Lecture 19 中央处理机-微程序控制器 - 作业参考答案

1、n一台计算机，如果所有一台计算机，如果所有cache访问都命中的话，它的访问都命中的话，它的CPI是是2(每条指令每条指令2个时钟周期个时钟周期)。数据访问指令为。数据访问指令为store和和load，它们占一个程序中指令总数的它们占一个程序中指令总数的40%，不命中的损失是，不命中的损失是25个个时钟周期时钟周期(CPI为为27)，不命中率为，不命中率为2%，如果所有指令访问，如果所有指令访问cache时都命中时的机器速度是存在不命中时速度的多少时都命中时的机器速度是存在不命中时速度的多少倍？倍？解：解：全部命中：全部命中：CPI为为2存在不命中：存在不命中：40%2%27（1 40%2%）

2、22.2作业作业1919 1 1n一处理机中，有两个独立的存储器一处理机中，有两个独立的存储器IM（指令存储器）和（指令存储器）和DM（数（数据存储器）。已知指令存储器据存储器）。已知指令存储器IM最大容量为最大容量为14K字（字长字（字长18位，位，即指令长度即指令长度18位），数据存储器位），数据存储器DM最大容量为最大容量为16K字（字长字（字长16位）。指出下列各寄存器的位数：程序计数器位）。指出下列各寄存器的位数：程序计数器PC、指令寄存器、指令寄存器IR、累加器、累加器AC、通用寄存器、通用寄存器R0R3、指令存储器地址寄存器、指令存储器地址寄存器IAR，指令存储器数据寄存器，指令

3、存储器数据寄存器IDR，数据存储器地址寄存器，数据存储器地址寄存器DAR，数据存储器数据寄存器数据存储器数据寄存器DDR。解：程序计数器解：程序计数器PC14位指令寄存器位指令寄存器IR18位位累加器累加器AC16位通用寄存器位通用寄存器R0R316位位指令存储器地址寄存器指令存储器地址寄存器IAR14位位指令存储器数据寄存器指令存储器数据寄存器IDR18位位数据存储器地址寄存器数据存储器地址寄存器DAR14位位数据存储器数据寄存器数据存储器数据寄存器DDR16位位19-2 某计算机采用某计算机采用16 位定长指令字格式，其位定长指令字格式，其CPU 中有一个标志寄存器中有一个标志寄存器，其中

4、包含进位，其中包含进位/借位标志借位标志CF、零标志、零标志ZF 和符号标志和符号标志NF。假定为该。假定为该机设计了条件转移指令，其格式如下：机设计了条件转移指令，其格式如下：15 11 10 9 8 7 0 0 0 0 0 0 C Z N OFFSET其中，其中，00000为操作码为操作码OP；C、Z和和 N分别为分别为CF、ZF和和NF的对应检的对应检测位，某测位为测位，某测位为1时表示需检测对应标志，需检测的标志位中只要有时表示需检测对应标志，需检测的标志位中只要有一个为一个为1就转移，否则就不转移，例如，若就转移，否则就不转移，例如，若 C=1，Z=0，N=1，则需，则需检测检测CF

5、和和NF的值，当的值，当 CF=1或或NF=1时发生转移；时发生转移；OFFSET是相对偏是相对偏移量，用补码表示。转移执行时，转移目标地址为移量，用补码表示。转移执行时，转移目标地址为(PC)+2+2OFFSET；顺序执行时，下条指；顺序执行时，下条指 令地址为令地址为(PC)+2。请回。请回答下列问题。答下列问题。(1)该计算机存储器按字节编址，还是按字编址？该条件转移指令向该计算机存储器按字节编址，还是按字编址？该条件转移指令向后后(反向反向)最多可跳转最多少条指令？最多可跳转最多少条指令？(2)某条件转移指令的地址为某条件转移指令的地址为200CH，指令内容如下图所示，若该执，指令内容

6、如下图所示，若该执行时行时CF=0，ZF=0，NF=1，则该指令执行后，则该指令执行后PC的值是多少？若该指的值是多少？若该指令执行时令执行时CF=1，ZF=0 Z，NF=0，则该指令执行后，则该指令执行后PC的值又是多少的值又是多少？请给出计算过程。？请给出计算过程。 15 11 10 9 8 7 0 0 0 0 0 0 0 1 1 11100011 (3)实现实现“无符号数比较小于等时转移无符号数比较小于等时转移”功能的指令中，功能的指令中， C、Z和和 N应各应各是什么是什么 ？(4)以下是该指令对应的数据通路示意图，要求给出中部件以下是该指令对应的数据通路示意图，要求给出中部件 的名的

7、名称或功能说明。称或功能说明。(1)该计算机存储器按字节编址，还是按字编址？该条件转移指令向后该计算机存储器按字节编址，还是按字编址？该条件转移指令向后(反向反向)最多最多可跳转最多少条指令？可跳转最多少条指令？按字节，因为无跳转时执行按字节，因为无跳转时执行PC+2，而指令长度为，而指令长度为2字节，可知每字节一个地址字节，可知每字节一个地址OFFSET为为8位补码表示，取值位补码表示，取值-128127，反向最远时取，反向最远时取-128，(PC)+2+2OFFSET，除当前指令外，还可向上跳转，除当前指令外，还可向上跳转127条指令。条指令。(2)某条件转移指令的地址为某条件转移指令的地

8、址为200CH，指令内容如下图所示，若该执行时，指令内容如下图所示，若该执行时CF=0，ZF=0，NF=1，则该指令执行后，则该指令执行后PC的值是多少？若该指令执行时的值是多少？若该指令执行时CF=1，ZF=0 Z，NF=0，则该指令执行后，则该指令执行后PC的值又是多少？请给出计算过程。的值又是多少？请给出计算过程。 15 11 10 9 8 7 0 0 0 0 0 0 C Z N OFFSET 0 0 0 0 0 0 1 1 11100011 NF=1，需要，需要 跳转，跳转， OFFSET补补=11100011B ，则，则OFFSET=-00011101B， 2* OFFSET= -

9、00111010B=-3AH PC= (PC)+2+2OFFSET=200EH+(-3AH)=1FD4H ZF=0 Z，NF=0，不需要跳转，不需要跳转， PC= (PC)+2=200EH(3)实现实现“无符号数比较小于等时转移无符号数比较小于等时转移”功能的指令中，功能的指令中， C、Z和和 N应各是什么应各是什么 ？ C=1, Z=1, N=0(4)以下是该指令对应的数据通路示意图，要求给出中部件以下是该指令对应的数据通路示意图，要求给出中部件 的名称的名称或功能说明。或功能说明。 1：指令译码器：指令译码器(指令寄存器指令寄存器) 2：乘法器：乘法器(或者或者1位算术左移电路位算术左移电

10、路)，计算，计算OFFSET*2 3：加法器，：加法器， OFFSET*2 +PC+2作业作业1919 3 3n某机采用微程序控制方式，微指令字长某机采用微程序控制方式，微指令字长24位，采用水平型编码控制的微指令位，采用水平型编码控制的微指令格式，段定方式。共有微命令格式，段定方式。共有微命令30个，构成个，构成4个相斥类，各包含个相斥类，各包含5个，个，8个，个，14个和个和3个微命令，外部条件个微命令，外部条件3个。个。n（1）控制存储器的容量应为多少？）控制存储器的容量应为多少？n（2）设计出微指令的具体格式。）设计出微指令的具体格式。解：解：(1)3 3位位4 4位位4 4位位2 2

11、位位3 3位位8 8位位控制字段测试段下址字段控制字段测试段下址字段下址字段下址字段8 8位，访存空间位，访存空间2 28 8，控存每单元为，控存每单元为2424位，所以容量位，所以容量为：为：2 28 824/824/8字节字节2562563 3字节字节2 2位位9 9位位作业作业1919 4 4n设某计算机的设某计算机的CPU结构如下图所示。结构如下图所示。A、B、C均为均为8位寄存器，它们位寄存器，它们的输入和输出控制信号分别为的输入和输出控制信号分别为INA,INB,INC,OUTA,OUTB,OUTC; A、C还可以级联右移，其移位控制信号为还可以级联右移，其移位控制信号为SHTAC

12、；A的清空控制信号为的清空控制信号为CLAA，D为计数器，其置数控制信号为为计数器，其置数控制信号为SETD，减，减1计数器控制信计数器控制信号为号为DECD；Z和和S为状态信号，当为状态信号，当D0时，时，Z1，S为为C寄存器最低寄存器最低位；为位；为ALU的加法控制信号。的加法控制信号。该计算机采用微程序控制，微指令格式为该计算机采用微程序控制，微指令格式为155位位:CF, 43位：位：BCF，20位位:BAF其中其中CF为控制字段，采用直接控制法，控制信号从高到低位顺序为为控制字段，采用直接控制法，控制信号从高到低位顺序为OUTA，OUTB，OUTC，INA，INB，INC，CLRA，

13、SETD，DECD，SHTACBCF为顺序控制字段，含义为：为顺序控制字段，含义为：00：BAF为转移地址，为转移地址，01：测试：测试Z，10：测试：测试S取指微程序从取指微程序从0000B开始。开始。设设B，C分别存放乘数和被乘数，且为无符号定点小数。分别存放乘数和被乘数，且为无符号定点小数。（1）编制实现）编制实现BCBC（B存放高位积）的微程序存放高位积）的微程序n解：根据题意，解：根据题意，BCBC的操作流程和微程序流程为的操作流程和微程序流程为n解：根据题意，解：根据题意，BCB的操作流程和微程序流程为的操作流程和微程序流程为n解：根据题意，解：根据题意，BCB的操作流程和微程序流

14、程为的操作流程和微程序流程为有两处条件判断，用断定方式。BCF01时，让uA0=ZBCF10时，让uA0=S为将这两种情况的转移地址分开，让uA2,uA1=BCFBCF=00时，BAF即为下址则各微指令的地址和地址字段为：n解：根据题意，解：根据题意，BCB的操作流程和微程序流程为的操作流程和微程序流程为有两处条件判断，用断定方式。BCF10时，让uA0=SBCF01时，让uA0=Z为将这两种情况的转移地址分开，让uA2,uA1=BCFBCF=00时，BAF即为下址则各微指令的地址和地址字段为：1011011001000110110100100011101110001010XXX0011000

15、1000011101XXX00000n解：根据题意，解：根据题意，BCB的操作流程和微程序流程为的操作流程和微程序流程为有两处条件判断，用断定方式。BCF01时，让uA0=ZBCF10时，让uA0=S为将这两种情况的转移地址分开，让uA2,uA1=BCFBCF=00时，BAF即为下址则各微指令的地址和地址字段为：1011011001000110110100100011101110001010XXX00110001000011101XXX00000OUTAOUTBOUTCINAINBINCCLRASETDDECDSHTACBCFuA2uA1uA000000100000001100000100100000000000010XXX0111000100000000000100000