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1、白中英计算机组成原理第五章答案存数指令存数指令STO R1，（，（R2）(PC)AR(M)DR(DR)IR译码译码(R2)AR(R1)DRDRMM取指周期取指周期执行周期执行周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR20GARiR10GDRiR/W=03、参见图、参见图5.15的数据通路，画出取数指令的数据通路，画出取数指令LAD(R3)，R0的指令周期流程图，其含义是将的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址数存为地址数存单元的内容取至寄存器单元的内容取至寄存器R0中。中。指令指令地址地址指令指令数据数据数据数据地址地址取数指令取数指令LAD(R3)，R0的指令周期的指令周期(PC)AR
2、(M)DR(DR)IR译码译码(R3)ARMMDRDRR0取指周期取指周期执行周期执行周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR30GARiDR0GR0iR/W=16、假设某机器有、假设某机器有80条指令，平均每条指令有条指令，平均每条指令有4条微条微指令组成，其中有一条取值微指令是所有指令公指令组成，其中有一条取值微指令是所有指令公用的，已知微指令长度为用的，已知微指令长度为32位，请估算控制存储位，请估算控制存储器容量。器容量。l微指令的数目为微指令的数目为803+1=241条；条；l微指令字长为微指令字长为32/8=4字节；字节；l故，控制存储器的容量为故，控制存储器的容量为 2414
3、=964字节字节该容量为控制存储器的最小容量。该容量为控制存储器的最小容量。8、某机有、某机有8条指令条指令I1I8，每条，每条微指令所包含的微命令控制微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。信号如下表所示。aj分别分别对应对应10种不同性质的微命令种不同性质的微命令信号。假设一条微指令的控信号。假设一条微指令的控制字段仅为制字段仅为8位，请安排微指位，请安排微指令的控制字段格式。令的控制字段格式。l微命令数目微命令数目操作控制字段，则采操作控制字段，则采用用混合表示法设计混合表示法设计微指令；微指令；l从左表中选择互斥的微操作；从左表中选择互斥的微操作；a命令：与命令：与i互斥互斥b命令：与
4、命令：与f、g、i、j互斥互斥c命令：与命令：与f、j互斥互斥d命令：与命令：与i、j互斥互斥e命令：与命令：与f、h、j互斥互斥f命令：与命令：与b、c、e、h、i、j互斥互斥g命令：与命令：与b、h、j互斥互斥h命令：与命令：与e、f、g、i互斥互斥i命令：与命令：与a、b、d、f、h、j互斥互斥j命令：与命令：与b、c、d、e、f、g、i互斥互斥l互斥信号组互斥信号组e、f、h和和b、i、je、f、h和和d、i、je、f、h和和b、g、ji、f、h和和b、g、j微指微指令令a b c d efg hijI1 I2 I3I4I5I6I7 I8 8、某机有、某机有8条指令条指令I1I8，每条
5、微指令所包含的微命令控制信号，每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。如下表所示。aj分别对应分别对应10种不同性质的微命令信号。假种不同性质的微命令信号。假设一条微指令的控制字段仅为设一条微指令的控制字段仅为8位，请安排微指令的控制字位，请安排微指令的控制字段格式。段格式。l解法解法1：将将（d,i,j）和（）和（e,f,h）分别组成）分别组成两个小组，进行译码，可得六个微命两个小组，进行译码，可得六个微命令信号，剩下的令信号，剩下的a,b,c,g四个微命令四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如右图所示：段组成如右图所示：l解法解法2：将将（b
6、,i,j）和（）和（e,f,h）分别组成）分别组成两个小组，进行译码，可得六个微命两个小组，进行译码，可得六个微命令信号，剩下的令信号，剩下的a,b,c,g四个微命令四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如右图所示：段组成如右图所示：注意：注意：00表示两位表示两位均不产生控制信号均不产生控制信号12、今有今有4级流水线，分别完成取指、指令译码并取数、级流水线，分别完成取指、指令译码并取数、运算、送结果四步操作。假设完成各步操作的时间运算、送结果四步操作。假设完成各步操作的时间依次为依次为100ns、100ns、80ns、50ns。请问：。请问：流水线
7、的操作周期应设计为多少？流水线的操作周期应设计为多少？流水线的操作周期应按各步操作的最大时间来考虑，即流流水线的操作周期应按各步操作的最大时间来考虑，即流水线时钟周期性水线时钟周期性 ，故取，故取100ns。若相邻两条指令发生数据相关，硬件上不采取措施，那么第若相邻两条指令发生数据相关，硬件上不采取措施，那么第2条指令要推迟多少时间进行？条指令要推迟多少时间进行？遇到数据相关时，就推迟第遇到数据相关时，就推迟第2条指令的执行；条指令的执行；要推迟到所需读取的数据已产生为止，因此至少需要延迟要推迟到所需读取的数据已产生为止，因此至少需要延迟2个时钟周期。个时钟周期。如果再硬件设计上加以改进，至少
8、需推迟多少时间？如果再硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间？如采用专用通路技术，应保证取数之前结果已计算出来；如采用专用通路技术，应保证取数之前结果已计算出来；因此，至少需要延迟因此，至少需要延迟1个时钟周期。个时钟周期。流水时空图流水时空图流水时空图流水时空图取指取指 译码并译码并取数取数运算运算送结果送结果取指取指译码并译码并取数取数运算运算送结果送结果取指取指译码并译码并取数取数运算运算送结果送结果取指取指译码并译码并取数取数运算运算送结果送结果可能出现的可能出现的数据相关数据相关13、指令流水线有取指（、指令流水线有取指（IF）、译码（）、译码（ID）、执行）、执行（EX）、访存（）
9、、访存（MEM）、写回寄存器堆（）、写回寄存器堆（WB）五个过程段，共有五个过程段，共有20条指令连续输入此流水线。条指令连续输入此流水线。画出流水处理的时空图，假设时钟周期为画出流水处理的时空图，假设时钟周期为100ns。13、指令流水线有取指（、指令流水线有取指（IF）、译码（）、译码（ID）、执行）、执行（EX）、访存（）、访存（MEM）、写回寄存器堆）、写回寄存器堆（WB）五个过程段，共有）五个过程段，共有20条指令连续输入此条指令连续输入此流水线。流水线。求流水线的实际吞吐量（单位时间内执行完毕的指令条数）。求流水线的实际吞吐量（单位时间内执行完毕的指令条数）。求流水线的加速比。求流水线的加速比。16、判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关？、判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关？I1 LDA R1,A ;M(A)R1I2 ADD R2,R1 ;(R2)+(R1)R2I3 ADD R3,R4 ;(R3)+(R4)R3I4 MUL R4,R5 ;(R4)(R5)R4I5 LDA R6,B ;M(B)R6I6 MUL R6,R7 ;(R6)(R7)R6写后读相关写后读相关读后写相关读后写相关写后写相关写后写相关此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢