（一）课内习题 

1.请在括号内填入适当答案。在CPU中：

(1)保存当前正在执行的指令的寄存器是( IR );

(2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是( AR )

(3)算术逻辑运算结果通常放在( DR )和( 通用寄存器 )。

2.参见图5.1的数据通路。画出存数指令“STO R1，（R2）”的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送（R2）为地址的数存单元中。标出各位操作信号序列。

① 

② 

3.参见图5.1的数据通路。画出存数指令“LAD R3，（R0）”的指令周期流程图，其含义是将（R3）为地址数存单元的内容传送寄存器R0的数存单元中。标出各位操作信号序列。

 答：

4.假设主脉冲源频率为10MHz，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。

解：

5.如果在一个 CPU周期中要产生 3个节拍脉冲;Ti = 200ns, T2=400ns, T3=200ns, 试画出时序产生器逻辑图。

6.假设某机器有80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条取指微指令是所有指令公用的。已知微指令长度为32位,请估算控制存储器的容量。 

7.某ALU器件是用模式MS3S2S1C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。下表列出各条指令所要求的模式控制码，其中y为二进制变量， δ为0或1任选。

    试以指令码（A,B,H,D,E,F，G）为输入变量，写出控制参数M,S3,S2,S1，C的逻辑表达式。

解：

8.

答： 

9.画出例5.2中微地址转移逻辑设计电路图。

10.某计算机有如下部件,ALU,移位器,主存M,主存数据寄存器MDR,主存地址寄存器MAR,指令寄存器IR,通用寄存器R~R3,暂存器C和D。

(1)请将各逻辑部件组成一个数据通路,并标明数据流动方向。

(2)画出“ADD  R1,R2”指令的指令周期流程图。

 解：

11.已知某机采用微程序控制方式,控存容量为512 x 48位。微程序可在整个控存中实现转移,控制微程序转移的条件共4个,微指令采用水平型格式,后继微指令地址采用断定方式。请问：

(1)微指令的三个字段分别应为多少位?

(2)画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。

解：

（1） 

因为容量为512 x 48位,所以下址字段需用9位,控制微程序转移的条件有4个,所以判别测试字段需4位或(3位译码),因此操作控制字段的位数48-9-4=35位(或48-9-3=36位)  。

（2）微程序控制器逻辑框图参见下图：

12.今有4级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果四步操作。今假设完成各步操作的时间依次为 100ns,100ns,80ns,50ns 。

请问:(1)流水线的操作周期应设计为多少?

(2)若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么第二条指令要 推迟多少时间进行。

(3)如果在硬件设计上加以改进,至少需推迟多少时间?

答：

 （1）流水操作周期为max(100,100,80,50)=100ns

 （2）若相邻两条指令发生数据相关，而且在硬件上不采取措施，那么在第一条指令“送结果”步骤完成之后，第二条指令的“取数”步骤才能开始，即第二条指令要推迟两个操作周期，即200ns才能进行。

  （3）如果在硬件设计上加以改进，采用定向传送的技术，则只要第一条指令完成“运算”的步骤，第二条指令就可以开始“取数”步骤，因此至少推迟100ns。

13.指令流水线有取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)、写回寄存器(WB)五个过程段,共有20条指令连续输入此流水线。

(1)画出流水处理的时空图,假设时钟周期为100ns;

(2)求流水线的实际吞吐率(单位时间里执行完毕的指令数);

(3)求流水线的加速比;

答：

 14.用时空图法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。

答：​​​​​​​

15.用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。

解：

16.判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关。

17.参考图5.39所示的超标量流水线结构模型，现有如下6条指令序列。

解：