TT T T TTT T T T145891213166T6T6T9T需要周期需要周期:36T+9T=27 TChp4 主存储器主存储器(3)单自宽单自宽4体交叉存储体交叉存储:需要周期需要周期=T+(m-1)=(m+3)t/4=(16+3)6T/4=28、5Tt原因原因:=t/4=1、5T不就是一个整周期。不就是一个整周期。而题中将一个存储周而题中将一个存储周期分为了期分为了6个整周期个整周期T。Chp4 主存储器主存储器正确方法正确方法:多体交叉存储器特征多体交叉存储器特征:每个模块都有独立得读写控制电路、地址寄存器每个模块都有独立得读写控制电路、地址寄存器和数据寄存器和数据寄存器,各自以等同方式与各自以等同方式与CPU传送信息。传送信息。1、CPU将地址送达将地址送达1个模块个模块,即被该模块得即被该模块得AR读取读取,此后可以继续送出第二个地址到下一个模块。此后可以继续送出第二个地址到下一个模块。注意注意:2、每个模块单独得存储周期仍就是、每个模块单独得存储周期仍就是6T,即每个模块中即每个模块中两个字得存储间隔至少保持两个字得存储间隔至少保持6T。Chp4 主存储器主存储器T T T TTT1T T T TTT2T T T TTT3T T T TTT4T T T TTT5T T T TTT6T T T TTT7T T T TTT8T T T TTT9T T T TTT10T T T TTT11T T T TTT12T T T TTT13T T T TTT14T T T TTT15T T T TTT16M0M1M3M4M0M1M3M4M0M1M3M4M0M1M3M46T6T6T9T需要周期需要周期:36T+9T=27 TChp4 主存储器主存储器【4、14】补充作业补充作业:CPU有有16根地址线、根地址线、16根数据线根数据线,MREQ为为访存信号访存信号,W/R为读写控制信号。现有为读写控制信号。现有ROM芯芯片两种片两种(2K8、8K4)、RAM芯片三种芯片三种(1K4、2K8、8K8)。请选择合适得芯片设计主存。请选择合适得芯片设计主存,要要求求000H7FFH为系统区为系统区,800H 17FFH 为用户区为用户区,画出逻辑图。画出逻辑图。Chp4 主存储器主存储器解解:CPU16根数据线根数据线字长字长16位位;系统区系统区:000H7FFH 空间大小空间大小21116=2K16。选用选用2K8芯片芯片,需需2片。片。用户区用户区:800H 17FFH 区间容量区间容量:17FFH-800H=FFFH。空间大小。空间大小21216=4K16。选用选用2K8芯片芯片,需需4片。片。Chp4 主存储器主存储器第五章第五章 指令系指令系统Chp5 指令系统指令系统【5、1】某指令系统指令长某指令系统指令长16位位,每个操作数得地址每个操作数得地址码长码长6位位,指令分为无操作数、单操作数和双操作数指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。若双操作数指令有三类。若双操作数指令有K条条,无操作数指令有无操作数指令有L条条,问单操作数指令最多可能有多少条？问单操作数指令最多可能有多少条？P169解解:要使单操作数指令最多要使单操作数指令最多,则除则除K条和条和L条已有指令条已有指令外外,剩余指令全用作单操作数指令。剩余指令全用作单操作数指令。Chp5 指令系统指令系统指令字长指令字长16bit,地址码长地址码长6bit,则操作码长则操作码长4bit。若全用作双操作数指令若全用作双操作数指令,则最多容纳则最多容纳24条。条。已知双操作数指令有已知双操作数指令有K条条,则操作码剩余则操作码剩余24 K个个信息可用。信息可用。24 K个操作码信息加一个地址码最多可寻址个操作码信息加一个地址码最多可寻址(24 K)26条单操作数指令。条单操作数指令。设单操作数指令有设单操作数指令有X条条,则剩余则剩余(24 K)26-X个信个信息可用。息可用。(24 K)26-X个信息再加一个地址码则最多可寻个信息再加一个地址码则最多可寻址址(24 K)26-X)26条无操作数指令。条无操作数指令。Chp5 指令系统指令系统即有方程即有方程:(24 K)26-X)26=L求解得求解得:X=(24 K)26-L/26Chp5 指令系统指令系统【5、2】基址寄存器得内容为基址寄存器得内容为2000H,变址寄存器内变址寄存器内容为容为3A0H,指令得地址码部分就是指令得地址码部分就是3FH,当前当前PC得值得值为为2B00H,写出变址编址写出变址编址(考虑基址考虑基址)和相对编址两种和相对编址两种情况得访存有效地址。情况得访存有效地址。P169解解:变址编址变址编址:3A0H+3FH=3DFH变址编址变址编址(考虑基址考虑基址):2000H+3DFH=23DFH相对编址相对编址:2B00H+3FH=2B3FHChp5 指令系统指令系统【5、3】接上题接上题(1)设变址编址用于取数指令设变址编址用于取数指令,相对编相对编址用于转移指令址用于转移指令,存储器内容如下存储器内容如下:P169地址地址内容内容003FH2300H2000H2400H203FH2500H233FH2600H23A0H2700H23DFH2800H2B00H063FH写出从存储器中所取写出从存储器中所取得数据以及转移地址。得数据以及转移地址。(2)若采取直接编址若采取直接编址,写出从存储器取出得写出从存储器取出得数据。数据。Chp5 指令系统指令系统解解:(1)接上题接上题,变址编址变址编址(考虑基址考虑基址)23DFH;相对编址相对编址:2B3FH。地址地址内容内容003FH2300H2000H2400H203FH2500H233FH2600H23A0H2700H23DFH2800H2B00H063FH取数取数:2800H;转移转移:2B3FH。(2)直接编址取数直接编址取数:(3FH)=2300H;考虑基址则为考虑基址则为:(203FH)=2500H。Chp5 指令系统指令系统【5、9】在下面有关寻址方式得叙述中在下面有关寻址方式得叙述中,选择正确答选择正确答案填入。案填入。P170根据操作数所在位置根据操作数所在位置,指出其寻址方式指出其寻址方式:操作数在寄存操作数在寄存器中器中,为为 _ 寻址方式寻址方式;操作数地址在寄存器中操作数地址在寄存器中,为为_寻址方式寻址方式;操作数在指令中操作数在指令中,为为_寻址方式寻址方式;操作数地址操作数地址(主存主存)在指令中在指令中,为为_寻址寻址方式方式;操作数得地址操作数得地址,为某一寄存器中得内容与位移量为某一寄存器中得内容与位移量之和则可以就是之和则可以就是_、_、_ 寻址寻址方式。方式。寄存器寄存器寄存器间接寄存器间接立即数立即数直接直接基址基址变址变址相对相对Chp5 指令系统指令系统【5、11】讨论讨论RISC和和CISC在指令系统方面得主要在指令系统方面得主要区别。区别。(略略)P170【5、14】(补充作业补充作业)某某16位机所使用指令格式和寻位机所使用指令格式和寻址方式如下所示址方式如下所示:该机有两个该机有两个20位基值寄存器位基值寄存器,四个四个16位变址寄存器位变址寄存器,十六个十六个16位通用寄存器。位通用寄存器。有三种指令得操作码分别就是有三种指令得操作码分别就是:MOV (OP)(A)H,MOV就是传送指令就是传送指令;STA (OP)(1B)H,STA为写数指令为写数指令;LDA (OP)(3C)H,LDA为读数指令。为读数指令。Chp5 指令系统指令系统 指令格式如下指令格式如下,其中得其中得 S(源源),D(目标目标)都就是都就是通用寄存器通用寄存器,M就是主存中得一个单元。就是主存中得一个单元。OP目标目标源源MOV S,D15 10 9 8 7 4 3 0 20位地址位地址 目标目标 OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 OP基址基址源源 变址变址位移量位移量 15 10 9 8 7 4 3 0 STA S,MChp5 指令系统指令系统要求要求:1、分析三种指令格式与寻址方式特点。、分析三种指令格式与寻址方式特点。2、CPU完成哪一条指令所花时间最短？哪一条完成哪一条指令所花时间最短？哪一条指令花时间最长？第二条指令得执行时间有时会指令花时间最长？第二条指令得执行时间有时会等于第三条指令得执行时间吗？等于第三条指令得执行时间吗？3、下列情况下每个十六进制指令字分别代表什、下列情况下每个十六进制指令字分别代表什么操作？若其中有得编码不正确么操作？若其中有得编码不正确,如何改正才能如何改正才能成为合法指令？成为合法指令？(F0F1)H (3CD2)H ;(2856)H;(6FD6)H;(1C2)HChp5 指令系统指令系统解解:1、第一种指令就是单字长二地址指令、第一种指令就是单字长二地址指令,RR型型;第二种指令就是双字长二地址指令第二种指令就是双字长二地址指令,RS型其中一型其中一个采用基址寻址或变址寻址个采用基址寻址或变址寻址,另一个由源寄存器决定另一个由源寄存器决定;OP目标目标源源MOV S,D15 10 9 8 7 4 3 0OP基址基址源源 变址变址位移量位移量 15 10 9 8 7 4 3 0 STA S,MChp5 指令系统指令系统 第三种也就是双字长二地址指令第三种也就是双字长二地址指令,RS型型,其中一个其中一个由目标寄存器决定由目标寄存器决定,另一个由另一个由20位地址位地址(直接寻址直接寻址)决决定。定。20位地址位地址 目标目标 OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 2、第一种指令所花时间最短、第一种指令所花时间最短,因为就是寄存器因为就是寄存器寄寄存器型指令存器型指令,不需要访问存储器。不需要访问存储器。OP目标目标源源MOV S,D15 10 9 8 7 4 3 0Chp5 指令系统指令系统 第二种指令所花时间最长第二种指令所花时间最长,因为需要访问存储器因为需要访问存储器,还要进行寻址方式得变换运算还要进行寻址方式得变换运算(基值或变址基值或变址),这也需这也需要时间。要时间。第三种指令虽然也访问存储器第三种指令虽然也访问存储器,但节省了求有效但节省了求有效地址运算得时间开销。第二种指令得执行时间不会地址运算得时间开销。第二种指令得执行时间不会等于第三种指令得执行时间。等于第三种指令得执行时间。20位地址位地址 目标目标 OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 OP基址基址源源 变址变址位移量位移量 15 10 9 8 7 4 3 0 STA S,MChp5 指令系统指令系统3、已知、已知:MOV(OP)001010,STA(OP)011011,LDA(OP)111100(F0F1)H (3CD2)H=1111000011110001(3CD2)H 该指令代表该指令代表LDA指令指令,编码正确编码正确,其含义就是把主存其含义就是把主存(13CD2)H(20位位)地址单元得内容取至地址单元得内容取至15寄存器。寄存器。20位地址位地址 目标目标 OP LDA M，D 15 10 9 8 7 4 3 0 通用寄存器有通用寄存器有16个个,因因此需要此需要4bit区分区分Chp5 指令系统指令系统 已知已知:MOV(OP)001010,STA(OP)011011,LDA(OP)111100。(2856)H=0010100001010110 代表代表MOV指令指令,编码正确编码正确,含义就是把含义就是把6号源寄存号源寄存器得内容传送至器得内容传送至5号目标寄器。号目标寄器。OP目标目标源源MOV S,D15 10 9 8 7 4 3 0Chp5 指令系统指令系统 已知已知:MOV(OP)001010,STA(OP)011011,LDA(OP)111100。(6FD6)H=10110 该指令就是单字长指令该指令就是单字长指令,一定就是一定就是MOV指令指令,但但编码错误。编码错误。可改正为可改正为 0010100011010110=(28D6)HOP目标目标源源MOV S,D15 10 9 8 7 4 3 0Chp5 指令系统指令系统 已知已知:MOV(OP)001010,STA(OP)011011,LDA(OP)111100。(1C2)H=00010 该指令就是单字长指令该指令就是单字长指令,代表代表MOV指令指令,但编码但编码错误。错误。可改正为可改正为 0010100011000010=(28C2)HOP目标目标源源MOV S,D15 10 9 8 7 4 3 0第六章第六章 中央中央处理器理器Chp6 中央处理器中央处理器【6、1】CPU结构如下图所示结构如下图所示,其中有一个累加器其中有一个累加器AC,一个状态条件寄存器和其她一个状态条件寄存器和其她4个寄存器个寄存器,各部分之各部分之间得连线表示数据通路间得连线表示数据通路,箭头表示信息传送方向。要箭头表示信息传送方向。要求求:P234(1)标明图中标明图中a,b,c,d 4个寄存器得名称。个寄存器得名称。(2)简述指令从主存取出到产生控制信号得数据通路。简述指令从主存取出到产生控制信号得数据通路。(3)简述数据在运算器和主存之间进行存简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问得数取访问得数据通路。据通路。ACcbPSR微操作信号微操作信号发生器发生器ALUa主存储器主存储器Md+1Chp6 中央处理器中央处理器PCARDRIRChp6 中央处理器中央处理器【6、5】选出正确答案填空选出正确答案填空:P235 微指令分水平型微指令和微指令分水平型微指令和_微指令两类。微指令两类。_可同时执行若干个微操作可同时执行若干个微操作,所以执所以执行指令得速度比行指令得速度比_得快。得快。在实现微程序时在实现微程序时,取下一条微指令和执行本条微取下一条微指令和执行本条微指令一般就是指令一般就是_进行得进行得,而微指令之间就是而微指令之间就是_执行得。执行得。实现机器指令得微程序一般就是存放在实现机器指令得微程序一般就是存放在_中得中得,而用户可写得控制存储器则由而用户可写得控制存储器则由_组成。组成。垂直型垂直型水平型微指令水平型微指令垂直型微指令垂直型微指令重叠重叠顺序顺序ROMRAMChp6 中央处理器中央处理器【6、6】某机有某机有8条微指令条微指令I1-I8,每条微指令所包含每条微指令所包含得微命令控制信号如下表所示。得微命令控制信号如下表所示。P235a-j对应对应10种不同种不同性质得微命令信性质得微命令信号。假设一条微号。假设一条微指令得控制字段指令得控制字段为为8位位,请安排微请安排微指令得控制字段指令得控制字段格式。格式。Chp6 中央处理器中央处理器解解:3种微指令编译法种微指令编译法:直接控制法、直接编译法、间接编译法。直接控制法、直接编译法、间接编译法。方法选择方法选择:尽量使用直接控制法尽量使用直接控制法;若此时微指令控制字段无法包含全部微命令若此时微指令控制字段无法包含全部微命令,则则引入直接编译法引入直接编译法,和直接控制法结合和直接控制法结合;若仍然无法包含全部微命令若仍然无法包含全部微命令,则单独用直接控制则单独用直接控制法实现法实现;若还就是无法包含全部微命令若还就是无法包含全部微命令,则引入间接编译则引入间接编译法。法。Chp6 中央处理器中央处理器 全用直接控制法全用直接控制法控制控制字段表示命令个数为字段表示命令个数为810;使用直接控制法使用直接控制法6b+直直接编译法接编译法2b控制字段控制字段表示命令个数表示命令个数6+310,可行。可行。但任选但任选5个命令直接控制个命令直接控制,其余其余5个无法保持互斥。个无法保持互斥。Chp6 中央处理器中央处理器 使用直接控制法使用直接控制法4b+直接编译法直接编译法2b控制字段表示控制字段表示命令个数命令个数4+3+3=10,可行。可行。Chp6 中央处理器中央处理器 相容性低相容性低(互斥性高互斥性高)得命令采用直接编译法分得命令采用直接编译法分组组;相容性高得命令采用直接控制法并行。相容性高得命令采用直接控制法并行。Chp6 中央处理器中央处理器 分析表格分析表格,a,c,d得相容性最高得相容性最高(分别为分别为9、8、8),所以用直接控制法表示。所以用直接控制法表示。e和和g得相容性一样得相容性一样(都都为为7)所以任意选一个用直接控制法表示所以任意选一个用直接控制法表示(比如选比如选g)。剩下剩下b,e,f,h,i,j可通过相斥性分段可通过相斥性分段,用直接编译法用直接编译法表示。这里选表示。这里选(e,f,h)和和(b,i,j)可分别组成两组。可分别组成两组。结果如下结果如下:12345678acdgefh-bij-Chp6 中央处理器中央处理器【6、7】已知某机采用微程序控制方式已知某机采用微程序控制方式,其存储器容其存储器容量为量为51248(位位),微程序可在整个控制存储器中实现微程序可在整个控制存储器中实现转移转移,可控制微程序得条件共可控制微程序得条件共4个个(直接控制直接控制),微指令微指令采用水平型格式采用水平型格式,如图所示如图所示:P236(1)微指令中得三个字段分别应多少位？微指令中得三个字段分别应多少位？(2)画出围绕这种微指令格式得微程序控制器逻辑框画出围绕这种微指令格式得微程序控制器逻辑框图。图。Chp6 中央处理器中央处理器解解:(1)可可控制微程序得条件共控制微程序得条件共4个个(直接控制直接控制)判别测判别测试字段中每一位为一个判别标志试字段中每一位为一个判别标志,该字段长该字段长4位位;微程序可在整个控制存储器中实现转移微程序可在整个控制存储器中实现转移,其存其存储器容量为储器容量为2948b 下地址字段长下地址字段长9位位;微指令字段长微指令字段长:48 4 9=35位。位。Chp6 中央处理器中央处理器(2)微地址寄存微地址寄存器器对应下地址对应下地址字段字段;P字段字段即为判别即为判别测试字段测试字段;控制字段控制字段即为即为微指令字段微指令字段,与与P字段一起组成字段一起组成微指令寄存器。微指令寄存器。地址转移逻辑地址转移逻辑即即AG,输入就是指输入就是指令寄存器令寄存器OP译码译码,各状态条件以及各状态条件以及P字段字段,其输出适当修改微地址寄其输出适当修改微地址寄存器存器,实现微程序得分支转移。实现微程序得分支转移。Chp6 中央处理器中央处理器【6、8】在微程序计算机中在微程序计算机中,下一条要执行得微指令下一条要执行得微指令地址都有哪些可能得来源？各发生在什么场合？地址都有哪些可能得来源？各发生在什么场合？(略略)P237【6、16】选择填空选择填空:微机微机A和和B就是采用不同主频得就是采用不同主频得CPU芯片芯片,片内片内逻辑电路完全相同。若逻辑电路完全相同。若A机得机得CPU主频为主频为8MHz,B机机为为12MHz。则。则A机得机得CPU主振周期为主振周期为_s。如。如A机得平均指令机得平均指令执行速度行速度为0、4MIPS,那么那么A机得平机得平均指令周期均指令周期为_s,B机得平均指令机得平均指令执行行为_MIPS。Chp6 中央处理器中央处理器解解:主振周期主振周期=CPU周期周期=1/主频主频。A机得机得CPU主振周期为主振周期为:1/8MHz=0、125s。MIPS:每秒钟执行百万条指令。每秒钟执行百万条指令。A机得平均指令执行速度为机得平均指令执行速度为0、4MIPSA机得平均指令周期为机得平均指令周期为:1/0、4M=2、5 s。指令执行速度和主频成正比。指令执行速度和主频成正比。B机指令速度机指令速度/A机指令速度机指令速度=B机主频机主频/A机主频机主频B机得平均指令执行为机得平均指令执行为:0、4MIPS12/8=0、6MIPSChp6 中央处理器中央处理器【6、22】某机得微指令格式中有某机得微指令格式中有10个独立得控制字个独立得控制字段段C0C9,每个控制字段有每个控制字段有Ni个互斥控制信号个互斥控制信号,Ni得值得值如下如下:P237字段字段0123456789Ni463119571815 请回答请回答:(1)这这10个控制字段个控制字段,采用编码表示法采用编码表示法,需要多少控制位？需要多少控制位？(2)如果采用完全水平型编码方式如果采用完全水平型编码方式,需要多少控制需要多少控制位？位？Chp6 中央处理器中央处理器解解:3种微指令编译法种微指令编译法:直接控制法、直接编译法、间直接控制法、直接编译法、间接编译法。接编译法。(1)编码方式默认为