第5章习题参考答案
1.请在括号内填入适当答案。在CPU中:
(1)保存当前正在执行的指令的寄存器是( IR ); (2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是( AR )
(3)算术逻辑运算结果通常放在( DR )和( 通用寄存器 )。
2.参见图5.15的数据通路。画出存数指令“STO Rl,(R2)”的指令周期流程图,其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解:
STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下:
3.参见图5.15的数据通路,画出取数指令“LAD (R3),R0”的指令周期流程图,其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中,标出各微操作控制信号序列。 解:
LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下:
4.假设主脉冲源频率为10MHz,要求产生5个等间隔的节拍脉冲,试画出时序产生器的逻辑图。 解:
5.如果在一个CPU周期中要产生3个节拍脉冲;Tl=200ns,T2=400ns,T3=200ns,试画出时序产生器逻辑图。
解:取节拍脉冲Tl、T2、T3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。所以取时钟源提供的时钟周期为200ns,即,其频率为5MHz.;由于要输出3个节拍脉冲信号,而T3的宽度为2个时钟周期,也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期,所以除了C4外,还需要3个触发器——Cl、C2、C3;并令
T1?C1?C2;T1?C2?C3;T3?C1C3,由此可画出逻辑电路图如下:
6.假设某机器有80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条取指微指令是所有指令公用的。已知微指令长度为32位,请估算控制存储器容量。
解:80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条公用微指令,所以总微指令条数为80? (4-1)+1=241条微指令,每条微指令32位,所以控存容量为:241?32位
7.某ALU器件是用模式控制码M S3 S2 S1 C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。下表列出各条指令所要求的模式控制码,其中y为二进制变量,φ为0或l任选。
试以指令码(A,B,H,D,E,F,G)为输入变量,写出控制参数M,S3,S2,Sl,C的逻辑表达式。 指令码 M S3 S2 S1 C A, B 0 0 1 1 0 H, D 0 1 1 0 1 E 0 0 1 0 y F 0 1 1 1 y G 1 0 1 1 ? 解: 由表可列如下逻辑方程 M=G
S3=H+D+F
S2=A+B+D+H+E+F+G
S1=A+B+F+G C=H+D+Ey+Fy
8.某机有8条微指令I1—I8,每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。
a—j分别对应10种不同性质的微命令信号。假设一条微指令的控制字段仅限为8位,请安排微指令的控制字段格式。 微指令 a b c d e f g h i j I1 ? ? ? ? ? I2 ? ? ? ? I3 ? ? I4 ? I5 ? ? ? ? I6 ? ? ? I7 ? ? ? I8 ? ? ? 解:因为有10种不同性质的微命令信号,如果采用直接表示法则需要10位控制字段,现控制字段仅限于8位,那么,为了压缩控制字段的长度,必须设法把一个微指令周期中的互斥性微命令组合在一个小组中,进行分组译码。
经分析,(e,f,h)和(b,i,j)、或(d,i,j)和(e,f,h)、或(g,b,j)和(i,f,h)均是不可能同时出现的互斥信号,所以可将其通过2:4译码后输出三个微命令信号(00表示该组所有的微命令均无效),而其余四个微命令信号用直接表示方式。因此可用下面的格式安排控制字段。
e f h b i j ? ? ? ? ? ? a c d g X X X X 或: e f h d i j ? ? ? ? ? ? a b c g X X X X 或: f h i b g j ? ? ? ? ? ? a c d e X X X X 9.微地址转移逻辑表达式如下: μA8 = P1·IR6·T4 μA7 = P1·IR5·T4 μA6 = P2·C·T4
其中μA8—μA6为微地址寄存器相应位,P1和P2为判别标志,C为进位标志,IR5和IR6为指令寄存器的相应位,T4为时钟周期信号。说明上述逻辑表达式的含义,画出微地址转移逻辑图。 解:
μA5=P3·IR5·T4 μA4=P3·IR4·T4 μA3=P1·IR3·T4 μA2=P1·IR2·T4 μA1=P1·IR1·T4 μA0=P1·IR0·T4+P2·C·T4
用触发器强置端(低有效)修改,前5个表达式用“与非”门实现,最后1个用“与或非”门实现 μA2、μA1、μA0触发器的微地址转移逻辑图如下: (其他略)
10.某计算机有如下部件,ALU,移位器,主存M,主存数据寄存器MDR,主存地址寄存器MAR,指令寄存器IR,通用寄存器R0?R3,暂存器C和D。 (1)请将各逻辑部件组成一个数据通路,并标明数据流动方向。
(2)画出“ADD R1,R2”指令的指令周期流程图。 解:
(1) 设该系统为单总线结构,暂存器C和D用于ALU的输入端数据暂存,移位器作为ALU输出端的缓冲器,可对ALU的运算结果进行附加操作,则数据通路可设计如下:
(2) 根据上面的数据通路,可画出“ADD R1,R2”(设R1为目的寄存器)的指令周期流程图如下:
11.已知某机采用微程序控制方式,控存容量为512*48位。微程序可在整个控存中实现转移,控制微程序转移的条件共4个,微指令采用水平型格式,后继微指令地址采用断定方式。请问;
(1)微指令的三个字段分别应为多少位?
(2)画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。 解:
(1) 因为容量为512*48位,所以下址字段需用9位,控制微程序转移的条件有4个,所以判别测试字段需4位或(3位译码),因此操作控制字段的位数48-9-4=35位(或48-9-3=36位)
(2)微程序控制器逻辑框图参见教材P.147图5.23
指令寄存器IR OP 状态条件 地址转移 地址译码 控制存储器 微命令寄存器 P字段 控制字段 微地址寄存器 逻辑 微命令信号
12.今有4级流水线,分别完成取指、指令译码并取数、运算、送结果四步操作。今假设完成各步 操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns。请问; (1)流水线的操作周期应设计为多少?
(2)若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么第2条指令要推迟多少时间进行?
(3)如果在硬件设计上加以改进,至少需推迟多少时间? 答:
(1) 流水操作周期为max(100,100,80,50)=100ns
(2)若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么在第1条指令“送结果”步骤完成后,第2条指令的“取数”步骤才能开始,也就是说,第2条指令要推迟两个操
计算机组成原理第五章答案
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