第五章中央处理器

单选题1、一般机器周期的时间是根据（）来规定的。主存中读取一个指令字的时间主存中读取一个数据字的时间主存中写入一个数据字的时间主存中读取一个数据字的时间正确答案：A2、存放微程序的控制存储器称为：高速缓冲存储器控制存储器虚拟存储器主存储器正确答案：B3、计算机操作的最小时间单位是：时钟周期指令周期CPU周期微指令周期正确答案：A4、以下叙述中正确描述的句子是：同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相容性微操作同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相交性微操作同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相斥性微操作同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫排他性微操作正确答案：A5、在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是：MARPCIRPSW正确答案：B6、同步控制是:只适用于CPU控制的方式只适用于外围设备控制的方式由统一时序信号控制的方式所有指令执行时间都相同的方式正确答案：C7、下列部件中不属于控制器的是：IR操作控制器PCPSW正确答案：D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。对错正确答案：对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。对错正确答案：对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。对错√恭喜！答对啦11、程序计数器用于存放CPU正在执行的指令的地址。对错正确答案：错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。对错正确答案：错13、时钟周期是CPU处理操作的最大时间单位。对错正确答案：错14、并发性指两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。对错正确答案：对15、微程序控制器的优点：规整性、灵活性、可维护性强。对错正确答案：对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。对错正确答案：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。对错正确答案：对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。对错正确答案：错填空题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。正确答案：指令寄存器IR程序计数器PC通用寄存器数据缓冲寄存器DR20、微程序控制器由、、三大部分组成，其中是ROM存储器，用来存放。正确答案：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、并行处理技术主要有三种形式：并行、并行和并行。正确答案：时间空间时间及空间22、微指令格式中，微指令的编码通常采用以下三种方式：、和。正确答案：直接表示法编码表示法混合表示法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。正确答案：取指令执行指令24、CPU的四个主要功能是、、和。正确答案：指令控制操作控制时间控制数据加工25、目前的CPU包括、和CACHE。正确答案：控制器运算器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。正确答案：指令周期机器周期时钟周期27、由于数据通路之间的结构关系，微操作可分为和两种。正确答案：相容性相斥性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。正确答案：软件控制器灵活性29、流水CPU中的主要问题是：相关、相关和相关。正确答案：资源数据控制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。正确答案：指令（周期）布尔（逻辑）代数门电路和触发器计算题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。正确答案：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。简答题32、解释机器指令和微指令的关系。正确答案：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、计算机内有哪两股信息在流动？如何区分它们？正确答案：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、简述CPU基本功能正确答案：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、简述什么是微指令？正确答案：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、简述什么是微命令？正确答案：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。37、简述什么是指令周期？正确答案：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、简述什么是微程序控制器？正确答案：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。应用题39、参见下图的数据通路，画出取数指令LDA（R3），RO的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。正确答案：解：LDA（R3），RO指令是一条取数指令，其指令周期流程图如下图所示：40、参见下图的数据通路。画出存数指令STAR1，(R2)的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1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正确答案：解：STAR1，(R2)指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：41、设运算器结构如下图所示，IR为指令寄存器，R1～R3是三个通用寄存器，其中任何一个都可以作为源寄存器或目标寄存器，A和B是三选一多路开关，通路的选择分别由AS0、AS1和BS0、BS1控制，S1、S2是ALU的操作性质控制器：当S1S2=00时，ALU输出B；=01时输出A+B；=10时输出A-B；=11时输出¬B。另有三条机器指令：MOV（从源寄存器传送一个数到目标寄存器）、ADD（源寄存器内容于目标寄存器内容相加后送目标寄存器）和COM（源寄存器内容取反后送目标寄存器）。假设控存CM仅有16个单元，且只考虑运算器数据通路的控制，请设计微指令格式。正确答案：微指令参考格式如下：AS1AS0BS1BS0S2S1+1ALU-BUSLDIRLDR1LDR2LDR3P1P2μA3-μA3位号123456789101112131415-1842、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：ADDR1，R2，R3；R2+R3-R1I2：SUBR4，R1，R5；R1-R5-R4正确答案：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。43、已知CPU结构如下图所示，其中包括一个累加器AC、一个状态寄存器和其他几个寄存器。各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传递方向。试完成以下工作：①写出图中四个寄存器A、B、C、D的名称和作用；②简述完成指令ADDY的数据通路（Y为存储单元地址，本指令功能为(AC)+(Y)→AC）。正确答案：解答：A-数据缓冲寄存器DR、B-指令寄存器IR、C-主存地址寄存器AR、D-程序计数器PC。操作的数据通路为：PC→AR→MM→DR→IR→Y→AR（MAR）→MM→DR（MDR）→ALU→ADD（控制信号）→AC44、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)I1LADR1，A；M（A）→R1，M（A）是存储器单元I2ADDR2，R1；（R2）+（R1）→R2(2)I3ADDR3，R4；（R3）+（R4）→R3I4MULR4，R5；（R4）×（R5）→R4(3)I5LADR6，B；M（B）→R6，M（B）是存储器单元I6MULR6，R7；（R6）×（R7）→R6正确答案：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45、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？正确答案：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→R1SUBR4,R1,R5;R1-R5→R4两条指令在流水线中执行情况如下表所示: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。46、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。正确答案：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。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）。47、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。正确答案：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为8位，请安排微指令的控制字段格式。解：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：48、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。正确答案：解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条取控存容量为：256×32位=1