計算機組成原理課后答案(第二版)-唐朔飛-第十章課件

控制單元的設(shè)計第十章1.假設(shè)響應(yīng)中斷時，要求將程序斷點存在堆棧內(nèi)，并且采用軟件辦法尋找中斷服務(wù)程序的入口地址，試寫出中斷隱指令的微操作及節(jié)拍安排。

解：設(shè)軟件查詢程序首址為0號內(nèi)存單元，則中斷隱指令的微操作命令及節(jié)拍安排如下：

T00EINT，SPMAR

T1PCMDR，0-W，SP+1SP

T2MDRM（MAR）

T3SPMAR

T4PSWMDR，0-W，SP+1SP

T50PC，MDRM（MAR）

由于題意中沒有給出確切的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，故上述節(jié)拍分配方案的并行性較低。2.寫出完成下列指令的微操作及節(jié)拍安排（包括取指操作）。

（1）指令A(yù)DDR1，X完成將R1寄存器的內(nèi)容和主存X單元的內(nèi)容相加，結(jié)果存于R1的操作。

（2）指令I(lǐng)SZX完成將主存X單元的內(nèi)容增1，并根據(jù)其結(jié)果若為0，則跳過下一條指令執(zhí)行。

解：該題題意中沒有指定數(shù)據(jù)通路，因此排序前應(yīng)先設(shè)定一下。在此設(shè)采用單總線結(jié)構(gòu)的CPU數(shù)據(jù)通路，且ALU輸入端設(shè)兩個暫存器C、D（見17題圖）。并設(shè)采用同步控制，每周期3節(jié)拍：（2）指令I(lǐng)SZX的微操作及節(jié)拍安排（取指周期同（1），略）：

執(zhí)行周期1：

T0X(IR)MAR，1R

T1M(MAR)MDR

T2MDRC

執(zhí)行周期2：

T0+1，ALUMDR

T1

0-W

T2MDRM(MAR)

(PC+1)·Z

（設(shè)Z為結(jié)果為0標(biāo)志）

該指令的操作在一個執(zhí)行周期做不完，因此安排了兩個執(zhí)行周期。3.按序?qū)懗鱿铝谐绦蛩璧娜课⒉僮髅罴肮?jié)拍安排。指令地址指令300301302303304LDA306ADD307BAN304STA305STP解：由于題意未明確要求采用何種控制器結(jié)構(gòu)，故仍按較簡單的組合邏輯時序關(guān)系安排節(jié)拍（單總線、同步控制，假設(shè)同上題）：

LDA306指令：

取指周期：

T0PCMAR，1R

T1PC+1，M(MAR)MDR

T2MDRIR，OP(IR)ID

執(zhí)行周期：

T0306(IR)MAR，1R

T1M(MAR)MDR

T2MDRAC

ADD307指令：取指周期：同上。

執(zhí)行周期1：

T0307(IR)MAR，1R

T1M(MAR)MDR，ACC

T2MDRD

執(zhí)行周期2：

T0

T1

T2+，ALUAC

BAN304指令：取指周期：同上。

執(zhí)行周期：（設(shè)N為結(jié)果為負(fù)標(biāo)志）

T0

T1

T2

N·304(IR)PC6.已知帶返轉(zhuǎn)指令的含義如下圖所示，寫出機器在完成帶返轉(zhuǎn)指令時，取指階段和執(zhí)行階段所需的全部微操作及節(jié)拍安排。

主程序子程序M帶返轉(zhuǎn)KM+1JMPIKKK+1間址特征12.能否說水平型微指令就是直接編碼的微指令，為什么？

解：不能說水平型微指令就是直接編碼的微指令，因為符合水平型微指令特征的微指令都屬于水平型微指令，常見的有：直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼，及混合編碼等。直接編碼的微指令只是最典型的一種。19.假設(shè)機器的主要部件有：程序計數(shù)器PC，指令寄存器IR，通用寄存器R0、R1、R2、R3，暫存器C、D，ALU，移位器，存儲器地址寄存器MAR，存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR及存儲矩陣M。

（1）要求采用單總線結(jié)構(gòu)畫出包含上述部件的硬件框圖，并注明數(shù)據(jù)流動方向。

（2）畫出ADD（R1），（R2）指令在取指階段和執(zhí)行階段的信息流程圖。R1寄存器存放源操作數(shù)地址，R2寄存器存放目的操作數(shù)的地址。

（3）寫出對應(yīng)該流程圖所需的全部微操作命令。解：（1）采用單總線結(jié)構(gòu)的CPU硬件框圖如下：R/-WPCMARMDRR3D移位器IRMALU單總線（BUS）R2R1R0C+–+1圖中，數(shù)據(jù)流動方向如箭頭所示。LDR（2）ADD（R1），（R2）

（3）對應(yīng)該流程圖所

指令流程圖如下：需的全部微操作命令。

OP=？PCMARMM讀PC+1PCMDRIR

ADDPCo，MARi1R+1（可與前一步并行）MDRo，IRiR1o，MARi

1R

MDRo，Ci

R2o，MARi

1R

MDRo，Di

ADD

R1MARMDRC

MM讀R2MAR

MM讀

MDRD

B+，D，MDRi

0-W

公操作（C）+（D）MDR

MM寫B(tài)

解：（1）雙總線結(jié)構(gòu)的CPU硬件框圖如下：圖中，數(shù)據(jù)流動方向如箭頭所示。R/-WPCMARMDRR3移位器IRMALUA總線R0C+–+1GB總線R1R2LDRD

（2）SUBR1，R3指令周期流程圖如下：OP=？PCMARMM讀PC+1PCMDRIR

SUBPCo，G，MARi1R+1（可與前一步并行）MDRo，G，IRi

21.下表給出8條微指令I(lǐng)1~I8及所包含的微命令控制信號，設(shè)計微指令操作控制字段格式，要求所使用的控制位最少，而且保持微指令本身內(nèi)在的并行性。微指令所含的微命令I(lǐng)1I2I3I4I5I6I7I8abcdeadfgbhccegiahjcdhabh解：為使設(shè)計出的微指令操作控制字段最短，并且保持微指令本身內(nèi)在的并行性，應(yīng)采用混合編碼法。首先找出互斥的微命令組，為便于分析，將微命令表重畫如下：微指令所含的微命令abcdefghijI1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

I8

各字段編碼分配如下：

a——0無操作；b——0無操作；

1a微命令；1b微命令

c——0無操作；g——0無操作；

1c微命令；1g微命令

dij——00無操作；efh——00無操作；

01d微命令；01e

10i微命令；10f

11j微命令；11h

注：每組都應(yīng)為“無操作”留一種編碼。

與采用直接控制法比較：

直接控制法：10個微命令需10位操作控制位；

本方案：10個微命令需8位操作控制位，壓縮了2位。22.設(shè)有一運算器通路如下圖所示（見教材423頁），假設(shè)操作數(shù)a和b（均為補碼）分別放在通用寄存器R2和R3中，ALU有+、-、M（傳送）三種操作功能，移位器可實現(xiàn)左移、右移和直送功能。

⑴指出相容性微操作和相斥性微操作。

⑵采用字段直接編碼方式設(shè)計適合于此運算器的微指令格式。

⑶畫出計算2(a+b)→R3的微程序流程圖，試問執(zhí)行周期需用幾條微指令？

⑷按設(shè)計的微指令格式，寫出滿足⑶要求的微代碼。⑵采用字段直接編譯法設(shè)計微指令格式時，可按⑴中找出的互斥類分組，并考慮和所有微操作相容的微命令需單獨設(shè)組，則微指令操作控制字段格式如下：

190

AB C D EFG HIJK

33221321111

各字段編碼分配如下：

A組（A選通門控制）：000——無操作；

100——MDR→A；110——R2→A；

101——R1→A；111——R3→A；

B組（B選通門控制）：

000——無操作；100——R2→B；

001——PC→B；101——-R2→B；

010——R1→B；110——R3→B；

011——-R1→B；111——-R3→B；C組（ALU操作）：00——無操作；10——+；

01——M；11——-；

D組（移位器傳送）：00——無操作；10——R；

01——V；11——L；

E組（+1）：0——無操作；1——+1；

F組（寄存器輸出B）：000——無操作；100——R2out；

001——PCout；101——-R2out；

010——R1out；110——R3out

011——-R1out；111——-R3out

G組（寄存器輸出A）：00——無操作；10——R2out；

01——R1out；11——R3out；

H組（R1輸入）：0——無操作；1——R1in；

I組（R2輸入）：0——無操作；1——R2in；

J組（R3輸入）：0——無操作；1——R3in；

K組（PC輸入）：0——無操作；1——PCin；⑶由于題意只給出運算器通路，故取指周期微程序段省略。則計算2(a+b)→R3指令的執(zhí)行周期微程序流程圖如下：

采用上述微指令格式時，實現(xiàn)此微程序流程只需一條微指令既可。⑷按所設(shè)計的微指令格式，此微程序流程所用微指令對應(yīng)的微代碼如下：

110110 10110 110100010

討論：本題給出的運算器通路很接近實機，因此通路中微命令間的相容相斥關(guān)系就比較復(fù)雜。較難判斷的是寄存器輸入輸出類微命令之間的互斥關(guān)系，本題中這類關(guān)系并沒有限死，這就給我們的微指令格式設(shè)