第五章 中央处理器

单选题单选题 1 一般机器周期的时间是根据 一般机器周期的时间是根据 来规定的 来规定的 主存中读取一个指令字的时间 主存中读取一个数据字的时间 主存中写入一个数据字的时间 主存中读取一个数据字的时间 正确答案 A 2 存放微程序的控制存储器称为 存放微程序的控制存储器称为 高速缓冲存储器 控制存储器 虚拟存储器 主存储器 正确答案 B 3 计算机操作的最小时间单位是 计算机操作的最小时间单位是 时钟周期 指令周期 CPU 周期 微指令周期 正确答案 A 4 以下叙述中正确描述的句子是 以下叙述中正确描述的句子是 同一个 CPU 周期中 可以并行执行的微操作叫相容性微操作 同一个 CPU 周期中 可以并行执行的微操作叫相交性微操作 同一个 CPU 周期中 可以并行执行的微操作叫相斥性微操作 同一个 CPU 周期中 可以并行执行的微操作叫排他性微操作 正确答案 A 5 在 在 CPU 中跟踪指令后继地址的寄存器是 中跟踪指令后继地址的寄存器是 MAR PC IR PSW 正确答案 B 6 同步控制是 同步控制是 只适用于 CPU 控制的方式 只适用于外围设备控制的方式 由统一时序信号控制的方式 所有指令执行时间都相同的方式 正确答案 C 7 下列部件中不属于控制器的是 下列部件中不属于控制器的是 IR 操作控制器 PC PSW 正确答案 D 判断题判断题 8 指令流水线中主要存在三种相关冲突 资源相关 数据相关及控制相关 指令流水线中主要存在三种相关冲突 资源相关 数据相关及控制相关 对 错 正确答案 对 9 微程序控制器属于存储逻辑型 以微程序解释执行机器指令 采用存储逻辑技 微程序控制器属于存储逻辑型 以微程序解释执行机器指令 采用存储逻辑技 术实现 术实现 对 错 正确答案 对 10 指令寄存器用于保存当前 指令寄存器用于保存当前 CPU 所要访问的内存单元的地址 所要访问的内存单元的地址 对 错 恭喜 答对啦恭喜 答对啦 11 程序计数器用于存放 程序计数器用于存放 CPU 正在执行的指令的地址 正在执行的指令的地址 对 错 正确答案 错 12 地址寄存器用于存放当前执行的指令码 供进行指令译码 地址寄存器用于存放当前执行的指令码 供进行指令译码 对 错 正确答案 错 13 时钟周期是 时钟周期是 CPU 处理操作的最大时间单位 处理操作的最大时间单位 对 错 正确答案 错 14 并发性指两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生 并发性指两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生 对 错 正确答案 对 15 微程序控制器的优点 规整性 灵活性 可维护性强 微程序控制器的优点 规整性 灵活性 可维护性强 对 错 正确答案 对 16 微操作是执行部件接受微命令后所进行的操作 是计算机硬件结构中最基本 微操作是执行部件接受微命令后所进行的操作 是计算机硬件结构中最基本 的操作 的操作 对 错 正确答案 17 微命令指控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令 是构成控制 微命令指控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令 是构成控制 信号序列的最小单位 信号序列的最小单位 对 错 正确答案 对 18 硬布线控制器的缺点 增加了到控存中读取微指令的时间 执行速度慢 硬布线控制器的缺点 增加了到控存中读取微指令的时间 执行速度慢 对 错 正确答案 错 填空题填空题 19 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 2 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是 3 算术逻辑运算结果通常放在和 正确答案 指令寄存器 IR 程序计数器 PC 通用寄存器 数据缓冲寄存器 DR 20 微程序控制器由 三大部分组成 其中 是 ROM 存储器 用来存放 正确答案 控制存储器 微指令寄存器 地址转移逻辑 控制存储器 微程序 21 并行处理技术主要有三种形式 并行 并行和 并行 正确答案 时间 空间 时间及空间 22 微指令格式中 微指令的编码通常采用以下三种方式 和 正确答案 直接表示法 编码表示法 混合表示法 23 在程序执行过程中 控制器控制计算机的运行总是处于 分析指 令和的循环当中 正确答案 取指令 执行指令 24 CPU 的四个主要功能是 和 正确答案 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 25 目前的 CPU 包括 和 CACHE 正确答案 控制器 运算器 26 CPU 从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫 它常用若干个 来表示 而后者又包含若干个 正确答案 指令周期 机器周期 时钟周期 27 由于数据通路之间的结构关系 微操作可分为和两种 正确答案 相容性 相斥性 28 微程序设计技术是利用方法设计的一门技术 具有规 整性 可维护性等一系列优点 正确答案 软件 控制器 灵活性 29 流水 CPU 中的主要问题是 相关 相关和 相关 正确答案 资源 数据 控制 30 硬布线器的设计方法是 先画出流程图 再利用写出 综合逻辑表达式 然后用等器件实现 正确答案 指令 周期 布尔 逻辑 代数 门电路和触发器 计算题计算题 31 在流水线浮点加法器中 假设有取指 译码 执行和回写四个过程段 每个 在流水线浮点加法器中 假设有取指 译码 执行和回写四个过程段 每个 过程段所需要的时间分别为 过程段所需要的时间分别为 T1 60ns T2 50ns T3 90ns T4 80ns 试 试 计算该加法器的加速比是多少 计算该加法器的加速比是多少 正确答案 该流水线时钟周期至少为 T 90ns 若采用非流水方式进行 则其所需 要的时间为 T1 T2 T3 T4 60 50 90 80 280ns 因此加速比 280 90 3 1 简答题简答题 32 解释机器指令和微指令的关系 解释机器指令和微指令的关系 正确答案 机器指令是控制计算机完成一个基本操作的命令 微指令则是控制部件 中一组实现一定操作功能的微命令的组合 在微程序控制器中 一条机器指令需要 由一组微指令组成的微程序来完成 即微程序完成对机器指令的解释执行 因此 一条机器指令对应多条微指令 33 计算机内有哪两股信息在流动 如何区分它们 计算机内有哪两股信息在流动 如何区分它们 正确答案 一股是控制信息 即操作命令 其发源地是控制器 流向各个部件 形 成指令流 一股是数据信息 它受控制信息的控制 从一个部件流向另一个部件 形成数据流 一般地 取指周期从内存读出的信息流是指令流 流向控制器 而执 行周期从内存读出或向内存写入的信息流是数据流 在内存和运算器之间交互 34 简述 简述 CPU 基本功能基本功能 正确答案 解 1 指令控制 程序的顺序控制 称为指令控制 2 操作控制 管理并产生每条指令的操作控制信号 并把操作控制信号送往相应 的部件 从而控制这些部件按指令的要求进行动作 3 时间控制 对各种操作实施时间上的定时 称为时间控制 4 数据加工 对数据进行算术运算和逻辑运算处理 35 简述什么是微指令 简述什么是微指令 正确答案 解 每个微周期的操作所需的控制命令构成一条微指令 微指令包含了若干微命令信息 36 简述什么是微命令 简述什么是微命令 正确答案 解 微命令指控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令 是构成控制信号序 列的最小单位 37 简述什么是指令周期 简述什么是指令周期 正确答案 解 指令周期是指取出并执行一条指令的时间 它由若干个 CPU 周期组成 38 简述什么是微程序控制器 简述什么是微程序控制器 正确答案 解 微程序控制器是采用微程序方式构成的控制器 以若干有序微指令组成的微程序解 释执行一条机器指令 它由控制存储器 微指令寄存器 地址转移逻辑等构成 应用题应用题 39 参见下图的数据通路 画出取数指令 参见下图的数据通路 画出取数指令 LDA R3 RO 的指令周期流程图的指令周期流程图 其含义是将 其含义是将 R3 为地址的主存单元的内容取至寄存器为地址的主存单元的内容取至寄存器 R0 中 标出各微操作控中 标出各微操作控 制信号序列 制信号序列 正确答案 解 LDA R3 RO 指令是一条取数指令 其指令周期流程图如下图 所示 40 参见下图的数据通路 画出存数指令 参见下图的数据通路 画出存数指令 STA R1 R2 的指令周期流程图 的指令周期流程图 其含义是将寄存器其含义是将寄存器 R1 的内容传送至 的内容传送至 R2 为地址的主存单元中 标出各微操作 为地址的主存单元中 标出各微操作 信号序列信号序列 正确答案 解 STAR1 R2 指令是一条存数指令 其指令周期流程图如下图所 示 41 设运算器结构如下图所示 设运算器结构如下图所示 IR 为指令寄存器 为指令寄存器 R1 R3 是三个通用寄存器 是三个通用寄存器 其中任何一个都可以作为源寄存器或目标寄存器 其中任何一个都可以作为源寄存器或目标寄存器 A 和和 B 是三选一多路开关 通是三选一多路开关 通 路的选择分别由路的选择分别由 AS0 AS1 和和 BS0 BS1 控制 控制 S1 S2 是是 ALU 的操作性质控制的操作性质控制 器 当器 当 S1S2 00 时 时 ALU 输出输出 B 01 时输出时输出 A B 10 时输出时输出 A B 11 时输出时输出 B 另有三条机器指令 另有三条机器指令 MOV 从源寄存器传送一个数到目标寄存器 从源寄存器传送一个数到目标寄存器 ADD 源寄存器内容于目标寄存器内容相加后送目标寄存器 和 源寄存器内容于目标寄存器内容相加后送目标寄存器 和 COM 源寄存器 源寄存器 内容取反后送目标寄存器 假设控存内容取反后送目标寄存器 假设控存 CM 仅有仅有 16 个单元 且只考虑运算器数据个单元 且只考虑运算器数据 通路的控制 请设计微指令格式 通路的控制 请设计微指令格式 正确答案 微指令参考格式如下 AS1 AS0 BS1 BS0 S2 S1 1 ALU BUS LDIR LDR1 LDR2 LDR3 P1 P2 A3 A3 位号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 42 流水线中有写后读 读后写和写后写三种数据相关冲突 试判断下面指令存 流水线中有写后读 读后写和写后写三种数据相关冲突 试判断下面指令存 在哪种类型的数据相关 在哪种类型的数据相关 I1 ADD R1 R2 R3 R2 R3 R1 I2 SUB R4 R1 R5 R1 R5 R4 正确答案 解 在 I2 指令进入流水线时 可能出现在 I1 指令写入 R1 前就读出 R1 内容 发生了 写后读相关 43 已知 已知 CPU 结构如下图所示 其中包括一个累加器结构如下图所示 其中包括一个累加器 AC 一个状态寄存器和其 一个状态寄存器和其 他几个寄存器 各部分之间的连线表示数据通路 箭头表示信息传递方向 试完成他几个寄存器 各部分之间的连线表示数据通路 箭头表示信息传递方向 试完成 以下工作 以下工作 写出图中四个寄存器写出图中四个寄存器 A B C D 的名称和作用 的名称和作用 简述完成指令简述完成指令 ADD Y 的数据通路 的数据通路 Y 为存储单元地址 本指令功能为为存储单元地址 本指令功能为 AC Y AC 正确答案 解答 A 数据缓冲寄存器 DR B 指令寄存器 IR C 主存地址寄存器 AR D 程序计数器 PC 操作的数据通路为 PC AR MM DR IR Y AR MAR MM DR MDR ALU ADD 控制 信号 AC 44 流水线中有三类数据相关冲突 写后读 流水线中有三类数据相关冲突 写后读 RAW 相关 读后写 相关 读后写 WAR 相 相 关 写后写 关 写后写 WAW 相关 判断以下三组指令各存在哪种类型的数据相关 相关 判断以下三组指令各存在哪种类型的数据相关 1 I1 LAD R1 A M A R1 M A 是存储器单元 是存储器单元 I2 ADD R2 R1 R2 R1 R2 2 I3 ADD R3 R4 R3 R4 R3 I4 MUL R4 R5 R4 R5 R4 3 I5 LAD R6 B M B R6 M B 是存储器单元 是存储器单元 I6 MUL R6 R7 R6 R7 R6 正确答案 解 1 写后读 RAW 相关 2 读后写 WAR 相关 但不会引起相关冲突 3 写后读 RAW 相关 写后写 WAW 相关 45 今有 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 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今假设完成各步操作的时间依次为 100ns 100ns 80ns 50ns 请问 请问 1 流水线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 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 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 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 如果在硬件设计上加以改进 至少需推迟多少时间 正确答案 解 1 流水线的操作时钟周期 t 应按四步操作中最长时间来考虑 所以 t 100ns 2 两条指令发生数据相关冲突情况 ADDR1 R2 R3 R2 R3 R1 SUBR4 R1 R5 R1 R5 R4 两条指令在流水线中执行情况如下表所示 ADD 指令在时钟 4 时才将结果写入寄存器 R1 中 但 SUB 指令在时钟 3 时就需读寄 存器 R1 了 显然发生数据相关 不能读到所需数据 只能等待 如果硬件上不 采取措施 第 2 条指令 SUB 至少应推迟 2 个操作时钟周期 即 t 2 100ns 200ns 3 如果硬件上加以改进 采取旁路技术 这样只需推迟 1 个操作时钟周期就能得到 所需数据 即 t 100ns 46 已知某机采用微程序控制方式 其控制存储器容量为 已知某机采用微程序控制方式 其控制存储器容量为 512 48 位位 微程 微程 序可在整个控制存储器中实现转移 可控制微程序转移的条件共序可在整个控制存储器中实现转移 可控制微程序转移的条件共 4 个 微指令采个 微指令采 用水平型格式 后继微指令地址采用断定方式 用水平型格式 后继微指令地址采用断定方式 请问请问 1 微指令中的三个字段分别应为多少位 微指令中的三个字段分别应为多少位 2 画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图 画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图 正确答案 解 l 假设判别测试字段中每一位作为一个判别标志 那么由于有