Lecture19中央處理機(jī)-微程序控制器-作業(yè)參考答案

1、n一臺(tái)計(jì)算機(jī)，如果所有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，如果所有cache訪問(wèn)都命中的話，它的訪問(wèn)都命中的話，它的CPI是是2(每條指令每條指令2個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期)。數(shù)據(jù)訪問(wèn)指令為。數(shù)據(jù)訪問(wèn)指令為store和和load，它們占一個(gè)程序中指令總數(shù)的它們占一個(gè)程序中指令總數(shù)的40%，不命中的損失是，不命中的損失是25個(gè)個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期(CPI為為27)，不命中率為，不命中率為2%，如果所有指令訪問(wèn)，如果所有指令訪問(wèn)cache時(shí)都命中時(shí)的機(jī)器速度是存在不命中時(shí)速度的多少時(shí)都命中時(shí)的機(jī)器速度是存在不命中時(shí)速度的多少倍？倍？解：解：全部命中：全部命中：CPI為為2存在不命中：存在不命中：40%2%27（1 40%2%）

2、22.2作業(yè)作業(yè)1919 1 1n一處理機(jī)中，有兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器一處理機(jī)中，有兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器IM（指令存儲(chǔ)器）和（指令存儲(chǔ)器）和DM（數(shù)（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）。已知指令存儲(chǔ)器據(jù)存儲(chǔ)器）。已知指令存儲(chǔ)器IM最大容量為最大容量為14K字（字長(zhǎng)字（字長(zhǎng)18位，位，即指令長(zhǎng)度即指令長(zhǎng)度18位），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DM最大容量為最大容量為16K字（字長(zhǎng)字（字長(zhǎng)16位）。指出下列各寄存器的位數(shù)：程序計(jì)數(shù)器位）。指出下列各寄存器的位數(shù)：程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器、指令寄存器IR、累加器、累加器AC、通用寄存器、通用寄存器R0R3、指令存儲(chǔ)器地址寄存器、指令存儲(chǔ)器地址寄存器IAR，指令存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器，指令

3、存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器IDR，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址寄存器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址寄存器DAR，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器DDR。解：程序計(jì)數(shù)器解：程序計(jì)數(shù)器PC14位指令寄存器位指令寄存器IR18位位累加器累加器AC16位通用寄存器位通用寄存器R0R316位位指令存儲(chǔ)器地址寄存器指令存儲(chǔ)器地址寄存器IAR14位位指令存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器指令存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器IDR18位位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址寄存器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址寄存器DAR14位位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器DDR16位位19-2 某計(jì)算機(jī)采用某計(jì)算機(jī)采用16 位定長(zhǎng)指令字格式，其位定長(zhǎng)指令字格式，其CPU 中有一個(gè)標(biāo)志寄存器中有一個(gè)標(biāo)志寄存器，其中

4、包含進(jìn)位，其中包含進(jìn)位/借位標(biāo)志借位標(biāo)志CF、零標(biāo)志、零標(biāo)志ZF 和符號(hào)標(biāo)志和符號(hào)標(biāo)志NF。假定為該。假定為該機(jī)設(shè)計(jì)了條件轉(zhuǎn)移指令，其格式如下：機(jī)設(shè)計(jì)了條件轉(zhuǎn)移指令，其格式如下：15 11 10 9 8 7 0 0 0 0 0 0 C Z N OFFSET其中，其中，00000為操作碼為操作碼OP；C、Z和和 N分別為分別為CF、ZF和和NF的對(duì)應(yīng)檢的對(duì)應(yīng)檢測(cè)位，某測(cè)位為測(cè)位，某測(cè)位為1時(shí)表示需檢測(cè)對(duì)應(yīng)標(biāo)志，需檢測(cè)的標(biāo)志位中只要有時(shí)表示需檢測(cè)對(duì)應(yīng)標(biāo)志，需檢測(cè)的標(biāo)志位中只要有一個(gè)為一個(gè)為1就轉(zhuǎn)移，否則就不轉(zhuǎn)移，例如，若就轉(zhuǎn)移，否則就不轉(zhuǎn)移，例如，若 C=1，Z=0，N=1，則需，則需檢測(cè)檢測(cè)CF

5、和和NF的值，當(dāng)?shù)闹?，?dāng) CF=1或或NF=1時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)移；時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)移；OFFSET是相對(duì)偏是相對(duì)偏移量，用補(bǔ)碼表示。轉(zhuǎn)移執(zhí)行時(shí)，轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址為移量，用補(bǔ)碼表示。轉(zhuǎn)移執(zhí)行時(shí)，轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址為(PC)+2+2OFFSET；順序執(zhí)行時(shí)，下條指；順序執(zhí)行時(shí)，下條指 令地址為令地址為(PC)+2。請(qǐng)回。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。答下列問(wèn)題。(1)該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，還是按字編址？該條件轉(zhuǎn)移指令向該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，還是按字編址？該條件轉(zhuǎn)移指令向后后(反向反向)最多可跳轉(zhuǎn)最多少條指令？最多可跳轉(zhuǎn)最多少條指令？(2)某條件轉(zhuǎn)移指令的地址為某條件轉(zhuǎn)移指令的地址為200CH，指令內(nèi)容如下圖所示，若該執(zhí)，指令內(nèi)容

6、如下圖所示，若該執(zhí)行時(shí)行時(shí)CF=0，ZF=0，NF=1，則該指令執(zhí)行后，則該指令執(zhí)行后PC的值是多少？若該指的值是多少？若該指令執(zhí)行時(shí)令執(zhí)行時(shí)CF=1，ZF=0 Z，NF=0，則該指令執(zhí)行后，則該指令執(zhí)行后PC的值又是多少的值又是多少？請(qǐng)給出計(jì)算過(guò)程。？請(qǐng)給出計(jì)算過(guò)程。 15 11 10 9 8 7 0 0 0 0 0 0 0 1 1 11100011 (3)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“無(wú)符號(hào)數(shù)比較小于等時(shí)轉(zhuǎn)移無(wú)符號(hào)數(shù)比較小于等時(shí)轉(zhuǎn)移”功能的指令中，功能的指令中， C、Z和和 N應(yīng)各應(yīng)各是什么是什么 ？(4)以下是該指令對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通路示意圖，要求給出中部件以下是該指令對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通路示意圖，要求給出中部件 的名的

7、名稱或功能說(shuō)明。稱或功能說(shuō)明。(1)該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，還是按字編址？該條件轉(zhuǎn)移指令向后該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，還是按字編址？該條件轉(zhuǎn)移指令向后(反向反向)最多最多可跳轉(zhuǎn)最多少條指令？可跳轉(zhuǎn)最多少條指令？按字節(jié)，因?yàn)闊o(wú)跳轉(zhuǎn)時(shí)執(zhí)行按字節(jié)，因?yàn)闊o(wú)跳轉(zhuǎn)時(shí)執(zhí)行PC+2，而指令長(zhǎng)度為，而指令長(zhǎng)度為2字節(jié)，可知每字節(jié)一個(gè)地址字節(jié)，可知每字節(jié)一個(gè)地址OFFSET為為8位補(bǔ)碼表示，取值位補(bǔ)碼表示，取值-128127，反向最遠(yuǎn)時(shí)取，反向最遠(yuǎn)時(shí)取-128，(PC)+2+2OFFSET，除當(dāng)前指令外，還可向上跳轉(zhuǎn)，除當(dāng)前指令外，還可向上跳轉(zhuǎn)127條指令。條指令。(2)某條件轉(zhuǎn)移指令的地址為某條件轉(zhuǎn)移指令的地

8、址為200CH，指令內(nèi)容如下圖所示，若該執(zhí)行時(shí)，指令內(nèi)容如下圖所示，若該執(zhí)行時(shí)CF=0，ZF=0，NF=1，則該指令執(zhí)行后，則該指令執(zhí)行后PC的值是多少？若該指令執(zhí)行時(shí)的值是多少？若該指令執(zhí)行時(shí)CF=1，ZF=0 Z，NF=0，則該指令執(zhí)行后，則該指令執(zhí)行后PC的值又是多少？請(qǐng)給出計(jì)算過(guò)程。的值又是多少？請(qǐng)給出計(jì)算過(guò)程。 15 11 10 9 8 7 0 0 0 0 0 0 C Z N OFFSET 0 0 0 0 0 0 1 1 11100011 NF=1，需要，需要 跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)， OFFSET補(bǔ)補(bǔ)=11100011B ，則，則OFFSET=-00011101B， 2* OFFSET= -

9、00111010B=-3AH PC= (PC)+2+2OFFSET=200EH+(-3AH)=1FD4H ZF=0 Z，NF=0，不需要跳轉(zhuǎn)，不需要跳轉(zhuǎn)， PC= (PC)+2=200EH(3)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“無(wú)符號(hào)數(shù)比較小于等時(shí)轉(zhuǎn)移無(wú)符號(hào)數(shù)比較小于等時(shí)轉(zhuǎn)移”功能的指令中，功能的指令中， C、Z和和 N應(yīng)各是什么應(yīng)各是什么 ？ C=1, Z=1, N=0(4)以下是該指令對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通路示意圖，要求給出中部件以下是該指令對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通路示意圖，要求給出中部件 的名稱的名稱或功能說(shuō)明?；蚬δ苷f(shuō)明。 1：指令譯碼器：指令譯碼器(指令寄存器指令寄存器) 2：乘法器：乘法器(或者或者1位算術(shù)左移電路位算術(shù)左移電

10、路)，計(jì)算，計(jì)算OFFSET*2 3：加法器，：加法器， OFFSET*2 +PC+2作業(yè)作業(yè)1919 3 3n某機(jī)采用微程序控制方式，微指令字長(zhǎng)某機(jī)采用微程序控制方式，微指令字長(zhǎng)24位，采用水平型編碼控制的微指令位，采用水平型編碼控制的微指令格式，段定方式。共有微命令格式，段定方式。共有微命令30個(gè)，構(gòu)成個(gè)，構(gòu)成4個(gè)相斥類，各包含個(gè)相斥類，各包含5個(gè)，個(gè)，8個(gè)，個(gè)，14個(gè)和個(gè)和3個(gè)微命令，外部條件個(gè)微命令，外部條件3個(gè)。個(gè)。n（1）控制存儲(chǔ)器的容量應(yīng)為多少？）控制存儲(chǔ)器的容量應(yīng)為多少？n（2）設(shè)計(jì)出微指令的具體格式。）設(shè)計(jì)出微指令的具體格式。解：解：(1)3 3位位4 4位位4 4位位2 2

11、位位3 3位位8 8位位控制字段測(cè)試段下址字段控制字段測(cè)試段下址字段下址字段下址字段8 8位，訪存空間位，訪存空間2 28 8，控存每單元為，控存每單元為2424位，所以容量位，所以容量為：為：2 28 824/824/8字節(jié)字節(jié)2562563 3字節(jié)字節(jié)2 2位位9 9位位作業(yè)作業(yè)1919 4 4n設(shè)某計(jì)算機(jī)的設(shè)某計(jì)算機(jī)的CPU結(jié)構(gòu)如下圖所示。結(jié)構(gòu)如下圖所示。A、B、C均為均為8位寄存器，它們位寄存器，它們的輸入和輸出控制信號(hào)分別為的輸入和輸出控制信號(hào)分別為INA,INB,INC,OUTA,OUTB,OUTC; A、C還可以級(jí)聯(lián)右移，其移位控制信號(hào)為還可以級(jí)聯(lián)右移，其移位控制信號(hào)為SHTAC

12、；A的清空控制信號(hào)為的清空控制信號(hào)為CLAA，D為計(jì)數(shù)器，其置數(shù)控制信號(hào)為為計(jì)數(shù)器，其置數(shù)控制信號(hào)為SETD，減，減1計(jì)數(shù)器控制信計(jì)數(shù)器控制信號(hào)為號(hào)為DECD；Z和和S為狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)為狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)D0時(shí)，時(shí)，Z1，S為為C寄存器最低寄存器最低位；為位；為ALU的加法控制信號(hào)。的加法控制信號(hào)。該計(jì)算機(jī)采用微程序控制，微指令格式為該計(jì)算機(jī)采用微程序控制，微指令格式為155位位:CF, 43位：位：BCF，20位位:BAF其中其中CF為控制字段，采用直接控制法，控制信號(hào)從高到低位順序?yàn)闉榭刂谱侄危捎弥苯涌刂品?，控制信?hào)從高到低位順序?yàn)镺UTA，OUTB，OUTC，INA，INB，INC，CLRA，

13、SETD，DECD，SHTACBCF為順序控制字段，含義為：為順序控制字段，含義為：00：BAF為轉(zhuǎn)移地址，為轉(zhuǎn)移地址，01：測(cè)試：測(cè)試Z，10：測(cè)試：測(cè)試S取指微程序從取指微程序從0000B開始。開始。設(shè)設(shè)B，C分別存放乘數(shù)和被乘數(shù)，且為無(wú)符號(hào)定點(diǎn)小數(shù)。分別存放乘數(shù)和被乘數(shù)，且為無(wú)符號(hào)定點(diǎn)小數(shù)。（1）編制實(shí)現(xiàn)）編制實(shí)現(xiàn)BCBC（B存放高位積）的微程序存放高位積）的微程序n解：根據(jù)題意，解：根據(jù)題意，BCBC的操作流程和微程序流程為的操作流程和微程序流程為n解：根據(jù)題意，解：根據(jù)題意，BCB的操作流程和微程序流程為的操作流程和微程序流程為n解：根據(jù)題意，解：根據(jù)題意，BCB的操作流程和微程序流

14、程為的操作流程和微程序流程為有兩處條件判斷，用斷定方式。BCF01時(shí)，讓uA0=ZBCF10時(shí)，讓uA0=S為將這兩種情況的轉(zhuǎn)移地址分開，讓uA2,uA1=BCFBCF=00時(shí)，BAF即為下址則各微指令的地址和地址字段為：n解：根據(jù)題意，解：根據(jù)題意，BCB的操作流程和微程序流程為的操作流程和微程序流程為有兩處條件判斷，用斷定方式。BCF10時(shí)，讓uA0=SBCF01時(shí)，讓uA0=Z為將這兩種情況的轉(zhuǎn)移地址分開，讓uA2,uA1=BCFBCF=00時(shí)，BAF即為下址則各微指令的地址和地址字段為：1011011001000110110100100011101110001010XXX0011000

15、1000011101XXX00000n解：根據(jù)題意，解：根據(jù)題意，BCB的操作流程和微程序流程為的操作流程和微程序流程為有兩處條件判斷，用斷定方式。BCF01時(shí)，讓uA0=ZBCF10時(shí)，讓uA0=S為將這兩種情況的轉(zhuǎn)移地址分開，讓uA2,uA1=BCFBCF=00時(shí)，BAF即為下址則各微指令的地址和地址字段為：1011011001000110110100100011101110001010XXX00110001000011101XXX00000OUTAOUTBOUTCINAINBINCCLRASETDDECDSHTACBCFuA2uA1uA000000100000001100000100100000000000010XXX0111000100000000000100000