组成原理复习题11.docx

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组成原理复习题11

1.名词解析3*3=9

缩写———全称————中文：

PLA：

可编程逻辑阵列ProgrammableLogicArray

PAL：

可编程阵列逻辑ProgrammableArrayLogic

GAL：

通用阵列逻辑GenericArrayLogic

ALU：

算术逻辑单元（Arithmetic&logicalUnit）是中央处理器（CPU）的执行

单元//。

ALUArithmeticLogicUnit算术逻辑运算单元为运算器的

核心部件其功能是进行算术、逻辑运算。

CPU：

中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）是一块超大规模的集成

电路，是一台计算机的运算核心和控制核心

RISC：

RISC的英文全称是ReducedInstructionSetComputer，中文是精简指

令系统计算机。

CISC：

CISC（ComplexInstructionSetComputer）复杂指令系统计算机

微程序：

是实现程序的一种手段，具体就是将一条机器指令编写成一段微程

序。

每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一条或多

条微操作//存储在控制存储中的完成指令功能的程序，由微指令组

成

微操作：

在微程序控制器中，执行部件接受微指令后所进行的操作

微操作字段:

形式地址：

指令字结构中给定的地址量

有效地址:

有效地址EA是一16位无符号数，表示操作数所在单元到段首的

距离即逻辑地址的偏移地址

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容性微操作//在同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作

相斥性微操作：

同一个CPU周期中,不可以并行执行的微操作叫相容性微操作//不能在同时或不能在同一个CPU周期内并行执行的微操作

P261加减交替法:

不恢复余数法运算规则

加减交替法的规则是：

当余数为正时，商“1”，余数左移一位

减除数；当余数为负时，商“0”，余数左移一位，加除数。

存储地址:

存储单元一般应具有存储数据和读写数据的功能，一般以8位二进

制作为一个存储单元，也就是一个字节。

每个单元有一个地址，是一

个整数编码，可以表示为二进制整数，那就是存储地址

2.选择题3*10=30

3.填空题

（1）BCDP215

例：

001010001001=（289）BCD

（256）BCD=001001010110

（2）三态门：

P67

高电平1

低电平0

高阻态（悬空）：

可理解为开路，电阻无限大

（3）AM2901

运算器（算术/逻辑运算）

定序器（确定微指令地址）

（4）CPU寄存器P338

（5）浮点加减运算/补码

4.简答题20

例：

组合逻辑控制和微程序的区别

共同点：

①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制

信号；

②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；

③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。

　　不同点：

主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案

不一样。

微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令

执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过

一个微指令寄存器送到被控制部件。

组合逻辑控制器是用节

拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提

供的控制信号。

　　微程序的控制器的优点:

是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。

　　组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA工具的成熟，该缺点已得到很大缓解

例：

AM2901的作用

例：

什么叫指令周期

CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间

5.综合题11+8

（1）例7.4P323例7.5P324

（2）P422

例题

（1）形式地址第7章

直接寻址方式，有效地址是？

EA=A有效地址由形式地址直接给出

间接寻址方式，有效地址是？

EA=（A）有效地址由形式地址间接提供

相对寻址方式，有效地址是？

[PC]+偏移量

（2）浮点数规格化的原则：

P230

R=2时左规：

尾数左移一位，阶码减1

右规：

尾数右移一位，阶码加1

R=4时左规：

尾数左移两位，阶码减1

右规：

尾数右移两位，阶码加1

R=8时左规：

尾数左移三位，阶码减1

右规：

尾数右移三位，阶码加1

（3）运算器：

算术运算器，逻辑运算器

（4）AM2901是运算器部件，它的功能是算术运算，逻辑运算

AM2901是定序器，它的功能是确定微指令的地址

（5）根据操作数的位置，指出寻址方式

操作数在寄存器，称为寄存器寻址

操作数的地址在寄存器，称为寄存器间接寻址

操作数在指令中，称为立即寻址

操作数的地址在指令中，称为直接寻址

（6）补码做加法溢出P238

一位符号位

两位符号位

（7）规格化浮点数的判定规则P230

尾数绝对值大于等于0.5，小于1

（8）所谓寻址方式是：

寻找操作数的有效地址

（9）P344

计算机中存放指令/地址的寄存器，叫程序计数器（PC），在取指令之前，首先要把PC的内容送到MAR寄存器，然后有CPU发出该命令，把指令从地址寄存器所指令的内存存储单元中取出来，递到CU的IR寄存器

（10）控制器的设计方法：

组合逻辑设计和微程序设计

（11）影响（并行，串行，分组）加法器运算的因素：

传递和进位

（12）（微指令）计算机控制寄存器CM存放全部微程序P404

第6章求最大正数与最大负数

（13）P314

什么叫寻址方式？

什么叫基址寻址？

基址寻址需设有基址寄存器BR,其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器的内容相加。

//将CPU中基址寄存器的内容，加上指令格式中的形式地址而形成操作数的有效地址

（14）P379

控制器在生产各种控制按照时序原则

（15）P411

微指令分为

水平：

同时执行多个，更快

垂直：

水平和垂直的相同?

优缺点？

不同?

（16）寄存器的作用

CPU有哪些寄存器/功能

（18）计算机实现乘法运算一般可以用软件，硬件，微码控制三种方式，以上三种方式的基本原理；各种方式需要配置的硬件设备，以及速度的比较

（19）指令，数据存放在？

内存中

区分：

数据流向

取值周期从内存中读取信息流，流向控制器（指令）

执行周期从内存中读取的信息流，流向运算器（数据）

//计算机可以从时间和空间两方面来区分指令和数据，在时间上，取指周期从内存中取出的是指令，而执行周期从内存取出或往内存中写入的是数据，在空间上，从内存中取出指令送控制器，而执行周期从内存从取的数据送运算器、往内存写入的数据也是来自于运算器。

（20）下一条微指令地址，有那些方式可以产生？

计数器方式----与用程序计数器产生机器指令地址的方式相类似。

在顺序执行微指令时，后续微指令地址由现行微指令加上一个增量来产生；在非顺序执行微指令时，必须在执行现行指令后，转去执行指定后续微指令地址的下一条微指令。

一般用在微地址产生机构比较简单且微指令中顺序控制字段较短的场合。

增量方式与断定方式的结合----微指令的顺序控制字段分成两部分，即条件选择字段与转移地址字段。

由这两个字段结合，当转移条件满足时，将转移地址字段作下一个微地址；若无转移要求，则直接从微程序计数器中取得下一条指令。

一般用于微指令执行时，需要外部判断条件的场合。

　　多路转移方式----也称为断定方式。

这种方式中，当微程序不产生分支时，后续微地址直接由微指令的顺序控制字段给出；否则有若干个后续地址可以选择，此时必须由顺序控制字段的"判别测试"和"状态条件"信息来选择其中一个微地址。

一般用于有多个转移条件且可以使用组合逻辑设计转移地址逻辑的场合。

（21）指令周期，执行周期，节拍周期=时钟周期

（22）简单叙述定点数溢出判断

（1）一位符号位判断溢出

对于加法，只有在正数加正数和负数加负数两种情况下才可能出现溢出，符号不同的两个数相加是不会溢出的；对于减法，只有在正数减负数或负数减正数两种情况下才可能出现溢出，符号相同的两个数相减是不会溢出

（2）用两位符号位判断溢出

当两位符号位不同时，表示溢出；否则，无溢出。

不论是否发生溢出，高位符号位永远代表真正的符号。

（23）内存———内存

寄存器———寄存器

寄存器————内存

最快？

最慢？

原因？

（24）计算题

1.假设某个机器86指令，平均每个指令有12条微指令，有一条是共用，微指令48位，

求CM有多少位？

[86*（12-1）+1]*48

2.设有主频为16MHz的微处理器，平均每条指令的执行时间为两个机器周期，每个机器周期由两个时钟脉冲组成。

问：

（1）存储器为“0等待”，求出机器速度。

（2）假如每两个机器周期中有一个是访存周期，需插入1个时钟周期的等待

时间，求机器速度。

（“0等待”表示存储器可在一个机器周期完成读/写操

作，因此不需要插入等待时间）

答：

（1）机器速度＝主频/平均每条指令占的时钟脉冲数＝16/（2*2）=4MIPS

（2）机器速度＝16/（2+2+1）=3.2MIPS

3.某机主存容量4M*16bit，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成

108种操作，操作码位数固定，且具有直接，间接，变址，基址，相对立即

等6种寻址方式

试回答：

1）画出地址指令格式，并指出各自段的作用

2）该指令直接寻址的最大范围

3）一次间址和多次间址的寻址范围

4）立即数的范围，补码表示

5）相对寻址的位移量（补码表示）

4.某机字长16位，主存容量为64KB指令为单字长指令，有50种操作码，采用页面，间接和直接寻址方式

（1）指令格式如何安排

（2）能否再增加其他寻址方式

（１）根据题意，有５０种操作码，故ＯＰ字段占６位。

页面寻址可用ＰＣ高８位（ＰＣＨ）与形式地址Ｄ（８位）拼接成有效地址。

设寻址模式Ｘ占２位，故指令格式如下：

寻址模式定义如下：

Ｘ＝００　直接寻址　有效地址　Ｅ＝Ｄ

Ｘ＝０１　页面寻址　有效地址　Ｅ＝ＰＣＨ－Ｄ

Ｘ＝１０　间接寻址　有效地址　Ｅ＝（Ｄ）

Ｘ＝１１

（３）按照上述指令格式，寻址模式Ｘ＝１１尚未使用，故可增加一种寻址方式。

由于ＣＰＵ中给定的寄存器中尚可使用ＰＣ，故可以增加相对寻址方式，其有效地址Ｅ＝ＰＣ＋Ｄ。

如不用相对寻址，还可使用立即寻址方式，此时形式地址Ｄ为８位的操作数。

当位移量（形式地址）Ｄ变成７位时，寻址模式位可变成３位，原则上可以使用更多的寻址方式，但是现在由于ＣＰＵ没有其他更多的寄存器，因此不能增加其他方式的寻址。

水平微指令：

一次能定义并执行多个并行操作

垂直微指令：

类似机器指令操作码的方式；由微操作码字段规定微指令的功能

2.CPU各寄存器的作用

32位CPU所含有的寄存器有：

4个数据寄存器（EAX、EBX、ECX和EDX）

2个变址和指针寄存器（ESI和EDI）2个指针寄存器（ESP和EBP）6个段寄存器（ES、CS、SS、DS、FS和GS）1个指令指针寄存器（EIP）1个标志寄存器（EFlags）

寄存器AX和AL通常称为累加器（Accumulator），用累加器进行的操作可能需要更少时间。

累加器可用于乘、除、输入/输出等操作，它们的使用频率很高；

寄存器BX称为基地址寄存器（Bas