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第五章
1、一般机器周期的时间是根据（ ）来规定的。
A主存中读取一个指令字的时间 B主存中读取一个数据字的时间 C主存中写入一个数据字的时间 D主存中读取一个数据字的时间
2、存放微程序的控制存储器称为：
A高速缓冲存储器 B控制存储器 C虚拟存储器 D主存储器
3、计算机操作的最小时间单位是：
Ａ、时钟周期 Ｂ、指令周期 Ｃ、CPU周期 Ｄ、微指令周期
4、以下叙述中正确描述的句子是：
A同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相容性微操作 B同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相交性微操作 C同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相斥性微操作 D同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫排他性微操作
5、在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是：
A、MAR B、PC C、IR D、PSW
6、同步控制是:
A只适用于CPU控制的方式 B只适用于外围设备控制的方式 C由统一时序信号控制的方式 D所有指令执行时间都相同的方式
7、下列部件中不属于控制器的是：
Ａ、IR Ｂ、操作控制器 C、PC D、PSW 判断题
8、指令流水线中主要存在三种相关冲突：资源相关、数据相关及控制相关。（ ） 9、微程序控制器属于存储逻辑型，以微程序解释执行机器指令，采用存储逻辑技术实现。（ ） 10、指令寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元的地址。（ ） 11、程序计数器用于存放CPU正在执行的指令的地址。（ ） 12、地址寄存器用于存放当前执行的指令码，供进行指令译码。（ ）
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13、时钟周期是CPU处理操作的最大时间单位。（ ）
14、并发性指两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。（ ） 15、微程序控制器的优点：规整性、灵活性、可维护性强。（ ）
16、微操作是执行部件接受微命令后所进行的操作，是计算机硬件结构中最基本的操作。（ ） 17、微命令指控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令，是构成控制信号序列的最小单位。（ ） 18、硬布线控制器的缺点：增加了到控存中读取微指令的时间，执行速度慢。（ ）
填空题
19、 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 ； (2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是 ； (3) 算术逻辑运算结果通常放在 和 。
20、 微程序控制器由 、 、 三大部分组成，其中是 ROM存储器，用来存放 。
21、 并行处理技术主要有三种形式： 并行、 并行和 并行。 22、 微指令格式中，微指令的编码通常采用以下三种方式： 、 和 。
23、 在程序执行过程中，控制器控制计算机的运行总是处于 、分析指令和 的循环当中。
24、 CPU的四个主要功能是 、 、 和 。 25、 目前的CPU包括 、 和CACHE。
26、 CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫 ，它常用若干个 来表示，而后者又包含若干个 。
27、 由于数据通路之间的结构关系，微操作可分为 和 两种。 28、 微程序设计技术是利用 方法设计 的一门技术，具有规整性、 、可维护性等一系列优点。
29、 流水CPU中的主要问题是： 相关、 相关和 相关。 30、 硬布线器的设计方法是：先画出 流程图，再利用 写出综合逻辑表达式，然后用 等器件实现。
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计算题
31、在流水线浮点加法器中，假设有取指、译码、执行和回写四个过程段，每个过程段所需要的时间分别为：T1=60ns，T2=50ns，T3=90ns，T4=80ns，试计算该加法器的加速比是多少。
简答题
32、解释机器指令和微指令的关系。
33、计算机内有哪两股信息在流动？如何区分它们？ 34、简述CPU基本功能 35、简述什么是微指令？ 36、简述什么是微命令？ 37、简述什么是指令周期？ 38、简述什么是微程序控制器？
应用题
39、流水线中有写后读、读后写和写后写三种数据相关冲突，试判断下面指令存在哪种类型的数据相关。
I1：ADD R1，R2，R3 ；R2+R3 -> R1 I2：SUB R4，R1，R5 ；R1-R5 -> R4
40、流水线中有三类数据相关冲突：写后读（RAW）相关；读后写（WAR）相关；写后写（WAW）相关。判断以下三组指令各存在哪种类型的数据相关。 (1) I1 LAD R1，A ； M（A）→R1，M（A）是存储器单元 I2 ADD R2，R1 ；（R2）+（R1）→R2 (2) I3 ADD R3，R4 ；（R3）+（R4）→R3 I4 MUL R4，R5 ；（R4）×（R5）→ R4
(3) I5 LAD R6，B ； M（B）→R6，M（B）是存储器单元 I6 MUL R6，R7 ；（R6）×（R7）→ R6
41、今有4级流水线分别完成取值、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，那么第二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？
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42、已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量为：512×48(位)。微程序可在整个控制存储器中实现转移，可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）微指令中的三个字段分别应为多少位？ （2）画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。
43、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。
答案：1. A 2. B 3. A 4. A 5. B 6. C 7. D 8. √ 9. √ 10. × 11. × 12. × 13. × 14 √ 15. √ 16. √ 17. √ 18. × 19. 指令寄存器IR 程序计数器PC 通用寄存器 数据缓冲寄存器DR 20. 控制存储器 微指令寄存器 地址转移逻辑 控制存储器 微程序 21. 时间 空间 时间及空间 22. 直接表示法 编码表示法 混合表示法 23. 取指令 执行指令 24. 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 25. 控制器 运算器 26. 指令周期 机器周期 时钟周期 27. 相容性 相斥性 28. 软件 控制器 灵活性 29. 资源 数据 控制 30. 指令（周期） 布尔（逻辑）代数 门电路和触发器 31. 该流水线时钟周期至少为T=90ns，若采用非流水方式进行，则其所需要的时间为T1+T2+T3+T4=60+50+90+80=280ns，因此加速比=280/90≈3.1。 32. 机器指令是控制计算机完成一个基本操作的命令；微指令则是控制部件中一组实现一定操作功能的微命令的组合。在微程序控制器中，一条机器指令需要由一组微指令组成的微程序来完成，即微程序完成对机器指令的解释执行。因此，一条机器指令对应多条微指令。 33. 一股是控制信息，即操作命令，其发源地是控制器，流向各个部件，形成指令流；一股是数据信息，它受控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，形成数据流。一般地，取指周期从内存读出的信息流是指令流，流向控制器；而执行周期从内存读出或向内存写入的信息流是数据流，在内存和运算器之间交互。
34. 解：(1)指令控制：程序的顺序控制，称为指令控制。
(2)操作控制：管理并产生每条指令的操作控制信号，并把操作控制信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。
(3)时间控制：对各种操作实施时间上的定时，称为时间控制。 (4)数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算处理。
35. 解：每个微周期的操作所需的控制命令构成一条微指令。微指令包含了若干微命令信息。
36. 解：微命令指控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令，是构成控制信号序列的最小单位。
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37. 解：指令周期是指取出并执行一条指令的时间。它由若干个CPU周期组成。 38. 解：微程序控制器是采用微程序方式构成的控制器，以若干有序微指令组成的微程序解释执行一条机器指令。它由控制存储器、微指令寄存器、地址转移逻辑等构成。 39. 解：在I2指令进入流水线时，可能出现在I1指令写入R1前就读出R1内容，发生了写后读相关。
40. 解：1）写后读（RAW）相关；
（2）读后写（WAR）相关，但不会引起相关冲突； （3）写后读（RAW）相关、写后写（WAW）相关
41. 解： (1)流水线的操作时钟周期t应按四步操作中最长时间来考虑,所以t=100ns； (2)两条指令发生数据相关冲突情况：: ADDR1,R2,R3;R2+R3→R1 SUBR4,R1,R5;R1-R5→R4
两条指令在流水线中执行情况如下表所示: 略
ADD指令在时钟4时才将结果写入寄存器R1中,但SUB指令在时钟3时就需读寄存器R1了，显然发生数据相关，不能读到所需数据，只能等待。 如果硬件上不采取措施,第2条指令SUB至少应推迟2个操作时钟周期，即t=2×100ns=200ns；
(3)如果硬件上加以改进(采取旁路技术),这样只需推迟1个操作时钟周期就能得到所需数据，即t=100ns。
42. 解：（l）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；又因为控存容量为512单元，所以下地址字段为9位。 微命令字段则是：（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下图所示。略 其中微地址寄存器对应下地址字，P字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令字段，后两部分组成微指令寄存器。地址转移逻辑的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），其输出用于控制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（此例微指令的后继地址采用断定方式）。 43. 解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条 取控存容量为： 256×32位=1KB