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1、控制单元的设计控制单元的设计第第 十十 章章 1.1.假设响应中断时，要求将程序断点存在假设响应中断时，要求将程序断点存在假设响应中断时，要求将程序断点存在假设响应中断时，要求将程序断点存在堆栈堆栈堆栈堆栈内，并且采用内，并且采用内，并且采用内，并且采用软件办法软件办法软件办法软件办法寻找中断服务程序的入口地寻找中断服务程序的入口地寻找中断服务程序的入口地寻找中断服务程序的入口地址，试写出址，试写出址，试写出址，试写出中断隐指令中断隐指令中断隐指令中断隐指令的的的的微操作微操作微操作微操作及及及及节拍节拍节拍节拍安排。安排。安排。安排。解：设软件查询程序首址为解：设软件查询程序首址为解：设软件
2、查询程序首址为解：设软件查询程序首址为0 0号号号号内存单元，则中内存单元，则中内存单元，则中内存单元，则中断隐指令的微操作命令及节拍安排如下：断隐指令的微操作命令及节拍安排如下：断隐指令的微操作命令及节拍安排如下：断隐指令的微操作命令及节拍安排如下：T0 0T0 0EINTEINT，SPSPMARMART1 PCT1 PCMDRMDR，0 0-W-W，SP+1SP+1SPSPT2 MDRT2 MDRMM（MARMAR）T3 T3 SPSPMARMAR T4T4 PSW PSWMDRMDR，0 0-W-W，SP+1SP+1SPSPT5T5 0 0PCPC，MDRMDRMM（MARMAR）由于题
3、意中没有给出确切的数据通路结构，故由于题意中没有给出确切的数据通路结构，故由于题意中没有给出确切的数据通路结构，故由于题意中没有给出确切的数据通路结构，故上述节拍分配方案的上述节拍分配方案的上述节拍分配方案的上述节拍分配方案的并行性较低并行性较低并行性较低并行性较低。2.2.写出完成下列指令的写出完成下列指令的写出完成下列指令的写出完成下列指令的微操作及节微操作及节微操作及节微操作及节拍安排拍安排拍安排拍安排（包括取指操作）。（包括取指操作）。（包括取指操作）。（包括取指操作）。（1 1）指令）指令）指令）指令ADD R1ADD R1，X X完成将完成将完成将完成将R1R1寄寄寄寄存器的内容和
4、主存存器的内容和主存存器的内容和主存存器的内容和主存X X单元的内容相加，单元的内容相加，单元的内容相加，单元的内容相加，结果存于结果存于结果存于结果存于R1R1的操作。的操作。的操作。的操作。（2 2）指令）指令）指令）指令ISZ XISZ X完成将主存完成将主存完成将主存完成将主存X X单元单元单元单元的内容增的内容增的内容增的内容增1 1，并根据其结果若为，并根据其结果若为，并根据其结果若为，并根据其结果若为0 0，则跳，则跳，则跳，则跳过下一条指令执行。过下一条指令执行。过下一条指令执行。过下一条指令执行。解：该题题意中解：该题题意中解：该题题意中解：该题题意中没有指定数据通路没有指定
5、数据通路没有指定数据通路没有指定数据通路，因此排序前应先设定一下。在此设采用因此排序前应先设定一下。在此设采用因此排序前应先设定一下。在此设采用因此排序前应先设定一下。在此设采用单总线结构单总线结构单总线结构单总线结构的的的的CPUCPU数据通路，且数据通路，且数据通路，且数据通路，且ALUALU输输输输入端设两个暂存器入端设两个暂存器入端设两个暂存器入端设两个暂存器C C、D D（见见见见1717题图）。题图）。题图）。题图）。并设采用并设采用并设采用并设采用同步控制同步控制同步控制同步控制，每周期，每周期，每周期，每周期3 3节拍：节拍：节拍：节拍：（1 1）指令）指令）指令）指令ADD
6、R1ADD R1，X X的微操作的微操作的微操作的微操作及节拍安排如下：及节拍安排如下：及节拍安排如下：及节拍安排如下：取指周期：取指周期：取指周期：取指周期：T0 PCT0 PCMARMAR，1 1R R T1 PC+1T1 PC+1，M(MAR)M(MAR)MDRMDR T2 MDR T2 MDRIRIR，OP(IR)OP(IR)IDID 执行周期执行周期执行周期执行周期1 1：T0 X(IR)T0 X(IR)MARMAR，1 1R R T1 R1T1 R1C C，M(MAR)M(MAR)MDRMDR T2 MDR T2 MDRD D 执行周期执行周期执行周期执行周期2 2：T0T0 T1
7、 T1 T2 +T2 +，ALUALUR1R1 （2 2）指令）指令）指令）指令ISZ XISZ X的微操作及节拍安的微操作及节拍安的微操作及节拍安的微操作及节拍安排（取指周期同（排（取指周期同（排（取指周期同（排（取指周期同（1 1），略）：），略）：），略）：），略）：执行周期执行周期执行周期执行周期1 1：T0 X(IR)T0 X(IR)MARMAR，1 1R R T1 M(MAR)T1 M(MAR)MDRMDR T2 MDR T2 MDRC C 执行周期执行周期执行周期执行周期2 2：T0 T0 +1+1，ALUALUMDRMDR T1T1 0 0-W-W T2 MDR T2 MDRM
8、(MAR)M(MAR)(PC+1)Z (PC+1)Z （设（设（设（设Z Z为结果为为结果为为结果为为结果为0 0标志）标志）标志）标志）该指令的操作在一个执行周期做不该指令的操作在一个执行周期做不该指令的操作在一个执行周期做不该指令的操作在一个执行周期做不完，因此安排了完，因此安排了完，因此安排了完，因此安排了两个两个两个两个执行周期。执行周期。执行周期。执行周期。3.3.按序写出按序写出按序写出按序写出下列程序所需的全部下列程序所需的全部下列程序所需的全部下列程序所需的全部微操作命令及节拍安排。微操作命令及节拍安排。微操作命令及节拍安排。微操作命令及节拍安排。指令地址指令地址指令地址指令地
9、址指令指令指令指令300300301301302302303303304304LDA 306LDA 306ADD 307ADD 307BAN 304BAN 304STA 305STA 305 STP STP 解：由于题意解：由于题意解：由于题意解：由于题意未明确要求未明确要求未明确要求未明确要求采用何种采用何种采用何种采用何种控制器结构，故仍按较简单的组合逻辑控制器结构，故仍按较简单的组合逻辑控制器结构，故仍按较简单的组合逻辑控制器结构，故仍按较简单的组合逻辑时序关系安排节拍（单总线、同步控制，时序关系安排节拍（单总线、同步控制，时序关系安排节拍（单总线、同步控制，时序关系安排节拍（单总线、同
10、步控制，假设同上题）：假设同上题）：假设同上题）：假设同上题）：LDA 306 LDA 306 指令：指令：指令：指令：取指周期：取指周期：取指周期：取指周期：T0 PCT0 PCMARMAR，1 1R R T1 PC+1T1 PC+1，M(MAR)M(MAR)MDRMDR T2 MDR T2 MDRIRIR，OP(IR)OP(IR)IDID 执行周期：执行周期：执行周期：执行周期：T0 306(IR)T0 306(IR)MARMAR，1 1R R T1 M(MAR)T1 M(MAR)MDRMDR T2 MDR T2 MDRACAC ADD 307 ADD 307 指令：指令：指令：指令：取指
11、周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。执行周期执行周期执行周期执行周期1 1：T0 307(IR)T0 307(IR)MARMAR，1 1R R T1 M(MAR)T1 M(MAR)MDRMDR，ACACC C T2 MDR T2 MDRD D 执行周期执行周期执行周期执行周期2 2：T0T0 T1 T1 T2 +T2 +，ALUALUACAC BAN 304 BAN 304 指令：指令：指令：指令：取指周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。执行周期：执行周期：执行周期：执行周期：（设（设（设（设N N为结果为负标志）为结果为负标志）为结果为负标志）
12、为结果为负标志）T0 T0 T1 T1 T2T2 N304(IR)N304(IR)PCPC STA 305 STA 305 指令：指令：指令：指令：取指周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。执行周期：执行周期：执行周期：执行周期：T0 305(IR)T0 305(IR)MARMAR T1 ACT1 ACMDRMDR，0 0-W -W T2 MDR T2 MDRM(MAR)M(MAR)STP STP 指令：指令：指令：指令：取指周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。取指周期：同上。执行周期：执行周期：执行周期：执行周期：T0 T0 T1 T1 T2 0T2 0GG （
13、GG为停机标志。）为停机标志。）为停机标志。）为停机标志。）6.6.已知已知已知已知带返转指令带返转指令带返转指令带返转指令的含义如下图的含义如下图的含义如下图的含义如下图所示，写出机器在完成带返转指令时，所示，写出机器在完成带返转指令时，所示，写出机器在完成带返转指令时，所示，写出机器在完成带返转指令时，取指阶段和执行阶段所需的取指阶段和执行阶段所需的取指阶段和执行阶段所需的取指阶段和执行阶段所需的全部全部全部全部微操微操微操微操作及节拍安排。作及节拍安排。作及节拍安排。作及节拍安排。主程序主程序主程序主程序 子程序子程序子程序子程序MM 带返转带返转带返转带返转KKM+1M+1JMP I
14、KJMP I KKKK+1K+1间址特征间址特征间址特征间址特征 解：解：解：解：假设同上题，假设同上题，假设同上题，假设同上题，仍按组合逻辑、仍按组合逻辑、仍按组合逻辑、仍按组合逻辑、单总线、同步控制安排，带返转指令单总线、同步控制安排，带返转指令单总线、同步控制安排，带返转指令单总线、同步控制安排，带返转指令的全部微操作及节拍如下：的全部微操作及节拍如下：的全部微操作及节拍如下：的全部微操作及节拍如下：取指周期：取指周期：取指周期：取指周期：T0 PCT0 PCMARMAR，1 1R R （注：（注：（注：（注：MMMARMAR）T1 PC+1T1 PC+1，M(MAR)M(MAR)MDR
15、MDR T2 MDR T2 MDRIRIR，OP(IR)OP(IR)IDID 执行周期：执行周期：执行周期：执行周期：T0 K(IR)T0 K(IR)MARMAR T1 T1 PCPCMDRMDR，0 0-w -w （注：（注：（注：（注：M+1M+1MDRMDR）T2 MDRT2 MDRM(MAR)M(MAR)K+1 K+1PCPC 12.12.能否说水平型微指令就是能否说水平型微指令就是能否说水平型微指令就是能否说水平型微指令就是直接直接直接直接编码的微指令编码的微指令编码的微指令编码的微指令，为什么？，为什么？，为什么？，为什么？解：解：解：解：不能说水平型微指令就是直不能说水平型微指令
16、就是直不能说水平型微指令就是直不能说水平型微指令就是直接编码的微指令接编码的微指令接编码的微指令接编码的微指令，因为符合水平型微，因为符合水平型微，因为符合水平型微，因为符合水平型微指令特征的微指令都属于水平型微指指令特征的微指令都属于水平型微指指令特征的微指令都属于水平型微指指令特征的微指令都属于水平型微指令，常见的有：直接编码、字段直接令，常见的有：直接编码、字段直接令，常见的有：直接编码、字段直接令，常见的有：直接编码、字段直接编码、字段间接编码，及混合编码等。编码、字段间接编码，及混合编码等。编码、字段间接编码，及混合编码等。编码、字段间接编码，及混合编码等。直接编码的微指令只是最典型
17、的一种。直接编码的微指令只是最典型的一种。直接编码的微指令只是最典型的一种。直接编码的微指令只是最典型的一种。15.15.设控制存储器的容量为设控制存储器的容量为设控制存储器的容量为设控制存储器的容量为5125124848位位位位，微程序可在整个控存空间实现转，微程序可在整个控存空间实现转，微程序可在整个控存空间实现转，微程序可在整个控存空间实现转移，而控制微程序转移的条件共有移，而控制微程序转移的条件共有移，而控制微程序转移的条件共有移，而控制微程序转移的条件共有4 4个个个个（采用（采用（采用（采用直接控制直接控制直接控制直接控制），微指令格式如下：），微指令格式如下：），微指令格式如下：
18、），微指令格式如下：操作控制操作控制操作控制操作控制转移条件转移条件转移条件转移条件下地址下地址下地址下地址操作控制操作控制操作控制操作控制顺序控制顺序控制顺序控制顺序控制 试问微指令中的试问微指令中的试问微指令中的试问微指令中的三个字段三个字段三个字段三个字段分别为多分别为多分别为多分别为多少位？少位？少位？少位？解：微指令各字段位数分配如下：解：微指令各字段位数分配如下：解：微指令各字段位数分配如下：解：微指令各字段位数分配如下：35 4 935 4 9操作控制操作控制操作控制操作控制转转转转 移移移移 条条条条 件件件件下地址下地址下地址下地址操作控制操作控制操作控制操作控制顺序控制顺序
19、控制顺序控制顺序控制 该微指令格式为该微指令格式为该微指令格式为该微指令格式为水平型微指令水平型微指令水平型微指令水平型微指令。19.19.假设机器的假设机器的假设机器的假设机器的主要部件主要部件主要部件主要部件有：程序计有：程序计有：程序计有：程序计数器数器数器数器PCPC，指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器IRIR，通用寄存器通用寄存器通用寄存器通用寄存器R R0 0、R R1 1、R R2 2、R R3 3，暂存器暂存器暂存器暂存器C C、D D，ALUALU，移位移位移位移位器，存储器地址寄存器器，存储器地址寄存器器，存储器地址寄存器器，存储器地址寄存器MARMAR，存储器数存储
20、器数存储器数存储器数据寄存器据寄存器据寄存器据寄存器MDRMDR及存储矩阵及存储矩阵及存储矩阵及存储矩阵MM。（1 1）要求采用要求采用要求采用要求采用单总线结构单总线结构单总线结构单总线结构画出包含画出包含画出包含画出包含上述部件的上述部件的上述部件的上述部件的硬件框图硬件框图硬件框图硬件框图，并注明数据流动，并注明数据流动，并注明数据流动，并注明数据流动方向。方向。方向。方向。（2 2）画出）画出）画出）画出ADDADD（R R1 1），（），（），（），（R R2 2）指令指令指令指令在取指阶段和执行阶段的在取指阶段和执行阶段的在取指阶段和执行阶段的在取指阶段和执行阶段的信息流程图信息流
21、程图信息流程图信息流程图。R R1 1寄存器存放源操作数地址，寄存器存放源操作数地址，寄存器存放源操作数地址，寄存器存放源操作数地址，R R2 2寄存器寄存器寄存器寄存器存放目的操作数的地址。存放目的操作数的地址。存放目的操作数的地址。存放目的操作数的地址。（3 3）写出对应该流程图所需的全部）写出对应该流程图所需的全部）写出对应该流程图所需的全部）写出对应该流程图所需的全部微操作命令微操作命令微操作命令微操作命令。解：解：解：解：（1 1）采用）采用）采用）采用单总线结构单总线结构单总线结构单总线结构的的的的CPUCPU硬件框图如下：硬件框图如下：硬件框图如下：硬件框图如下：R/-WR/-W
22、P PC CMMA AR RMMD DR RR R3 3D D移移移移位位位位器器器器I IR RMMA AL LU U单总线（单总线（单总线（单总线（BUSBUS）R R2 2R R1 1R R0 0C C+1+1图中，数据流动方向如图中，数据流动方向如图中，数据流动方向如图中，数据流动方向如箭头箭头箭头箭头所示。所示。所示。所示。L LD DR R（2 2）ADDADD（R R1 1），（），（），（），（R R2 2）（3 3）对应该流程图所对应该流程图所对应该流程图所对应该流程图所 指令流程图如下：指令流程图如下：指令流程图如下：指令流程图如下：需的全部微操作命令。需的全部微操作命令。
23、需的全部微操作命令。需的全部微操作命令。OP=OP=？PCMARMM读读PC+1 PCMDR MDR IRIR ADDADDPCo，MARi1 R+1（可与前一步并行）可与前一步并行）可与前一步并行）可与前一步并行）MDRo，IRiR1o，MARi1 R MDRo，CiR2o，MARi1 RMDRo，Di ADDADD R R1 1MARMARMDRMDRC C MM读读R R2 2MARMAR MM读读 MDRMDRD D B B+，D，MDRi0-W公操作公操作（C C）+（D D）MDRMDR MM写写B B 20.20.假设机器的主要部件同上题，假设机器的主要部件同上题，假设机器的主要
24、部件同上题，假设机器的主要部件同上题，外加一个控制门外加一个控制门外加一个控制门外加一个控制门GG。（1 1）要求采用要求采用要求采用要求采用双总线结构双总线结构双总线结构双总线结构（每组（每组（每组（每组总线的数据流动方向是总线的数据流动方向是总线的数据流动方向是总线的数据流动方向是单向的单向的单向的单向的），画出），画出），画出），画出包含上述部件的硬件框图，并注明数据包含上述部件的硬件框图，并注明数据包含上述部件的硬件框图，并注明数据包含上述部件的硬件框图，并注明数据流动方向。流动方向。流动方向。流动方向。（2 2）画出）画出）画出）画出SUB RSUB R1 1，R R3 3完成完成完
25、成完成（R R1 1）-（R R3 3）R R1 1操作的指令周期信息流操作的指令周期信息流操作的指令周期信息流操作的指令周期信息流程图（假设指令地址已放在程图（假设指令地址已放在程图（假设指令地址已放在程图（假设指令地址已放在PCPC中），中），中），中），并列出相应的并列出相应的并列出相应的并列出相应的微操作控制信号序列。微操作控制信号序列。微操作控制信号序列。微操作控制信号序列。解：解：解：解：（1 1）双总线结构双总线结构双总线结构双总线结构的的的的CPUCPU硬件框图如下硬件框图如下硬件框图如下硬件框图如下：图中，数据流动方向如图中，数据流动方向如图中，数据流动方向如图中，数据流动方
26、向如箭头箭头箭头箭头所示。所示。所示。所示。R/-WR/-WP PC CMMA AR RMMD DR RR R3 3移移移移位位位位器器器器I IR RMMA AL LU UA A总线总线总线总线R R0 0C C+1+1GGB B总线总线总线总线R R1 1R R2 2L L D D R RD D （2 2）SUB RSUB R1 1，R R3 3指令周期流程图如下：指令周期流程图如下：指令周期流程图如下：指令周期流程图如下：OP=OP=？PCMARMM读读PC+1 PCMDR MDR IRIR SUBSUBPCo，G，MARi1 R+1（可与前一步并行可与前一步并行可与前一步并行可与前一步
27、并行）MDRo，G，IRi R1o，G，CiR3o，G，Di-，D，G，R1i SUBSUB R R1 1C C （C C）-（D D）R R1 1 R R3 3D D 21.21.下表给出下表给出下表给出下表给出8 8条微指令条微指令条微指令条微指令I I1 1II8 8及所及所及所及所包含的微命令控制信号，设计微指令包含的微命令控制信号，设计微指令包含的微命令控制信号，设计微指令包含的微命令控制信号，设计微指令操作控制字段格式，要求操作控制字段格式，要求操作控制字段格式，要求操作控制字段格式，要求所使用的控所使用的控所使用的控所使用的控制位最少制位最少制位最少制位最少，而且保持微指令本身内
28、在，而且保持微指令本身内在，而且保持微指令本身内在，而且保持微指令本身内在的的的的并行性并行性并行性并行性。微指令微指令微指令微指令所含的微命令所含的微命令所含的微命令所含的微命令I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4I I5 5I I6 6I I7 7I I8 8a b c d ea b c d ea d f ga d f gb hb hc cc e g ic e g ia h ja h jc d hc d ha b ha b h 解：为使设计出的微指令操作控制字段最短，并解：为使设计出的微指令操作控制字段最短，并解：为使设计出的微指令操作控制字段最短，并解：为使设计出的微指令操作
29、控制字段最短，并且保持微指令本身内在的并行性，应采用且保持微指令本身内在的并行性，应采用且保持微指令本身内在的并行性，应采用且保持微指令本身内在的并行性，应采用混合编码法混合编码法混合编码法混合编码法。首先找出互斥的微命令组，为便于分析，将微命令表首先找出互斥的微命令组，为便于分析，将微命令表首先找出互斥的微命令组，为便于分析，将微命令表首先找出互斥的微命令组，为便于分析，将微命令表重画如下：重画如下：重画如下：重画如下：微指令微指令微指令微指令所含的微命令所含的微命令所含的微命令所含的微命令a ab bc cd de ef f g gh hi ij jI I1 1 I I2 2 I I3 3
30、 I I4 4 I I5 5 I I6 6 I I7 7 I I8 8 由表中微命令的分布情况可看出：由表中微命令的分布情况可看出：由表中微命令的分布情况可看出：由表中微命令的分布情况可看出：a a、b b、c c、d d、e e微命令的并行性太高，因此不能放在同一字段中。另微命令的并行性太高，因此不能放在同一字段中。另微命令的并行性太高，因此不能放在同一字段中。另微命令的并行性太高，因此不能放在同一字段中。另外，由分析可知，在外，由分析可知，在外，由分析可知，在外，由分析可知，在2 2、3 3、4 4分组的互斥组中，分组的互斥组中，分组的互斥组中，分组的互斥组中，3 3个一个一个一个一组的微
31、命令互斥组对控制位的压缩作用最明显组的微命令互斥组对控制位的压缩作用最明显组的微命令互斥组对控制位的压缩作用最明显组的微命令互斥组对控制位的压缩作用最明显。因此，。因此，。因此，。因此，应尽可能多的找出应尽可能多的找出应尽可能多的找出应尽可能多的找出3 3个一组的互斥组。现找出的互斥组个一组的互斥组。现找出的互斥组个一组的互斥组。现找出的互斥组个一组的互斥组。现找出的互斥组有：有：有：有：cfjcfj，dijdij，efhefh，fhifhi，bgjbgj，ehjehj，efjefj等等。等等。等等。等等。从中找出从中找出从中找出从中找出互不相重的互斥组互不相重的互斥组互不相重的互斥组互不相重
32、的互斥组有两个：有两个：有两个：有两个：dijdij，efhefh。则。则。则。则：微指令操作控制字段格式安排如下：微指令操作控制字段格式安排如下：微指令操作控制字段格式安排如下：微指令操作控制字段格式安排如下：1 1 1 1 2 21 1 1 1 2 2a ab bc cg gdijdijefhefh顺顺顺顺 序序序序 控控控控 制制制制 字字字字 段段段段操作控制字段操作控制字段操作控制字段操作控制字段 各字段编码分配如下：各字段编码分配如下：各字段编码分配如下：各字段编码分配如下：a a 0 0 无操作无操作无操作无操作；b b 0 0 无操作无操作无操作无操作；1 a1 a微命令；微命
33、令；微命令；微命令；1 b1 b微命令微命令微命令微命令c c 0 0 无操作无操作无操作无操作；g g 0 0 无操作无操作无操作无操作；1 c1 c微命令；微命令；微命令；微命令；1 g1 g微命令微命令微命令微命令dijdij 00 00 无操作无操作无操作无操作；efhefh 00 00 无操作无操作无操作无操作；01 d01 d微命令；微命令；微命令；微命令；01 e 01 e 10 i10 i微命令；微命令；微命令；微命令；10 f10 f 11 j11 j微命令；微命令；微命令；微命令；11 h11 h 注：每组都应为注：每组都应为注：每组都应为注：每组都应为“无操作无操作无操作
34、无操作”留一种编码。留一种编码。留一种编码。留一种编码。与采用直接控制法与采用直接控制法与采用直接控制法与采用直接控制法比较比较比较比较：直接控制法：直接控制法：直接控制法：直接控制法：1010个微命令需个微命令需个微命令需个微命令需1010位位位位操作控操作控操作控操作控制位；制位；制位；制位；本方案：本方案：本方案：本方案：1010个微命令需个微命令需个微命令需个微命令需8 8位位位位操作控制位，操作控制位，操作控制位，操作控制位，压缩了压缩了压缩了压缩了2 2位位位位。22.22.22.22.设有一设有一设有一设有一运算器通路运算器通路运算器通路运算器通路如下图所示如下图所示如下图所示如
35、下图所示（见教材（见教材（见教材（见教材423423423423页），假设操作数页），假设操作数页），假设操作数页），假设操作数a a a a和和和和b b b b（均为补码）分别放在通用寄存器均为补码）分别放在通用寄存器均为补码）分别放在通用寄存器均为补码）分别放在通用寄存器R R R R2 2 2 2和和和和R R R R3 3 3 3中，中，中，中，ALUALUALUALU有有有有+、-、M M M M（传送）三种操作传送）三种操作传送）三种操作传送）三种操作功能，移位器可实现功能，移位器可实现功能，移位器可实现功能，移位器可实现左移、右移和直送左移、右移和直送左移、右移和直送左移、右移
36、和直送功能。功能。功能。功能。指出指出指出指出相容性相容性相容性相容性微操作和微操作和微操作和微操作和相斥性相斥性相斥性相斥性微微微微操作。操作。操作。操作。采用采用采用采用字段直接编码方式字段直接编码方式字段直接编码方式字段直接编码方式设计适设计适设计适设计适合于此运算器的微指令格式。合于此运算器的微指令格式。合于此运算器的微指令格式。合于此运算器的微指令格式。画出计算画出计算画出计算画出计算2(a+b)R2(a+b)R2(a+b)R2(a+b)R3 3 3 3的的的的微程序流微程序流微程序流微程序流程图程图程图程图，试问执行周期需用几条微指令？，试问执行周期需用几条微指令？，试问执行周期需
37、用几条微指令？，试问执行周期需用几条微指令？按设计的微指令格式，写出满按设计的微指令格式，写出满按设计的微指令格式，写出满按设计的微指令格式，写出满足足足足要求的要求的要求的要求的微代码微代码微代码微代码。解：解：解：解：相斥性微操作有：相斥性微操作有：相斥性微操作有：相斥性微操作有：移位器传送类移位器传送类移位器传送类移位器传送类3 3 3 3个个个个：R R R R、L L L L、V V V V；ALUALUALUALU操作类操作类操作类操作类3 3 3 3个个个个：+、-、M M M M；A A A A选通门控制类选通门控制类选通门控制类选通门控制类4 4 4 4个个个个：MDRAMD
38、RAMDRAMDRA、R R R R1 1 1 1AAAA、R R R R2 2 2 2AAAA、R R R R3 3 3 3AAAA；B B B B选通门控制类选通门控制类选通门控制类选通门控制类7 7 7 7个个个个：PCBPCBPCBPCB、R R R R1 1 1 1BBBB、-R-R-R-R1 1 1 1BBBB、R R R R2 2 2 2BBBB、-R-R-R-R2 2 2 2BBBB、R R R R3 3 3 3BBBB、-R-R-R-R3 3 3 3BBBB；注：由于注：由于注：由于注：由于ALUALUALUALU的的的的A A A A、B B B B两端有可能同时需要寄存器
39、的输两端有可能同时需要寄存器的输两端有可能同时需要寄存器的输两端有可能同时需要寄存器的输出，且同一寄存器的输出可能作源操作数使用，而输入出，且同一寄存器的输出可能作源操作数使用，而输入出，且同一寄存器的输出可能作源操作数使用，而输入出，且同一寄存器的输出可能作源操作数使用，而输入又可能接收运算结果，因此寄存器输入输出操作构成又可能接收运算结果，因此寄存器输入输出操作构成又可能接收运算结果，因此寄存器输入输出操作构成又可能接收运算结果，因此寄存器输入输出操作构成不不不不完全互斥关系完全互斥关系完全互斥关系完全互斥关系，分组情况可视设计需要而定。，分组情况可视设计需要而定。，分组情况可视设计需要而
40、定。，分组情况可视设计需要而定。相容性微操作有：相容性微操作有：相容性微操作有：相容性微操作有：ALUALUALUALU任一操作与任一操作与任一操作与任一操作与+1+1+1+1操作相容；操作相容；操作相容；操作相容；寄存器寄存器寄存器寄存器输入类输入类输入类输入类操作相互相容；操作相互相容；操作相互相容；操作相互相容；移位器、移位器、移位器、移位器、ALUALUALUALU、A A A A、B B B B选通门、寄存器五大部件的操作选通门、寄存器五大部件的操作选通门、寄存器五大部件的操作选通门、寄存器五大部件的操作在部件之间相互相容。在部件之间相互相容。在部件之间相互相容。在部件之间相互相容。
41、采用字段直接编译法设计微指令格式时，可按采用字段直接编译法设计微指令格式时，可按采用字段直接编译法设计微指令格式时，可按采用字段直接编译法设计微指令格式时，可按中找出的互斥类分组，并考虑和所有微操作相容的微中找出的互斥类分组，并考虑和所有微操作相容的微中找出的互斥类分组，并考虑和所有微操作相容的微中找出的互斥类分组，并考虑和所有微操作相容的微命令需单独设组，则微指令操作控制字段格式如下：命令需单独设组，则微指令操作控制字段格式如下：命令需单独设组，则微指令操作控制字段格式如下：命令需单独设组，则微指令操作控制字段格式如下：19 019 019 019 0A BA BA BA B C C C C
42、 D D D D E F G E F G E F G E F G H I J K H I J K H I J K H I J K3 3 2 2 1 3 2 1 1 1 13 3 2 2 1 3 2 1 1 1 13 3 2 2 1 3 2 1 1 1 13 3 2 2 1 3 2 1 1 1 1各字段编码分配如下：各字段编码分配如下：各字段编码分配如下：各字段编码分配如下：A A A A组组组组（A A A A选通门控制）：选通门控制）：选通门控制）：选通门控制）：000000000000无操作；无操作；无操作；无操作；100MDRA100MDRA100MDRA100MDRA；110R110R
43、110R110R2 2 2 2AAAA；101R101R101R101R1 1 1 1AAAA；111R111R111R111R3 3 3 3AAAA；B B B B组组组组（B B B B选通门控制）：选通门控制）：选通门控制）：选通门控制）：000000000000无操作；无操作；无操作；无操作；100R100R100R100R2 2 2 2BBBB；001PCB001PCB001PCB001PCB；101-R101-R101-R101-R2 2 2 2B B B B；010R010R010R010R1 1 1 1BBBB；110R110R110R110R3 3 3 3B B B B；01
44、1-R011-R011-R011-R1 1 1 1BBBB；111-R111-R111-R111-R3 3 3 3BBBB；C C C C组组组组（ALUALUALUALU操作）：操作）：操作）：操作）：00000000无操作；无操作；无操作；无操作；10+10+10+10+；01 M01 M01 M01 M；11-11-11-11-；D D D D组组组组（移位器传送）：（移位器传送）：（移位器传送）：（移位器传送）：00000000无操作；无操作；无操作；无操作；10 R10 R10 R10 R；01 V01 V01 V01 V；11 L11 L11 L11 L；E E E E组组组组（+
45、1+1+1+1）：）：）：）：0000无操作；无操作；无操作；无操作；1+11+11+11+1；F F F F组组组组（寄存器输出（寄存器输出（寄存器输出（寄存器输出B B B B）：）：）：）：000000000000无操作；无操作；无操作；无操作；100R100R100R100R2out2out2out2out；001001001001PCPCPCPCoutoutoutout；101-R101-R101-R101-R2out2out2out2out ；010R010R010R010R1out1out1out1out；110110110110R R R R3out3out3out3out 0
46、11 011 011 011-R R R R1out1out1out1out；111111111111-R R R R3out3out3out3out G G G G组组组组（寄存器输出（寄存器输出（寄存器输出（寄存器输出A A A A）：00000000无操作；无操作；无操作；无操作；10R10R10R10R2out2out2out2out；01R01R01R01R1out1out1out1out；11R11R11R11R3out3out3out3out；H H H H组组组组（R1R1R1R1输入）：输入）：输入）：输入）：0000无操作；无操作；无操作；无操作；1R1R1R1R1in1i
47、n1in1in；I I I I组组组组（R2R2R2R2输入）：输入）：输入）：输入）：0000无操作；无操作；无操作；无操作；1R1R1R1R2in2in2in2in；J J J J组组组组（R3R3R3R3输入）：输入）：输入）：输入）：0000无操作；无操作；无操作；无操作；1R1R1R1R3in3in3in3in；K K K K组组组组（PCPCPCPC输入）：输入）：输入）：输入）：0000无操作；无操作；无操作；无操作；1111PCPCPCPCinininin；由于题意只给出运算器通路，故取指周期微程序由于题意只给出运算器通路，故取指周期微程序由于题意只给出运算器通路，故取指周期微
48、程序由于题意只给出运算器通路，故取指周期微程序段省略。则计算段省略。则计算段省略。则计算段省略。则计算2(a+b)R2(a+b)R2(a+b)R2(a+b)R3 3 3 3指令的执行周期微程序流指令的执行周期微程序流指令的执行周期微程序流指令的执行周期微程序流程图如下：程图如下：程图如下：程图如下：采用上述微指令格式时，实现此微程序流程只采用上述微指令格式时，实现此微程序流程只采用上述微指令格式时，实现此微程序流程只采用上述微指令格式时，实现此微程序流程只需一条微指令既可。需一条微指令既可。需一条微指令既可。需一条微指令既可。按所设计的微指令格式，此微程序流程所用微按所设计的微指令格式，此微程
49、序流程所用微按所设计的微指令格式，此微程序流程所用微按所设计的微指令格式，此微程序流程所用微指令对应的微代码如下：指令对应的微代码如下：指令对应的微代码如下：指令对应的微代码如下：110 110 110 110 11011011011010 11 010 11 010 11 010 11 0 110 10 0 0 1 0110 10 0 0 1 0110 10 0 0 1 0110 10 0 0 1 0 讨论：讨论：讨论：讨论：本题给出的运算器通路很接近实机，因本题给出的运算器通路很接近实机，因本题给出的运算器通路很接近实机，因本题给出的运算器通路很接近实机，因此通路中微命令间的相容相斥关系就
50、比较复杂。较此通路中微命令间的相容相斥关系就比较复杂。较此通路中微命令间的相容相斥关系就比较复杂。较此通路中微命令间的相容相斥关系就比较复杂。较难判断的是寄存器输入输出类微命令之间的互斥关难判断的是寄存器输入输出类微命令之间的互斥关难判断的是寄存器输入输出类微命令之间的互斥关难判断的是寄存器输入输出类微命令之间的互斥关系，本题中这类关系并没有限死，这就给我们的微系，本题中这类关系并没有限死，这就给我们的微系，本题中这类关系并没有限死，这就给我们的微系，本题中这类关系并没有限死，这就给我们的微指令格式设计带来了一定的灵活性。尽管如此，设指令格式设计带来了一定的灵活性。尽管如此，设指令格式设计带来