现要求单地址指令255条，∴可有一条编码作扩展码 ∴零地址指令最多为1×2^3＝8条 不满足题目要求
∴不可能以扩展码为其编码。
2、某指令系统指令长为16位，每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。
（1）若双操作数为15条，无操作数为64条，问单操作数最多可以有多少条？ （2）若若双操作数为15条，单操作数为62条，问无操作数最多可以有多少条？
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解：（1）((2-15）2-x)2=64 x=63（条）
466
(2) ((2-15）2-62)2=128 (条)
3、设系统指令长16位，每个操作数的地址码长４位，共有11条三地址指令，７２条二地址指令，６４条零地址指令。问最多还有多少条一地址指令。 解：（（（（2^4-11）*2^4-72）*2^4）-X）*2^4=64 解得X=124条
第六章 CPU
一、选择题
1、 控制器的功能描述完整的是（ D）
A）产生时序信号 B) 从主存取出一条指令 C）完成指令译码
D）从主存取出一条指令、完成指令译码、产生时序信号、指挥各部件完成指令指定的操作 2、 存储微程序的存储器称为（C ）
A）主存 B) Cache C）控存 D）辅存
3、 CPU存放当前正在执行的指令并为译码部件提供信息的部件是（C ）
A）指令译码器 B) 程序计数器 C）指令寄存器 D）地址寄存器 4、 构成控制信号序列的最小单位是（C ）
A）微程序 B) 微指令 C）微命令 D）机器指令 5、 微程序控制器比硬布线控制器慢，原因是（D ） A）增加了从外存读微指令的时间。 B) 增加了从主存读微指令的时间。 C）增加了从IR中读微指令的时间。 D）增加了从控存读微指令的时间。
6、 控制器同步控制方式是指（ A ） A）由统一时序信号控制的方式。 B) 由握手信号控制的方式。 C）由中断控制的方式。 D）程序查询控制方式。
7、 指令流水线中，不同的指令在指令流水的不同功能段中可以（D ） A）顺序 B) 选择 C）循环 D）并行 9、微程序存放在( C )。
A 主存中 B 堆栈中 C 只读存储器中 D 磁盘中 10、微指令中的微地址表示（D ）
A 微操作的对象 B 存放微操作结果的地址 C 微操作数地址 D 后继微指令地址 11、在一个微指令周期中（ D）
A 只能执行一个微操作 B 能顺序执行多个微操作 C 只能执行多个互斥微操作 D 能并行执行多个微操作 12、在微程序控制中，把操作控制信号编成( A )。
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A 微命令 B 微地址 C 操作码 D 程序 13、从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间称为( D )。 A 时钟周期 B 机器周期 C 工作周期 D 指令周期 14、硬布线控制器指的是( A)
A.组合逻辑控制器 B.微程序控制器
C.可编程逻辑部件控制器 D.一种新型控制器
15、在微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（ B）。 A、每条机器指令由一条微指令来执行；
B、每条机器指令由一段用微指令编程的微程序来解释执行； C、一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行； D、一条微指令由若干条机器指令组成；
16、在微程序控制器中，执行指令微程序的首条微指令地址是怎么得到的（D ） A。程序计数器PC B。前条微指令 C。uPC+1 D。指令操作码译码 3．程序计数器PC在 B 中。
? A．运算器 B．控制器 ? C．存储器 D．I/O接口 4．计算机主频的周期是指 C 。
? A．指令周期 B．时钟周期 ? C．CPU周期 D．存取周期 5．CPU内通用寄存器的位数取决于 B 。 ? A．存储器容量 B．机器字长 ? C．指令的长度 D．CPU的管脚数 6．以硬布线方式构成的控制器也叫 A 。 ? A．组合逻辑型控制器 B．微程序控制器 ? C．存储逻辑型控制器 D．运算器
7．一个节拍脉冲持续的时间长短是 C 。 ?A．指令周期 B．机器周期 ?C．时钟周期 D．以上都不是
8．直接转移指令的功能是将指令中的地址代码送入 C 。 ?A．累加器 B．地址寄存器 ?C．PC D．存储器 9．状态寄存器用来存放 D 。
?A．算术运算结果 B．逻辑运算结果
?C．运算类型 D．算术、逻辑运算及测试指令的结果状态 10．微程序放在 C 中。
?A．指令寄存器 B．RAM ?C．控制存储器 D．内存 16．与微指令的执行周期对应的是 C /D 。 ? A．指令周期 B．机器周期 C．节拍周期 D．时钟周期 二、填空题
1、根据设计方法不同，控制器分为 微程序控制器 和 组合逻辑控制器 两种。
2、计算机在执行程序的过程中，控制器控制程序的运行总是处于 取指令 、分析指令和 执行指令 的循环这中。
3、在微程序控制器中，一条机器指令对应于一个 微程序 ，一个微程序对应若干
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条 微指令 ，一条微指令包含若干个 微命令 。
4、微程序控制的核心部件是存储微程序的 控制存储器，它一般用 只读存储器 构成。
5.微程序入口地址是根据 指令操作码 通过 译码 产生的。
6.微程序控制器的核心部件是 CS ，它一般用 ROM 构成。
7.一条微指令可划分为控制字段和下址字段，微指令格式分为水平型微指令和垂直型微指令。
1．目前的CPU包括 运算器 ， 控制器 和CACHE（一级）。
2．CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器为 地址寄存器 ，保存下一条指令地址的寄存器为 程序计数器（PC） 。
3．CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫 指令周期 ，它常用若干个---- 机器周期 来表示，而后者又包含若干个 时钟周期 。
4．在程序执行过程中，控制器控制计算机的运行总是处于 取指令 、分析指令和 执行指令 的循环之中。
9．任何指令的第一个周期一定是 取址周期 。
10．一条机器指令的执行可与一段微指令构成的 微程序 相对应，微指令可由一系列 微命令 组成。
11．微程序设计技术是利用 软件 方法设计 控制单元 的一门技术。 12．在同一微周期中 不可能同时出现 的微命令叫互斥的微命令；在同一微周期中 可以同时出现 的微命令叫相容的微命令。显然， 相容的微命令 不能放在一起译码。 三、简答题
1、简述控制器的组成和功能。
控制器的功能 ：控制程序的执行， 1．取指令 2．分析指令 3．执行指令 4．控制程序和数据的输入与结果输出5．对异常情况和某些请求的处理。
控制器的组成：程序计数器（PC）即指令地址寄存器，存放即将要执行的下一条指令地址。有两种途径来形成指令地址，其一是顺序执行的情况，通过程序计数器加“1”形成下一条指令地址（如存储器按字节编址，而指令长度为4个字节，则加“4”）。其二是由转移类指令形成转移地址送往PC。．指令寄存器（IR）存放当前正在执行的指令。 指令译码器或操作码译码器对指令寄存器中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号。脉冲源及启停线路、时序控制信号形成部件。
2、什么是微指令？什么是微程序？指令、微程序、微指令三者的关系是什么？
微指令：在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令，将一条指令分成若干条微指令，按次序执行这些微指令，就可以实现指令的功能。组成微指令的微操作又称微命令，即微操作的控制信号。
微程序：计算机的程序由指令序列构成，而计算机每条指令的功能均由微指令序列解释完成，这些微指令序列的集合就叫做微程序。 微周期：执行一条微指令所需的时间。
3、简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期中的作用。 1） 程序计数器PC 2） 指令寄存器IR
3） 算术逻辑运算部件ALU 4） 存储器数据寄存器MDR 5） 存储器地址寄存器MAR
解：1）程序计数器PC：存放指令地址
2）指令寄存器IR：存放当前指令
3）算术逻辑运算部件ALU：进行算逻运算
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4）存储器数据寄存器MDR：存放写入到内存或从内存读出的数据或指令
5）存储器地址寄存器MAR：存放写入到内存或从内存读出的数据或指令的地址 4、简述微程序控制的基本原理。 判断题
1.一个指令周期由若干个机器周期组成。T
2.非访内指令不需从内存中取操作数，也不需将目的操作数存放到
内存，因此这类指令的执行不需地址寄存器参与。F（这类指令不访存, 即不从内存中取操作数。它一般需要两个CPU周期, 即取指译码周期和执行周期。第1个CPU周期为取指、译码周期CPU要完成以下三个操作： ●从内存中取出指令； ●指令（PC）指针加1；
●对指令操作码进行译码并执行该指令的操作。 第2个CPU周期为执行周期， ）
3.组合逻辑控制器比微程序控制器的速度快。T
4.流水线中的相关问题是指在一段程序的相邻指令之间存在某种信 赖关系，这种关系影响指令的执行。T
5.微程序控制控制方式与硬布线控制方式相比, 最大的优点是提高了 指令的执行速度。F
6.微程序控制器中的控制存储器可用PROM、EPROM或闪存实现。F 7.指令周期是指人CPU从主存取出一条指令开始到执行这条指令完 成所需的时间。T
8.控制存储器是用来存放微程序的存储器, 它比主存储器速度快。T 9.机器的主频最快，机器的速度就最快。F(因为速度还与字长有关)
补充
? CPU每取出并执行一条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需的时间通常叫做一个指令周期。指令周期是取出并执行一条指令的时间
? 机器周期：（CPU周期）完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。（CPU访问一次内存所需要的时间）。机器周期是指cpu主频的倒数
? 一个CPU周期时间包含有若干个时钟周期，也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作 。时钟周期（通常称为节拍脉冲或T周期）是处理操作的最基本单位
? 时钟周期是最小单位，机器周期需要1个或多个时钟周期，指令周期需要1个或多个机器周期
? 指令执行过程：取指、计算地址、取操作数、运算送结果。
? 四种典型指令分析：非访内指令（这类指令不访存, 即不从内存中取操作数。它一般需要两个CPU周期, 即取指译码周期和执行周期）、直接访内指令（这类指令是直接访问内存, 即直接从内存中取操作数。一般需要三个CPU周期）、间接访内指令（需要四个CPU周期）、程序控制指令（这类指令的功能是改变指令执行的顺序, 其指令周期也由两个CPU周期组成）结论：任何一条指令的第一个周期都应该是取指周期。 ? 控制存储器(CS)：用来存放微程序的存储器，该存储器主要存放控制命令（信号）与下一条执行的微指令地址(简称为下址)。 一般计算机指令系统是固定的，所以实现指令系统的微程序也是固定的，于是控制存储器可以用只读存储器实现。执行一条指令实际上就是执行一段存放在控制存储器中的微程序。
? 微指令分为两部分：控制字段(产生控制信号)，下址字段(指出下一条微指令的地址)。P186图
? 微指令的编译法：直接控制法、字段直接编译法（选出互斥的微命令，并将这些
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微命令编成一组，成为微指令字的一个字段，用二进制编码来表示， 就是字段直接编译法。）字段间接编译法、常数源字段E.
? 微指令的格式：水平型微指令；垂直型微指令；混合型微指令。水平型微指令是直接控制法编码的，属于水平行微指令。其特点是一条微指令中定义并执行多个并行操作微命令。直接控制法、字段编译法（直接、间接）用在同一条水平型微指令中。 垂直型微指令是采用微操作码编译法，由微操作码规定微指令的功能。其特点是不强调实现微指令的并行控制功能，通常一条微指令只要求能控制一二种操作。其格式和指令相似：每条微指令有一个微操作码。 ? 水平型微指令和垂直型微指令的比较
（1）水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令差。 （2）水平型微指令执行一条指令时间短，垂直型微指令执行时间长。
（3）水平型微指令的微指令字长，微程序短；垂直型微指令字短，微程序长。 （4）用户难以掌握水平型微指令，垂直型微指令比较容易掌握。
? 控制器控制信号的产生是采用逻辑电路，也称组合逻辑电路控制方式。
? 组合逻辑控制器也称硬布线控制器。与微程序控制相比，硬布线控制的速度较快，主
要取决于逻辑电路的延迟。一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则要想增加新的控制功能是不可能的。因此，近年来在某些超高速新型计算机结构中，又选用了硬布线控制器，或与微程序控制器混合使用 ? 硬布线控制与微程序控制之间最显著的差距在于： 1.实现
硬布线控制是通过组合逻辑电路产生操作命令的；硬布线逻辑电路不规整，走线复杂而凌乱，一旦设计好，一般是无法修改，添加和修改指令几乎是不可能的。
微程序控制是通过执行存放在控制存储器中的微程序产生的。微程序放在ROM之中，线路较为规整，指令的修改和添加只要更换ROM芯片即可，便于指令的扩充。所以，复杂指令集的计算机一般都采用微程序 ２.性能
同样的半导体工艺的水平下，微程序控制的速度要比硬布线控制低。
而硬布线逻辑的速度主要取决于电路的延迟，在超高速机器，对影响速度的关键部分，一般采用硬布线逻辑。在出现的RISC体系结构的计算机中，一般选用硬布线控制逻辑。 ? 控制器的控制方式：同步控制方式；异步控制方式；联合控制方式； 人工控制 ? 产生后继微指令地址的方法：以增量方式产生后继微地址、增量与下址字段结合产生
后继微地址 、多路转移方式、微中断方式。
第八章 第九章
一．判断题
1．计算机的主存是由RAM和ROM两种半导体存储器组成的。 答：正确。 2．CPU可以直接访问主存，而不能直接访问辅存。 答：正确。 3．外（辅）存比主存的存储容量大、存取速度快。 答：错误。 4．动态RAM和静态RAM都是易失性半导体存储器。 答：正确。 5．Cache的功能全部由硬件实现。 答：正确。
6．引入虚拟存储器的目的是为了加快辅存的存取速度。 答：错误。
7．多体交叉存储器主要是为了解决扩充容量的问题。 答：错误。多体交叉存储器主要是为了提高存取速度，增加带宽。
8．Cache和虚拟存储器的存储管理策略都利用了程序的局部性原理。 答：正确。 9．多级存储体系由Cache、主存和辅存构成。 答：正确。
10．在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由编译器完成地址映射。 答：错误（由操作系统完成）。
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