主存地址寄存器MAR，通用寄存器R0~R3， 暂存器C和D。

试将各逻辑部件组成一个数据通路，并标明数据流动方向。

6.14 设R1、R2、R3、R4是CPU中的通用寄存器，请使用机器周期流程框图分别表示下列指令的执行流程。

（1）取数指令：LDA (R1)，R2

该指令是S-R型双操作数指令，R1为源操作数，R2为目的操作数 （2）存数指令：STA R3，(R4)

该指令是R-S型双操作数指令，R3为源操作数，R4为目的操作数

6.15 某计算机的运算器为三总线（B1 、B2 、B3）结构，B1和B3通过控制信号G连通。算术逻辑部件ALU

具有ADD、SUB、AND、OR、XOR等5种运算功能，其中SUB运算时ALU输入端为B1－B2模式，移位器SH可进行直送（DM）、左移一位（SL）、右移一位（SR）3种操作。通用寄存器R0、R1、R2都有输入输出控制信号，用于控制寄存器的接收与发送，如下图所示。

B3

B3→R0 B3→R1 B3→R2 DM

SL SH SR

R0 R1 R2

ADD SUB G ALU AND OR XOR R0→B2 R2→B2 R1→B2

B2

B1←R0 B1←R2 B1←R1 B1

6.15题图

试分别写出实现下列功能所需的操作序列。 （1）4(R0)＋(R1)→R1 （2）[(R2)－(R1)]／2→R1 （3）(R0)→R2

（4）(R0)∧(R1)→R0 （5）(R2)∨(R1)→R2 （6）(R2)⊕(R0)→R0 （7）0→R0

说明：∧表示与操作、∨表示或操作、⊕表示异或操作 答：（1）4(R0)＋(R1)→R1

R0→B1，R0→B2，ADD，SL，B3→R0；

R0→B1，R1→B2，ADD，DM，B3→R1 （2）[(R2)－(R1)]／2→R1

R2→B1，R1→B2，SUB，SR，B3→R1；

（3）(R0)→R2

R0→B1，R0→B2，AND，DM，B3→R2；

（4）(R0)∧(R1)→R0

R0→B1，R1→B2，AND，DM，B3→R0；

（5）(R2)∨(R1)→R2

R0→B1，R1→B2，OR，DM，B3→R2；

（6）(R2)⊕(R0)→R0

R2→B1，R0→B2，XOR，DM，B3→R0；

（7）0→R0

R0→B1，R0→B2，XOR，DM，B3→R0；

6.16 现给出8条微指令I1~I8及所涉及的微命令（如下表所示）。请设计微指令控制字段格式，要求所使用的

控制位最少，并且保持微指令自身内在的并行性。

题6.16微指令表

微指令 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 a, b, c, d, e a, d, f, g b, h c c, e, g, i a, h, j c, d, h a, b, i 相关的微命令

6.17 请按断定方式实现下图的微程序流程的顺序控制。要求：

（1）给出微指令顺序控制字段格式（假定μMAR为6位）。 （2）给出各条微指令的二进制地址并编写实现此流程的微程序。 （3）画出地址修改逻辑电路。

A

B

IR6IR5=00 IR6IR5=01 IR6IR5=10 IR6IR5=11 a C E H K

CJ=0 CJ=1

b D I

F G

J

L

6.17题图

说明：图中每个方框代表一条微指令，分支点a由指令寄存器IR6IR5两位决定，分支点b由进位标志

CJ决定。

6.18 说明相关性对流水线的影响，并给出一些常用的解决方法。

6.19 假定某计算机的指令按取指、分析和执行三步骤处理，每步所需时间分别为tf 、td 、te，请分别计算满

足下列要求时，执行100条所花费的时间。 （1）依次串行执行。

（2）仅（K+1）取指与K执行重叠。 （3）仅（K+2）取指、（K+1）译码、K执行重叠。

6.20 在图6-53的流水线上处理下述程序段时会出现什么问题？如何解决这些问题？

（1）ADD R1，R2 （2）MOV R3，R1 （3）ADD R0，R4 （4）MOV (R4)，R5

说明：前一个操作数为目的数，后一个操作数为源数。

6.21 单选题

（1）程序计数器的功能是___ D ___。

A. 存放微指令地址 B. 计算程序长度

C. 存放指令 D. 存放下条机器指令的地址

（2）CPU从主存取出一条指令并执行该指令的所有时间称为__ D ____。

A. 时钟周期 B. 节拍 C. 机器周期 D. 指令周期

（3）主存中的程序被执行时，首先要将从内存中读出的指令存放到___ D ___。

A. 程序计数器 B. 地址寄存器 C. 指令译码器 D. 指令寄存器

（4）在下列的部件中，不属于控制器的是___ B ___。

A. 程序计数器 B. 数据缓冲器 C. 指令译码器 D. 指令寄存器

（5）为了确定下一条微指令的地址而采用的断定方式的基本思想是___ C __。

A. 用程序计数器PC来产生后继微指令地址 B. 用微程序计数器μPC来产生后继微指令地址

C. 通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址。 D. 通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址 （6）构成控制信号序列的最小单位是__ C ___。

A. 微程序 B. 微指令 C. 微命令 D. 机器指令 （7）微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是__ B ___。

A. 每一条机器指令由一条微指令来执行

B. 每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行 C. 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 D. 一条微指令由若干条机器指令组成

6.22 填空题

（1）控制器的主要功能包括 ① 、 ② 和 ③ 等三个功能。

答：① 控制指令的正确执行 ② 控制程序和教据的输入及结果的输出

③ 异常情况和特殊请求的处理法

（2）一般而言，CPU中至少有 ① 、 ② 、 ③ 、 ④ 、 ⑤ 和 ⑥ 六个寄存器。

答：① 程序计数器PC 、 ② 地址寄存器MAR 、 ③ 数据缓冲寄存器MDR（MBR） 、

④ 指令寄存器IR 、 ⑤ 累加寄存器AC 、 ⑥ 程序状态寄存器PSR

（3）微指令的编码方式有 ① 、 ② 和 ③ 等三种。

答：① 直接控制法 ② 最短编码法 ③ 字段直接编码法

（4）CPU周期也称为 ① 周期，一个CPU周期包括若干个 ② 。

答：① 机器周期 ② 节拍

（5）在程序执行过程中，控制器控制计算机的运行总是处于 ① 、分析指令和 ② 的循环之中。

答：① 取指令 ② 执行指令

（6）微程序控制器的核心部件是 ① ，它一般由 ② 构成。

答：① 控制存储器 ② ROM

（7）在同一微周期中 ① 的微命令被称为互斥微命令，而在同一微周期中 ② 的微命令被称为相容

微命令。显然， ③ 的微命令不能放在一起译码。

答：① 不允许同时出现的微命令 ② 允许同时出现的微命令 ③ 相容的微命令 （8）由于微程序设计的灵活性，只要简单地改变 ① ，就可改变微程序控制的机器指令系统。

答：① 微程序

6.23 是非题

（1）在主机中，只有存储器能存放数据。 × （2）一个指令周期由若干个机器周期组成。 √

（3）决定计算机运算精度的主要技术指标是计算机的字长。 √

（4）微程序设计的字段直接编译原则是：同时出现在一条微指令中的微命令放在不同的字段里，而分时

出现的微命令放在同一个字段里。 √

（5）由于微程序控制器采用了存储逻辑，结构简单规整，电路延迟小，而组合逻辑控制器结构复杂，电

路延迟大，所以微程序控制器比组合逻辑控制器的速度快。 ×

（6）在CPU中，译码器主要用在运算器中选多路输入数据中的一路数据送到ALU。 × （7）控制存储器是用来存放微程序的存储器，它的速度应该比主存储器的速度快。 √ （8）由于转移指令的出现而导致控制相关，因此CPU不能采用流水线技术。 ×

第七章 作业解答

7.23 是非题

（1） 计算机使用总线结构的主要优点是便于实现模块化，同时减少了信息传输线的数目。 √ （2） 在计算机的总线中，地址信息、数据信息和控制信息不能同时出现在总线上。 ×

（3） 计算机系统中的所有与存储器和I/O设备有关的控制信号、时序信号，以及来自存储器和I/O设备的

响应信号都由控制总线来提供信息传送通路。 √

（4） 使用三态门电路可以构成数据总线，它的输出电平有逻辑“1”、逻辑“0”和高阻（浮空）三种状态。

√

（5） USB提供的4条连线中有2条信号线，每一条信号线可以连通一台外设，因此在某一时刻，可以同时

有2台外设获得USB总线的控制权。 ×

（6） 组成总线时不仅要提供传输信息的物理传输线，还应有实现信息传输控制的器件，它们是总线缓冲器

和总线控制器。 √

（7） 总线技术的发展是和CPU技术的发展紧密相连的，CPU的速度提高后，总线的数据传输率如果不随

之提高，势必妨碍整机性能的提高。 √

7.24 单选题 （1） 现代计算机一般通过总线来组织，下述总线结构的计算机中， D 操作速度最快， A 的操作速度

最慢。

A．单总线结构 B．双总线结构 C．三总线结构 D．多总线结构 （2） 在多总线结构的计算机系统中，采用 D 方法，对提高系统的吞吐率最有效。

A．多端口存储器 B．提高主存的工作速度 C．交叉编址存储器 D．高速缓冲存储器 （3） 总线中地址总线的作用是 C 。

A．用于选择存储器单元 B．用于选择I/O设备

C．用于指定存储器单元和I/O设备接口寄存器的地址 D．决定数据总线上数据的传输方向 （4） 异步控制常用于 A 中，作为其主要的控制方式。

A．单总线结构计算机中，CPU访问主存与外围设备 B．微型机中的CPU控制 C．采用组合逻辑控制方式实现的CPU D．微程序控制器 （5） 能够直接产生总线请求的总线部件是 B 。

A．任何外设 B．具有DMA接口的外设

C．高速外设 D．需要与主机批量交换数据的外设 （6） 同步通信之所以比异步通信具有较高的传输速率是因为 B 。

A．同步通信不需要应答信号

B．同步通信用一个公共的时钟进行操作同步 C．同步通信方式的总线长度较短

D．同步通信中，各部件存取时间比较接近 （7） 把总线分成数据总线、地址总线、控制总线3类是根据 B 来分的。