页眉 （1）若每块模板容量为4K×8，共需多少块存储模板？ （2）画出一个模板内各芯片的连接逻辑图。

答：（1）根据题干可知存储器容量为216=64KB，故共需16块存储模板。 （2）一个模板内各芯片的连接逻辑图如下图所示。

模板内各芯片的连接逻辑图

6． 用容量为16K×1 的DRAM 芯片构成６４KB 的存储器，设存储器的读／写周期均为0．5μs，CPU 在1μs内至少要访存一次，试问采用哪种刷新方式比较合理？相邻两行之间的刷新间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？

答：因为要求CPU在1μs内至少要访存一次，所以不能使用集中刷新方式，分散和异步刷新方式都可以使用，但异步刷新方式比较合理。

相邻两行之间的刷新间隔＝最大刷新间隔时间÷行数=2ms÷128=15．625μs。取15．5μs，即进行读或写操作31次之后刷新一行。

对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间=0．5μs×128=64μs。 7． 什么是高速缓冲存储器？它与主存是什么关系？其基本工作过程如何？

答：高速缓冲存储器位于主存和CPU 之间，用来存放当前正在执行的程序段和数据中的活跃部分，使CPU 的访存操作大多数针对Cache 进行，从而使程序的执行速度大大提高。高速缓冲存储器的存取速度接近于CPU 的速度，但是容量较小，它保存的信息只是主存中最急需处理的若干块的副本。当CPU 发出读请求时，如果Cache 命中，就直接对Cache 进行读操作，与主存无关；如果Cache 不命中，则仍需访问主存，并把该块信息一次从主存调入Cache 内。若此时Cache 已满，则须根据某种替换算法，用这个块替换掉Cache 中原来的某块信息。

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第六章 习题参考答案

1．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？

答：从程序运行的角度来看，CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。对于冯· 诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。中央处理器由运算器和控制器组成。

2．中央处理器中有哪几个主要寄存器？试说明它们的结构和功能。

答：CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器，如程序计数器PC 、指令寄存器IR 、存储器地址寄存器MAR 、存储器数据寄存器MDR 、状态标志寄存器PSWR 等。

3．控制器有哪些基本功能？它可分为哪几类？分类的依据是什么？ 答：控制器的基本功能有：

（1）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。

（2）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。 （3）指挥并控制CPU、主存和输入输出设备之间的数据流动。

控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型3类，分类的依据在于控制器的核心--微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。

4．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？

答：控制器的控制方式可以分为3种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。 同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。

5．什么是三级时序系统？

答：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。计算机中每个指令周期划分为若干

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页眉 个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。

6．什么是指令周期？什么是CPU 周期？它们之间有什么关系？

答：指令周期是指取指令、分析取数到执行指令所需的全部时间。CPU 周期（机器周期）是完成一个基本操作的时间。一个指令周期划分为若干个CPU 周期。

7．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？ 答：指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方法为： （1）取指令或数据时所处的机器周期不同：取指周期取出的是指令；分析取数或执行周期取出的是数据。

（2）取指令或数据时地址的来源不同：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。

8．CPU 中指令寄存器是否可以不要？指令译码器是否能直接对存储器数据寄存器MDR 中的信息译码？为什么？请以无条件转移指令JMP A 为例说明。

答：指令寄存器不可以不要。指令译码器不能直接对MDR 中的信息译码，因为在取指周期MDR 的内容是指令，而在取数周期MDR 的内容是操作数。以JMP A 指令为例，假设指令占两个字，第一个字为操作码，第二个字为转移地址，它们从主存中取出时都需要经过MDR ，其中只有第一个字需要送至指令寄存器，并且进行指令的译码，而第二个字不需要送指令寄存器。

9． 什么是微命令和微操作？什么是微指令？微程序和机器指令有何关系？微程序和程序之间有何关系？

答：微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。微操作是指计算机中最基本的、不可再分解的操作。微命令和微操作是一一对应的，微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。微令是若干个微命令的集合。微程序是机器指令的实时解释器，每一条机器指令都对应一个微程序。微程序和程序是两个不同的概念。微程序是由微指令组成的，用于描述机器指令，实际上是机器指令的实时解释器，微程序是由计算机的设计者事先编制好并存放在控制存储器中的，一般不提供给用户；程序是由机器指令组成的，由程序员事先编制好并存放在主存储器中。

10．某机的微指令格式中有10个独立的控制字段C0～C9，每个控制字段有Ni个互斥控制信号，Ni的值如下：

请回答：

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页眉 （1）如果这10个控制字段，采用编码表示法，需要多少控制位？ （2）如果采用完全水平型编码方式，需要多少控制位？

答：(1)如果这10个控制字段，采用编码表示法，需要31位控制位； (2)如果采用完全水平型编码方式，需要69位控制位。 11．假设微地址转移逻辑表达式如下： μA4=P2·ZF·T4 μA3=P1·IR15·T4 μA2=P1·IR14·T4 μA1=P1·IR13·T4 μA0=P1·IR12·T4

其中μA4～μA0为微地址寄存器的相应位，P1和P2为判别标志，ZF为零标志，IR15～IR12为指令寄存器IR的相应位，T4为时钟脉冲信号。试说明上述逻辑表达式的含义，画出微地址转移逻辑图。

答：逻辑表达式的含义为：（1）在进行P1测试时，根据指令寄存器IR中的IR15～IR12修改μA3～μA0，进行16路分支；（2）在进行P2测试时，根据零标志ZF修改μA4，进行2路分支：（3）所有的表达式均分别和T4相与，表示在T4内形成后继微指令的微地址。

微地址转移逻辑图如下图所示，图中S4～S0分别对应微地址寄存器μA4～μA0的异步置“1”端，低电平有效。

微地址转移逻辑图

12．已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量为512×48位。微指令字长为48位，微程序可在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序转移的条件共4个（直

接控制），微指令采用水平型格式，如下图所示。

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