下面的题目大部分来自408 的真题，主要是关于控制器的相关内容，内容比较多，关于微程序控制器的内容比较硬核，虽然这门课还有更硬核的东西，我没放进来。每道题目我都给出了与之相应的知识点。关于题目有什么问题，都可以直接在评论区提问，可能会有写错的地方，看出来后告诉我就行。

内部异常(内中断)可分为故障(fault)、陷阱(trap)和终止(abort)三类。

下列有关内部异常的叙述中，错误的是（A）

（1）陷阱是有意而为之的异常，是明知有套还往里钻，其最常见的用途就是操作系统的系统调用。

（2）故障是由错误条件引起的，可能被故障处理例程修复。如果可以修复，继续运行；如果不能修复，则会转化为终止，并进入下一步。常见的故障如缺页。

（3）终止是不可恢复的致命的错误造成结果。终止处理程序不再将控制返回给引发终止的应用程序，而是交给了系统——其结果往往是系统终止应用程序。

内中断是指来自CPU和内存内部产生的中断，包括程序运算引起的各种错误，如地址非法、校验错、页面失效非法指令、用户程序执行特权指令自行中断（INT）和除数为零等，以上都在指令的执行过程中产生的。D 对

这种检测异常的工作是由CPU（包括控制器和运算器）实现的。 C 对

内中断不能被屏蔽，一旦出现应立即处理，发生在指令执行过程中。B 对

如除数为零和自行中断（INT）都会自动跳过中断指令，所以不会返回到发生异常的指令继续执行。 A 错

下列关于主存储器(MM)和控制存储器(CS)的叙述中，错误的是(A )

A. MM按地址访问，CS按成原理 控制器，存储器与中断 (部分选自408)内容访问

B. MM用RAM和ROM实现，CS用ROM实现

C. MM在CPU外，CS在CPU内

D. MM存储指令和数据，CS存储微指令

微程序控制器的工作原理：

控制存储器中包含：

微程序设计思想：每条机器指令的功能都用一段相应的微程序来实现。

微程序：微指令的有序集合，用于实现机器指令的功能。

微指令：是一组微命令的集合，用于完成一个功能相对完整的操作。

微命令：是组成微指令的最小单位，也就是控制实现微操作的控制信号。

一般用于控制数据通路上门的打开/关闭，或者功能选择。

微操作：指令执行时必须完成的基本操作。

控制存储器：简称控存，用于存放所有指令的微程序，其中一个存储单元存放一条微指令。一般为ROM。

微地址：微指令在控存中的地址。

微地址寄存器 \mu AR ：存放微地址的寄存器。

微指令寄存器 \mu IR ：存放从控存取出的微指令的寄存器。

微周期：指从控存中取出并执行一条微指令所需要的时间，一般与一个机器周期相当。

（1）按在计算机系统中的作用分类

封装在CPU内，用于存放当前正在执行的指令和使用的数据

用触发器实现，速度快，容量小（几十个）

微操作：指令执行时必须完成的基本操作。位于CPU内部或附近，用来存放当前要执行的局部程序段和数据

用SRAM实现，速度可与CPU匹配，容量小（几MB）

位于CPU之外，用来存放已被启动的程序及所用的数据

用DRAM实现，速度较快，容量较大（几GB）

又称外存，为外部设备，用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器

（2）按存储器的读写功能分类

（3）按信息的可保存性分类

又称非易失性存储器，在一.单选题（共16题，100.0分）

非永久记忆的存储器：

又称易失性存储器，在 断电后信息丢失（主存中的RAM）

（4）按存储介质分类

下列有关处理器时钟脉冲信号的叙述中，错误的是(D)

A.时钟脉冲信号由机器脉冲源发出的脉冲信号经整形和分频后形成

B.时钟脉冲信号的宽度称为时钟周期，时钟周期的倒数为机器主频

C.时钟周期以相邻状态单元间组合逻辑电路的最大延迟为基准确定

D.处理器总是在每来一个时钟脉冲信号时就开始执行一条新的指令

执行一条新的指令指令流水线中，理想情况下每个机器周期完成一条指令并启动一条新指令，而非一个节拍启动一条指令。

负责提供时钟信号和机器周期信号，以规定每个操作的时间。包括

产生一定频率的脉冲信号，为整个计算机提供基准时钟信号

负责控制时钟脉冲的送出与封锁，从而实现计算机的启动与停止

以脉冲源为基准产生不同的计算机所对应的多级时序信号，用以控制计算机的每一步微操作

指令周期：

机器周期：

时钟周期：

下列寄存器中，汇编语言程序员可见的是（D）

数据和指令存放在同一个存储器中存储空间利用率高

统一的访问接口

CPU的组成中不包含________ A

A.存储器

B.运算器

C.控制器

假定不采用Cache和指令预取技术，且机器处于“开中断”状态，则在下列有关指令执行的叙述中，错误的是 D

因为没有cache，所以CPU要直接访问内存才能完成取指，否则无法执行完一个指令周期。A 对

指令周期是指CPU取出并执行一条指令的时间，至少与CPU时钟周期相等。 B 对

指令预取，是指提前将所需要的数据取出来，在使用时可用。具体方法就是在不命中时，当数据从主存储器中取出送往CPU的同时，把主存储器相邻几个单元中的数据（称为一个数据块）都取出来送入Cache中。

即使是空操作，程序计数器PC 也要+1 D错

单周期处理器中所有指令的指令周期为一个时钟周期。

下列关于单周期处理器的叙述中，错误的是( B )

最重要的是CPU执行时间

CPU执行时间=程序的指令数×每条指令的时钟周期数（CPI）×时钟周期长度

CPI : Clock per Instructions

总线在同一时刻只能有一个部件能把信息传到总线上。

单周期处理器和多周期处理器要执行的指令都是一样的

单周期处理器是以最复杂指令所需时间为准来设计时钟周期。

对指令的操作码进行译码，以识别该指令所要求的操作。

首先判断该指令是什么指令，然后将判断结果信息传递给操作控制信号形成部件。

①指令的功能？对OP字段译码

②操作数在哪里？对寻址方式码MOD译码

③指令含几个字？由OP或者MOD字段决定

分析指令就是控制指令译码器ID工作，产生识别指令OP和寻址方式的控制信号。

操作控制信号形成部件 根据指令译码信息和时序信号 发出该指令所需的所有部件的带时间标志的控制信号序列。

具体为什么可以参考先前写过的数据通路设计中讲到的单总线，双总线和三总线。

（1） 方案 1

第一种是在所有需要传送数据的部件之间创建一条直接通路，这种方案对于很小的计算机系统来说是可行的，但是如果所要设计的CPU的复杂度增加的话，用这种方案来设计数据通路将变得越来越不现实。

（2） 方案 2

CPU的单周期实现和多周期实现

所有指令的执行时间等长：1个时钟周期，CPI=1

时钟周期需要选择所有指令中的执行路径 （时间）最长的那条指令为准

每条指令的执行可占用多个周期

允许不同指令占用的周期数不同

一个功能单元可以在某个指令执行过程中共享

现代计算机不采用单周期CPU设计方式，原因：效率太低

为实现ARMV7的核心指令子集

选择：

（1） 直接连接 （无总线）

（2） 多周期CPU：

指令都在多个时钟周期内完成

部件可共享

（3） 采用哈佛结构：

指令存储器

数据存储器

某计算机的控制器采用微程序控制方式，微指令中的操作控制字段采用字段直接编码法，共有33个微命令，构成5

个互斥类，分别包含7、3、12、5和6个微命令，则操作控制字段至少有（D）

7 ： 111 至少3 位

3 ： 11 至少2 位

12 ： 1100 至少 4 位

5 ： 101 至少 3 位

6 ：110 至少 3 位

3+2+4+3+3=15 ，选 D

不懂微程序控制，这题没法做，下面从 0 开始介绍相关的知识点：

它是将指令执行时的各个机器周期的微操作信号用组合/时序逻辑电路来实现：

速度快，但设计复杂繁项，适合于RISC结构

它是将机器指令根据其执行步骤分成若干条微指令，

指令执行时从控制存储器中依次取出这些微指令，发出指令所需要的全部微操作控制信号，从而完成指令的执行。

微程序控制器相对硬布线控制器速度慢，但设计比较规整，易于实现指令系统修改，适合于CISC结构。

一条机器机器指令对应一条微程序。

控制器的操作控制信号形成部件是由复杂的组合逻辑门电路和一些触发器构成，

因此又称为组合逻辑控制器，或常规逻辑控制器

根据指令的功能、当前的时序及外部和内部的状态情况，按时间的顺序发送一系列微操作控制信号。

特点：速度快，设计较为繁项、不规整，修改、扩充较难。

1 确定指令系统，包括每条指令的格式、 功能和导址方式，分配操作码。

2 围绕看指令系统的实现，确定CPU的内部结构，包括运算器的功能和组成，微程序控制器的结构、组成及各部件的连接方式和数据通路，时序系统的构成。

3 在以上基础上，分析每条指令的执行过程，画出指令系统的微程序流程图。

（这里就提到了两个指令： ADD 指令和 JMP 指令）

ADD指令：分为6个机器周期完成

JMP指令：分为4个机器周期完成

4 根据CPU的结构，写出每条微指令所发送的微操作控制信号序列。

取指令公操作 (# 代表 低电平有效)：

ADD指令：

JMP指令：

5 结合微程序控制器的结构、微操作控制信号序列和控制存储器容量，设计微指令格式。

6 分配微程序流程图中各微指令的微地址，并编写微程序指令代码。

7 将所有的微指令代码装入控制存储器的相应单元。

根据指令的操作码以及时序信号，产生取出指令和执行这条指令所需的各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，完成取出指令和执行指令的控制。

操作控制信号形成部件主要由以 下3个部件构成：

2. 下址字段产生：后继微地址由当前微指令的下址字段指定，用于微程序转移的场合。

条件/无条件转移、微子程序调用

3. 宏操作映射：由机器指令操作码产生该指令对应的微程序入口地址，主要用于指令译码。

实现方法：MAPROM或者逻辑电路

4. 微子程序返回地址：由微子程序寄存器和堆栈产生微子程序的返回地址，用于微子程序的返回。

如何确定下一条微指令的地址来源?

增加判别测试字段，用于指明后继微地址的来源。

（1）直接控制法

控制字段的编码方法：每一位代表一个微命令

（控制信号），编写微指令方法：直接控制

优点：无需译码，执行速度快：微程序较短。

缺点：微指令字长很长，占用控存容量大。

（2） 全译码方式

控制字段的编码方法：

优点：微指令字长很短。

缺点：并行操作能力弱，微程序很长，执行速度慢，一般用于垂直微指令格式。

（3）字段直接编译法

字段直接编译基本分段原则是：

相斥性微命令分在同一字段内，相容性微命令分在不同字段内。

24个控制信号中，将总线数据送目的部件（Bus->Object）的7个控制信号组成1个字段（BTO）编码和译码，

将部件数据送总线的4个控制信号组成1个字段（OTB）编码和译码 （Object->Bus）

11个控制信号：从直接控制的11位缩短到了字段直接译码的6位。

然后编写微程序

（4） 字段间接编码法

编码方法：

优点：进一步缩短微指令字长的一种编译法 。

用字段间接编译法， 重新定义微指令格式。

下列关于微处理器的描述中，哪个是正确的？ A

某计算机主存空间为4GB，字长为32位，按字节编址，采用32位定长指令字格式。

若指令按字 边界对齐存放，则程序计数器(PC)和指令寄存器(IR)的位数至少分别是( B )

4GB=4*2^{30} Byte =2^{32} Byte

一条指令为定长 32 位，IR 指令寄存器的位数就至少为 32 位

按照字节编制，PC 就是代表字节编址的地址，所以总主存总空间有多少个字节即可 ：

一个指令32 位，有4个字节，所以需要处以4 得到有多少个这样的字节。

2^{32}/4=2^{30} 所以选 B

存储字：

编址单位：

传输单位：

比如： 编址单位为字节，字长为32位存储字位数为16位， 但传输单位可以是8/16/24/32位

存储容量：

指存储器可容纳的二进制信息量，描述存储容量的单位是字节或位量化单位：

存储器芯片的存储量=存储元个数×每存诸单元的位数

主机中能对指令进行译码的部件是________A

A.控制器

B. ALU

C.运算器

D.存储器

某指令功能为R[r2]←R[r1]+M[R[r0]]，其两个源操作数分别采用寄存器、寄存器间接寻址方式。

对于下列给定部件，该指令在取数及执行过程中需要用到的是( A )

I.通用寄存器组( GPRs)

II.算术逻辑单元( ALU )

III.存储器( Memory )

IV.指令译码器( ID)

1 指令控制：

确保计算机指令按程序的顺序执行

2 操作控制：

一条指令的功能通常有若干个操作信号（微操作）组合起来实现

CPU控制这些微操作的产生、组合、传送和管理。

3 时间控制：

使各种微操作和指令的执行严格按照时间序列进行。

4 数据加工：

由运算器对数据进行算术运算和逻辑运算。

相对于微程序控制器，硬布线控制器的特点是（D）

下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是（D）

I.提高CPU时钟频率

II.优化数据通路结构

III.对程序进行编译优化

控制存储器可以用ROM实现？ A

A.对

B.错

控制存储器：简称控存，用于存放所有指令的微程序，其中一个存储单元存放一条微指令。一般为ROM。

若采用微程序控制方式,则可用 μPC 取代PC？ B

A.对

B.错

指令周期也称为CPU周期？ B

A.对

B.错

机器周期，又称为CPU周期，用于完成1次内存的读或写操作，或者1次ALU的运算，或者1次总线传送。

微程序控制方式和硬布线方式相比较,前者可以使指令的执行速度更快？ B

A.对

B.错

某计算机采用微程序控制器，共有32条指令，公共的取指令微程序包含2条微指令，各指令对应的微程序平均由4条微指令组成，采用断定法（下地址字段法）确定下条微指令地址，则微指令中下址字段的位数至少是（B）

2+4×32=130 条微指令

所以需要至少 8 个 bit 位的二进制表示，所以选 B

由指令译码器实现

就是根据指令操作码来产生该指令的微程序入口地址。

实现方法：

映射存储器 （MAPROM）：

把机器指令的操作码当做MAPROM的地址，读出的MAPROM的数据就是该指令对应的微程序入口地址。

（时序逻辑电路）

①采用MAPROM方法：

ADD的操作码=0101，入口地址=110，则在MAPROM的5号单元地址中写入6即可；

JMP的操作码=1000，入口地址=010，则在MAPROM的8号单元地址中写入2即可；

可以扩展指令条数到16条

逻辑电路：

逻辑电路的输入是机器指令的操作码，输出就是其微程序入口地址。

（组合逻辑电路）

②采用逻辑电路方法：

包含2条指令：

扩充到16条指令 ：

在微程序控制器中设置一个微程序计数器PC。

微指令的格式有两种：

B.判定方式 （下址字段法）

微指令格式中设置一个字段用来指明下一条要执行的微指令地址，所以也称为下址字段法。

优点：

缺点：

（1）水平型微指令

基本特征是：一条微指令能控制数据通路中多个功能部件并行操作。

优点：

缺点：

采用完全编码的方法，将一套微命令代码化构成微指令。因此，一条微指令只能控制1～2种微操作。

（2）垂直型微指令的格式

优点：比较直观，容易掌握和便于使用；微指令字短，减少了横向控制存储器的容量。

缺点：微指令要经过译码才能发出微命令，微指令的执行效率低，并行操作性比较差，增加了纵向微程序容量。