表 (1)
表（2）
练习题题解
o 填空题
o 从主存取出指令，分析指令并产生有关的操作控制信号 o 微程序，ROM
o 直接控制编码表示法，分段直接编码，分段间接编码 o 垂直型微指令，水平型微指令 o 微命令，微操作
o 微程序
o 控制存储器，控存地址寄存器，控制存储器，ROM，微程o o o o
o o o o o o o o o o o
o 选择题
序
控制存储器，主存储器，快
指令控制，操作控制，时间控制，数据加工
指令寄存器，程序计数器，地址寄存器，缓冲寄存器，累加器，状态条件寄存器
保存当前正在执行的一条指令，跟踪后继指令的地址，保存处理器的状态信息和中断优先级，保存当前CPU所访问的主存单元的地址
指令周期，机器周期，时钟周期 取指令，执行指令 自动加1， 地址字段 状态标志位 直接，编码
计数器方式，断定方式
取指令，指令译码，计算地址 取指
微操作控制，微地址，垂直型微指令，水平型微指令 时间重叠，资源重复，资源共享 MMX，多媒体扩展结构，图象数据
1. C 2. B 3. D 4. C 5. C 6. A 7. A 8. D
o 名词解释
o 指令流：计算机执行的指令序列。
o 数据流：根据指令要求依次访问的数据序列。 o 指令周期：一条指令的执行时间，即从取指开始到指令结o o o o
o 简答题
o 控制器基本功能：取指令字、解释指令字、组织计算机各
束的全过程所需的时间。
异步控制方式：系统各个部件之间没有统一的时钟，各部件有自己的时钟。
同步控制方式：机器有统一的时钟信号，所有的微操作信号都与时钟信号同步。
节拍：将CPU周期划分为若干个相等的时间段，每个时间段称为一个节拍。
节拍电位：节拍一般用具有一定宽度的电位信号表示。
个部件操作的信号序列，以完成指令的执行，确定下一条指令的地址。
o CPU常用的控制方式有三种：同步控制方式、异步控制方
式和联合控制方式。
同步控制方式，是指在任何情况下给定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都是固定不变的控制方式。
异步控制方式中，每条指令的指令周期既可由数量不等的机器周期数组成，也可由执行部件完成CPU要求的操作后发回控制器的“回答”信号决定。亦即CPU访问的每个操作控制信号的时间根据其需要占用的时间来决定。显然，用这种方式形成的操作控制序列没有固定的CPU周期数(节拍电位)和严格的时钟周期(节拍脉冲)与之同步，所以称为不同步即异步方式。
联合控制方式，就是指同步控制和异步控制相结合的方式。是目前计算机控制器设计中采用最多的、主要的控制方式。在控制器的设计中，集中控制部分一般采用同步控制方式，而分布控制部分一般采用异步控制方式。
o 现代计算机系统指令周期为离CPU最近的存储器系统的
o
o
o
o
存储周期的整数倍；系统时钟周期与节拍宽度相等，故指令周期和存储周期是时钟周期的整数倍。
（１）存储周期是节拍周期的整数倍；（２）相关指令的顺序保证；（３）互斥微操作不能安排在同一节拍内；（４）相容微操作可安排在相同节拍或不同节拍中；（５）除访存等微操作外，大多数微操作在一个节拍内完成。 取指周期完成的操作：取指、指令译码、PC+１、送操作数地址；执行周期：取操作数、完成操作、结果回写、AC送存储器。
微命令是构成控制信号序列的最小单位，微命令由控制部件通过控制线向执行部件发出；微操作是执行部件接收微命令后所进行的最基本的操作。微命令是微操作的控制信号，而微操作是微命令控制的操作过程，在计算机内部实质上是同一信号。对控制部件为微命令，对执行部件为微操作。
（1）微程序顺序执行时，下地址为本条微指令地址加1。
（2）在微程序必定转向某一微地址时，可以在微指令字中的相关字段中给出该地址值。
（3）按微指令（上一条或本条）的某一执行结果的状态，选择顺序执行或转向某一地址。
（4）从微堆栈中取出从微子程序返回到微主程序断点的返回地址，用于微子程序返回处理。
（5）依条件判断转向多条微指令地址中的某一地址的控制。
8. （1）其作用是提供执行每一条指令的步骤（时序）标记信号和时序脉冲信号。 （2）它是用时序逻辑方式运行的，依据当前的时序状态信息，指令的操作码信息以及指令执行状态信息，产生下一条指令的时序脉冲信号。
9. （1）二者相同点是都必须在指令中给出转移地址，不同点在于条件转移指令还必须在指令中给出判断是否执行转移所依据的条件。
（2）子程序调用指令与转移指令的区别，子程序调用指令转移后要保存当前地址，以备子程序执行完后返回，而一般的转移指令，由于不返回所以不需要保存当前地址。 10. 控制器的功能是自动连续地执行指令序列，并依据当前正在执行的指令和它所的执行步骤，提供出在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。
控制器的基本组成包括： （1）程序计数器（PC） （2）指令寄存器（IR）
（3）脉冲源、启停控制逻辑、微操作控制器 （4）全部时序控制信号产生部件
微程序的控制器和组合逻辑的控制器在组成同类型的控制器,其共同点是： 基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能；不同点主要表现在：处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着大规模可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解；微程序控制器是通过微指令来细分指令执行步骤，所提供的控制信号是从控制存储器中读出来的，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的,其缺点是运行速度要慢一些,优点是设计与实现简单些,易于用于实现系列产品的控制器,理论上可实现动态微程序设计.
11. 一般来讲，取指周期中从内存中读出的信息流是指令流，它流向控制器；而执行周期中从内存读出的或送入内存的信息流是数据流，它由内存流向运算器或由运算器流向内存。
o 计算题
o 共有微指令(12－1)×86+1=947条，控存的容量为
947×48 位。
o （１）命中率H = Nc / (Nc + Nm) = 1900 / (1900 + 100)
= 0.95
主存慢于cache的倍率 r = tm / tc = 250ns / 50ns = 5 访问效率 e = 1 / [r+(1-r)H] = 1 / [5+(1-5)]×0.95 = 83.3% （２）平均访问时间 ta = tc / e = 50ns / 0.833 = 60 ns
o 分析题
o (1) 假设判别测试字段中每一位作为一个判别标志，那么由于有4个转移条件，
故该字段为4位（如采用字段译码只需3位）。下地址字段为9位，因为控存
容量为512单元。微指令字段则是（48 – 4 – 9） = 35位。
(2) 对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框图如图5.9所示。其中微地址寄存器对应下地址字段，S字段即为判别测试字段，控制字段即为微指令字段，后两部分组成微指令寄存器。地址转移逻辑输入是指令寄存器的OP码、各种状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1），其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。就是说，此处微指令的后继地址采用断定方式。
o 为了压缩控制字段的长度，必须设法把一个微指令周期中互斥性微命令信号组
合在一个小组中进行分组译码。
经分析，（e，f，h）和（b，i，j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a，c，d，g四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下所示。
直接控制 01e 01b 10f 10i
a c d g 11g 11j ×× ×× × × × × 4位 2位 2位 3. 解：
比 较 内 容 CISC RISC ⑴指令系统 复杂、庞大 简单、精简 ⑵指令数目 一般大于200 一般小于100 ⑶指令格式 一般大于4 一般小于4 ⑷寻址方式 一般大于4 一般小于4 ⑸指令字长 不固定 等长
⑹可访存指令 不加限制 只有LOAD/STORE指令 ⑺各种指令使用频率 相差很大 相差不大
⑻各种指令执行时间 相差很大 绝大多数在一个周期内完成
⑼优化编译实现 很难 较容易 ⑽程序源代码长度 较短 较长
⑾控制器实现方式 绝大多数为微程序控制 绝大多数为硬布线控制 ⑿软件系统开发时间 较短 较长
o 设计题
1． 解：节拍脉冲Tl，T2，T3的宽度实际上等于时钟脉冲的周期或是它的倍数。此处Tl＝T3＝200ns，T2＝400ns，所以主脉冲源的频率应为f＝1/T＝5MHz*
为了消除节拍脉冲上的毛刺，环形脉冲发生器采用移位寄存器形式。图5.16画出了题目要求的逻辑电路图与时序信号关系图。根据时序信号关系，Tl，T2，T3三个节拍脉冲的逻辑表达式如下：
Tl＝Cl·C2 T2＝C2 T3＝T1
Tl用与门实现，T2和T3则用C2的Q端和C1的Q端加非门实现，其目的在于保持信号输出时延迟时间的一致性并与环形脉冲发生器隔离。