第6章习题讲评(第3版)

1、计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评计算机组成原理计算机组成原理习题串讲习题串讲计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评6-7 以一条典型的单地址指令为例，简要说明以一条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期下列部件在计算机的取指周期和执行周期中的作用。中的作用。 程序计数器程序计数器PC； 指令寄存器指令寄存器IR； 算术逻辑运算部件算术逻辑运算部件ALU； 存储器数据寄存器存储器数据寄存器MDR； 存储器地址寄存器存储器地址寄存器MAR。计算机组成原理计算机组

2、成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评程序计数器程序计数器PC，存放指令地址；，存放指令地址；指令寄存器指令寄存器IR，存放当前指令；，存放当前指令；算术逻辑运算部件算术逻辑运算部件ALU，进行算逻运算；，进行算逻运算；存储器数据寄存器存储器数据寄存器MDR，存放写入或读出，存放写入或读出的数据的数据/指令；指令；存储器地址寄存器存储器地址寄存器MAR，存放写入或读出，存放写入或读出的数据的数据/指令的地址。指令的地址。 以单地址指令加以单地址指令加1为例（为例（INC A），该），该指令分为三个周期：取指周期、分析周期、指令分为三个周期：取指周期、分析周期、执行

3、周期。执行周期。计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评 取指周期取指周期 分析周期分析周期 执行周期执行周期PC PC (PC)MAR(PC)MAR - - - -IR IR 指令指令MDRIRMDRIR - - - -ALU ALU (PC)+1(PC)+1 - - (A)+1(A)+1MAR MAR 指令地址指令地址MARMAR AMARAMAR - -MDR MDR 指令指令MDRMDR (A)MDR(A)MDR (A)+1MDR(A)+1MDR计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评6

4、-9 指令和数据都存放在主存，如何识别从主指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？存储器中取出的是指令还是数据？ 指令和数据都存放在主存，它们都以二进指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方式：制代码形式出现，区分的方式：从主存中取出的机器周期不同从主存中取出的机器周期不同 取指周期取出的是指令，取指周期取出的是指令， 分析或执行周期取出的是数据分析或执行周期取出的是数据。取指令和数据时地址的来源不同取指令和数据时地址的来源不同 指令地址来源于程序计数器，指令地址来源于程序计数器， 数据地址来源于地址形成部件数据地址来源于地址形成部件。计算机组成原

5、理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评6-12 某计算机的某计算机的CPU内部结构如图示。两组总内部结构如图示。两组总线之间的所有数据传送通过线之间的所有数据传送通过ALU。ALU还具还具有完成以下功能的能力：有完成以下功能的能力： F=A F=B F=A+1 F=B+1 F=A-1 F=B-1 写出转子指令（写出转子指令（JSR）的取指和执行周）的取指和执行周期的微操作序列。期的微操作序列。JSR指令占两个字，第一指令占两个字，第一个字是操作码；第二个字是子程序的入口地个字是操作码；第二个字是子程序的入口地址。返回地址保存在存储器堆栈中，堆栈指址。返回

6、地址保存在存储器堆栈中，堆栈指示器始终指向栈顶。示器始终指向栈顶。计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评IRMDRMARPCSPYALUABF计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评 JSR指令占两个字。第一个字是操作码；指令占两个字。第一个字是操作码；第二个字是子程序的入口地址。第二个字是子程序的入口地址。操作码操作码子程序入口地址子程序入口地址指令需分两次取出。指令需分两次取出。计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评 PCout，F=B，

7、MARin，Read； PCout， F=B+1， PCin，Wait； MDRout，F=B，IRin； PCout， F=B，MARin，Read； PCout， F=B+1， PCin，Wait； MDRout，F=B，Yin； SPout， F=B-1，SPin， MARin； PCout，F=B，MDRin，Write； Yout，F=A，PCin End取指令的取指令的第一个字第一个字取指令的取指令的第二个字第二个字返回地址返回地址压入堆栈压入堆栈子程序的首地址子程序的首地址PC计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评 6-13 某

8、机主要部件如图所示。某机主要部件如图所示。 请补充各部件间的主要连接线，并注明请补充各部件间的主要连接线，并注明数据流动方向。数据流动方向。 拟出指令拟出指令ADD (R1),(R2)+的执行流程的执行流程（含取指过程与确定后继指令地址）。该（含取指过程与确定后继指令地址）。该指令的含义是进行加法操作，源操作数地指令的含义是进行加法操作，源操作数地址和目的操作数地址分别在寄存器址和目的操作数地址分别在寄存器R1和和R2中，目的操作数寻址方式为自增型寄存器中，目的操作数寻址方式为自增型寄存器间址。间址。计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评其中

9、：其中：LA A输入选择器输入选择器 LB B输入选择器输入选择器 C、D 暂存器暂存器IR,MARC,R0R3PC,MDRD,R0R3移位器移位器LALBIRPCCDR0MDRMARMR1R2R3ALU+1计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院(R1)+(R2) (R2)(R2) +1 R2习题讲评习题讲评(PC) MARRead(MAR)MDRIR(PC)1PC(R1)MARRead(MAR)MDRC指令指令ADD (R1),(R2)+源操作数源操作数地址地址目的操作数目的操作数地址地址取指令取指令取被加数取被加数计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大

10、学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评(R2)MARRead(MAR)MDRD(R2)+1 R2C+D MDRWriteMDR(MAR)取加数取加数修改目的地址修改目的地址求和并保存结果求和并保存结果计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评6-20 某机有某机有8条微指令条微指令I1I8，每条微指令所含，每条微指令所含的微命令控制信号如下表所示：的微命令控制信号如下表所示：微指微指令令微命令信号微命令信号abcdefghijI1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大

11、学计算机学院习题讲评习题讲评 aj分别代表分别代表10种不同性质的微命种不同性质的微命令信号，假设一条微指令的操作控制字令信号，假设一条微指令的操作控制字段为段为8位，请安排微指令的操作控制字段位，请安排微指令的操作控制字段格式，并将全部微指令代码化。格式，并将全部微指令代码化。计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评 本系统中有本系统中有10种不同性质的微命令信种不同性质的微命令信号，但一条微指令的操作控制字段只有号，但一条微指令的操作控制字段只有8位，位，所以不能采用直接控制法。所以不能采用直接控制法。 微指令中有多个微命令是兼容的微命微指

12、令中有多个微命令是兼容的微命令，必须同时出现，如微指令令，必须同时出现，如微指令I1中的中的ae，故也不可以采用最短编码法。故也不可以采用最短编码法。 将互斥的微命令安排在同一组内，兼将互斥的微命令安排在同一组内，兼容的微命令安排在不同的组内。容的微命令安排在不同的组内。 最终选用字段编码法和直接控制法相最终选用字段编码法和直接控制法相结合的方法。结合的方法。计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评字段字段100 00 无无01 b01 b i i11 j11 j字段字段200 00 无无01 e01 e f f11 h11 h译码器译码器译码器译码器字段字段1字段字段2a ac cd dg gb b i i j je e f f h h无无无无I1：11100101I2：10110010I3：00000111I4：01000000I5：01011001I6：10001111I7：01100011I8：10000111计算机组成原理计算机组成原理 北京理工大学计算机学院北京理工大学计算机学院习题讲评习题讲评 6-21 在微程序控制器中，微程序计数器在微程序控制器中，微程序计数器 PC可以用具有加可以用具有加1功能的微地址寄存器功能的微地址寄存器 MAR来代替，试问程序计数器来代替，试问程序计数器