主存储器M a AC c b d +1 ALU 状态寄存器 操作控制器 图6.37 某CPU的结构框图 6.6 答：（1）a：数据缓冲寄存器； b：指令寄存器 c：地址寄存器； d：程序计数器 （2）首先，取指阶段有条数据通路，1.取指令送到指令寄存器：PC→MAR→主存→MDR→IR；2.修改PC为下一条指令做准备：PC→PC+1 其次，执行阶段用到的数据通路是，从主存中取数据并送到寄存器AC中：IR(形式地址部分)→MAR→MEM→MDR→AC 6.7对图6.3所示的单总线CPU，如加法指令中的第二个地址码有寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器间接寻址三种寻址方式，并在指令中用代码表示寻址方式，对应的指令及功能如下： a) ADD R0, R1 ; R[0]? (R[0]) + (R[1]) , 即把寄存器R0的内容和R1的内容相加,结果送送R0保存 b)ADD R0, (R1) : R[0]? (R[0]) +(M[R[1]]) 即把寄存器R0的内容和R1的内容所指主存单元的值相加,结果送R0保存 c) ADD R0, (addr) : R[0]? (R[0]) +(M[addr]) 即把寄存器R0的内容和主存单元addr的值相加,结果送R0保存 分别设计上述三条指令的指令周期流程图，并列出每一步的控制信号。 6.7 答：三种寻址方式下取质周期的操作及其控制信号如表6.3的上半部分所示.下面只给出每种情况下指令执行周期的操作及其控制信号. a)
操作 X ? (R[0]) Z ? ALU R[0] ? (Z) 周期 执行 功能说明 寄存器R0内容送暂存器X ALU执行加法操作，将结果送暂存器Z 暂存器Z的内容送寄存器R0中 控制信号 R0out=Xin=1 R1out=1=ADD=1 Zout = R0in=1 b）
操作 周期 执行 执行 功能说明 将寄存器R1中的内容作为地址送MAR 将主存对应单元的数据送MDR 寄存器R0内容送暂存器X ALU执行加法操作，将结果送暂存器Z 暂存器Z的内容送寄存器R0中 控制信号 MAR? (R[1]) MDR?(MEM) X ? (R[0]) Z ? ALU R[0] ? (Z) R1out=ARin=1 READ=DREin=1 R0out=Xin=1 DRIout=ADD=1 Zout = R0in=1 c） 操作 周期 执行 执行 功能说明 控制信号 MAR? IR(addr) MDR?(MEM) X ? (R[0]) Z ? ALU R[0] ? (Z) 将立即数addr中的内容作为地址送MAR IRout=ARin=1 将主存对应单元的数据送MDR 寄存器R0内容送暂存器X ALU执行加法操作，将结果送暂存器Z 暂存器Z的内容送寄存器R0中 READ=DREin=1 R0out=Xin=1 DRIout=ADD=1 Zout = R0in=1 6.8 用微程序设计图6.15的控制单元 本体参考答案略 只要采用直接编码字段输出图中所有由控制单元输出的控制信号即可） 6.9用微程序设计图6.14所示的单周期处理器的控制单元。 本体参考答案略 只要采用直接编码字段输出图中所有由控制单元输出的控制信号即可） 6.11 假定多周期处理器采用图6.15所示的数据通路和图6.34所示的控制单元。某程序中包含Lw、Sw、R型、J型指令比例分别为20%、10%、60%、10%。求多周期处理器比单周期处理器大约块多少倍。 6.10 答：对于采用图6。15所示的多周期方案而言，LW，SW、R及J型指令的时钟周期数分别为：5、4、4、3。根据CPI公式： CPI=0.2*5 + 0.1*4 + 0.6*4 + 0.1* 3 = 4.1 而单周期的CPI=1 ,但是时钟长度必须取消耗时间最长的指令,也是是LW型指令,预为多周期时间周期的5倍.设多周期的时钟周期时间为t,则多周期比单周期加速的倍数为： N = (5*t)/(4.1*t) = 1.22倍 则多周期处理器是单周期的1.22倍。 第七章 流水线技术 习 题 七
1、 解释下列名词
流水线技术：计算机中的流水线技术是把一个复杂的任务分解为若干个子过程，每个子过程与其它子过程并行运行。由于其运行方式和工业领域中的流水线处理技术十分类似，因此被称为流水线技术。
通过时间：通过时间是指第一条指令从输入流水线到输出流水线所经过的时间