CPU习题课练习Word格式文档下载.docx
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A∑,B∑,+,S选∑,CPA
实现A+BB的操作：
A∑,B∑,+,CPB
（3）影响加法速度的关键因素是进位信号的传递问题，所以估算加法执行时间要看∑加法器采用何种进位方式，分析进位信号的产生时间。
2、四位运算器框图如图2所示。
ALU为算术逻辑单元，A和B为三选一多路开关，预先已通过多路开关A的SW门向寄存器R1、R2送入数据如下，R1=0101，R2=1010，寄存器BR输出端接四个发光二极管进行显示，其运算过程依次如下：
显示灯
（1）R1（A）+R2（B）BR（1010）；
（2）R2（A）+R1（B）BR（1111）；
（3）R1（A）+R1（B）BR（1010）；
（4）R2（A）+R2（B）BR（1111）；
（5）R2（A）+BR（B）BR（1111）；
（6）R1（A）+BR（B）BR（1010）；
试分析运算器的故障位置，说明理由。
BR
LDBRBUS
ALU
74181
S3
S2M
S1CS
S0
011011
AS0ADCBDCBS0
AS1BS1
R1R2BRR1R2BR
R1
LDR1
图2
运算器的故障位置在多路开关B，其输出始终为R1的值。
分析如下：
（1）R1（A）+R2（B）=1010，输出结果错
（2）R2（A）+R1（B）=1111，结果正确，说明R2（A），R1（B）无错
（3）R1（A）+R1（B）=1010，结果正确，说明R1（A），R1（B）无错
由此可断定ALU和BR无错
（4）R2（A）+R2（B）=1001，结果错，由于R2（A）正确且R2（A）=1010
推知R2（B）=0101，显然多路开关B有问题
（5）R2（A）+BR（B）=1111，结果错，由于R2（A）=1010，BR（B）=1111，
但现推知BR（B）=0101，证明开关B输出有错
（6）R1（A）+BR（B）=1010，结果错，由于R1（A）=0101，本应BR（B）
=1111，但现推知BR（B）=0101，证明开关B输出有错
综上所述，多路开关B输出有错。
故障性质：
多路开关B输出始终为0101，这有两种可能：
一是控制信号BS0，BS1始终为01，故始终选中寄存器R1；
二是多路开关B电平输出始终嵌在0101上。
3、某运算部件的基本结构如图3所示，假定此部件只有加（+）和减（-）两种基本操作，要求：
（1）给出运算部件的所有微命令。
（2）指出哪些微命令是相容的，哪些是相斥的？
（3）试用位数最少的操作控制字段来表示全部微命令。
+
-
X
Y
R2
ALUDBUS
图3
（1）运算部件的微命令如下图所示。
R2Y
R1Y
R1X
DBUSR1
DBUSR2
（2）R2Y与R1Y是相斥的；
+与-是相斥的；
DBUSR1与DBUSR2是相容的；
R1X与R2Y是相容的。
（3）微命令采用字段直接编码法。
DBUSR1与DBUSR2在指令的执行过程中不会同时出现，可以将它们放在同一字段，用2位来控制。
+与-也是相斥的，放在同一字段，用2位来控制，但由于能放在同一字段的微命令只有2位，采用直接控制法也只需用2位，所以采用直接控制。
根据以上分析，操作控制字段共有8个微命令，全部采用直接控制方式。
4、图4所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自增功能），M为主存（受R/W信号控制），AR为主存地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器。
ALU由加减控制信号决定完成何种操作。
控制信号G控制的是一个门电路。
另外，线上标注有控制信号，例如Yi表示Y寄存器的输入控制信号，R1o表示寄存器R1的输出控制信号。
未标注的线为直通线，不受控制。
现有“ADDR2,R0”指令完成（R0）+（R2）→ R0的功能操作。
请画出该指令的指令周期流程图，并列出相应的微命令控制信号序列。
假设该指令的地址已放入PC中。
图4
ADD指令是加法指令，参与运算的二数放在R0和R2中，相加结果放在R0中。
指令周期流程图如下图所示，包括取指令阶段和执行指令阶段两部分。
每一方框表示一个CPU周期。
其中框内表示数据传送路径，框外列出微操作控制信号。
PC→AR
DR→IR
PCo,GARi
M→DR
取
指R/W=1
DRo,G,IRi
R2→Y
R2o,G
R0→X
执R0o,G
R0+R2→R0
行
+，G,R0i
5、一台处理机具有如下指令格式
２位６位 ３位 ３位
X
OP
源寄存器
目标寄存器
地 址
格式表明有８个通用寄存器（长度16位），X指定寻址模式，主存实际容量为256k字。
假设不用通用寄存器也能直接访问主存中的每一个单元，并假设操作码域OP=6位，请问地址码域应分配多少位？
指令字长度应有多少位？
假设X=11时，指定的那个通用寄存器用做基值寄存器，请提出一个硬件设计规划，使得被指定的通用寄存器能访问1M主存空间中的每一个单元。
（１）因为218=256K，所以地址码域＝18位,操作码域＝6位
指令长度＝18+3+3+6+2=32位
（２）此时指定的通用寄存器用作基值寄存器（16位），但16位长度不足以覆盖1M字地址空间，为此将通用寄存器左移，４位低位补0形成20位基地址。
然后与指令字形式地址相加得有效地址，可访问主存1M地址空间中任何单元。
6、某计算机有8条微指令I1—I8，每条微指令所包含的微命令控制信号见下表所示，a—j分别对应10种不同性质的微命令信号。
假设微指令的控制字段仅限8位，请安排微指令的控制字段格式。
微指令的控制字段为8位。
根据10个微命令的兼容性和互斥性，分成3组。
分别为2位、2位和4位的小字段。
每个2位的组是3个微命令的编码，需译码。
4位的组每位是1个微命令，不需译码。
本题可以有以下4种不同的解答。
⑴互斥的d，h，i为一组。
互斥的e，f，j为
一组。
其余的a，b，c，g为一组。
⑵互斥的b，i，j为一组。
互斥的e，f，h为
其余的a，c，d，g为一组。
⑶互斥的b，g，j为一组。
互斥的f，h，i为一组。
其余的a，c，d，e为一组。
⑷互斥的b，g，j为一组。
互斥的e，f，h为一组。
其余的a，c，d，i为一组。
7、设某一微操作控制信号C1既发生在指令1（设操作码OP为I1I2=11）的节拍电位M3、节拍脉冲T1时间，也发生在指令2（设OP为I1I2=01）的节拍电位M2节拍脉冲T2时间，写出Ci的逻辑表达式，并表示在如图所示的GAL器件中。
（1）C1=I1I2M3T1+I1I2M2T2
（2）画图
8、CPU数据通路为双总线结构，如图所示。
图中：
ALU:
运算器IR:
指令寄存器
RA:
ALU的输入寄存器PC:
程序计数器R1~R4:
程序员可用通用寄存器MAR:
存储器地址寄存器MDR:
存储器数据寄存器
（1）画出修正错误后的连线图。
（2）描述指令ADDaddr,R1（功能是R1+（addr）addr）的执行过程。
PC
IR
MDR
M
MAR
RA
R3
R4
32
（1）画图
（2）指令ADDaddr,R1的执行过程
PCMAR;
MMDR;
MDRIR;
IR（addr）MAR;
MDRRA
R1MDR;
+;
ADDMDR;
addrMAR;
MDRM
其中前3条微指令用来取指令；
第4、5、6条微指令用来将IR地址部分给出的直接地址addr的内容送入RA；
第9条微指令实现加法并将结果送入MDR；
第11条微指令将加法结果送回addr的存储器。
9、某计算机的数据通路如下图所示，其中M—主存，MBR—主存数据寄存器，MAR—主存地址寄存器，R0-R3—通用寄存器，IR—指令寄存器，PC—程序计数器（具有自增能力），C、D--暂存器，ALU—算术逻辑单元（此处做加法器看待），移位器—左移、右移、直通传送。
所有双向箭头表示信息可以双向传送。
请按数据通路图画出“ADD（R1），（R2）”指令的指令周期流程图。
该指令的含义是两个数进行求和操作。
其中源操作地址在寄存器R1中，目的操作数寻址方式为自增型寄存器间接寻址（先取地址后加1）。
“ADD（R1），（R2）+”指令是SS型指令，两个操作数均在主存中。
其中源操作数地址在R1中，所以是R1间接寻址。
目的操作数地址在R2中，由R2间接寻址，但R2的内容在取出操作数以后要加1进行修改。
指令周期流程图如下：
（每个步骤1分）
10、某指令系统指令字长为20位，具有双操作数、单操作数和无操作数3种指令格式，每个操作数地址规定用6位二进制表示，当双操作数指令和单操作数指令条数均取最大值时，这3种指令最多可能拥有的指令数各是多少？
按控制操作码的思想来设计，双操作数指令条数最大为28-1＝255条，单操作数指令条数最大为63条，无操作数指令条数最大为64条。
00000000×
×
×
………255条二地址指令
11111110×
11111111000000×
………63条一地址指令
11111111111110×
11111111111111000000
………64条零地址指令
11111111111111111111
11、单总线CPU结构如图所示，其中有运算部件ALU、寄存器Y和Z，通用寄存器R0～R3、指令寄存器IR、程序计数器PC、主存地址寄存器MAR和主存数据寄存器MDR等部件。
试拟出转移指令JMP
#A的读取和执行流程。
（1）PCMAR PC+1PC
（2）DBUSMDR，MDRIR
（3）PCYIR（地址段）+YZ ZPC
12、假设某机器有86条指令，平均每条指令由12条微指令组成，其中一条是取指微指令，是公用的，已知微指令字长48位，请问控制存储器的容量需多大？
共有微指令（12-1）×
86＋1＝947条，控存的容量为947×
48bit。
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