[考研类试卷]计算机专业基础综合（计算机组成原理）模拟试卷6及答案与解析.doc

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1、计算机专业基础综合（计算机组成原理）模拟试卷 6 及答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 关于控制器的主要功能，下面说法中最准确的是( )。（A）产生时序信号（B）从主存取出一条指令（C）完成指令译码（D）从主存取出一条指令、完成指令译码、产生时序信号、指挥各部件完成指令指定的操作2 CPU 功能不包括( )。（A）执行指令（B）控制执行指令的顺序（C）执行 DMA 操作（D）检测并响应中断3 存放当前正在执行的指令并为译码部件提供信息的部件是( )。（A）指令译码器（B）程序计数器（C）指令寄存器（

2、D）地址寄存器4 下面各存储器件中，用于存储微程序的是( )。（A）主存（B） Cache（C）控制存储器（D）辅存5 从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间称为( )。（A）时钟周期（B）机器周期（C）工作周期（D）指令周期6 设计微程序的人员是( )。（A）硬件设计人员（B）软件设计人员（C）用户（D）管理员7 在 CPU 的状态寄存器中，若符号标志为“1”，表示运算结果是( )。（A）正（B）负（C）零（D）不一定8 下列说法中正确的是( )。（A）微程序控制方式和硬连线方式相比较，前者可以使指令的执行速度更快（B）若采用微程序控制方式，则可用 PC取代 PC（C）控制存储器通常用

3、 RAM（D）机器周期也称为 CPU 周期9 在计算机体系结构中，CPU 内部包括程序计数器 PC、存储器数据寄存器 MDR、指令寄存器 IR 和存储器地址寄存器 MAR 等。若 CPU 要执行的指令为：MOV R0，#100(即将数值 100 传送到寄存器 R0 中)，则 CPU 首先要完成的操作是( )。（A）100R 0（B） 100MDR（C） PCMAR（D）PCIR10 构成控制信号序列的最小单位是( )。（A）微程序（B）微指令（C）微命令（D）机器指令11 通常情况下，微指令位数最长的编码方法是( )。（A）直接表示法直接控制法（B）字段直接编码表示法（C）字段间接编码表示法（

4、D）混合表示法12 微程序控制器比硬布线控制器慢，原因是( )。（A）增加了从外存读微指令的时间（B）增加了从主存读微指令的时间（C）增加了从 IR 中读微指令的时间（D）增加了从控制存储器读微指令的时间13 相对于硬布线控制器，微程序控制器的特点是( )。（A）指令执行速度较快，修改指令的功能或扩展指令集难（B）指令执行速度较快，修改指令的功能或扩展指令集容易（C）指令执行速度较慢，修改指令的功能或扩展指令集难（D）指令执行速度较慢，修改指令的功能或扩展指令集容易14 微程序是在( ) 时被执行的。（A）安装硬件（B）安装软件（C）执行指令（D）故障诊断15 当微指令采用分段编码时，我们将互

5、斥性微命令( )。（A）放在同一段中（B）用多级译码来区分（C）放在不同段中（D）任意存放16 异步传送方式常用于( )中，作为主要控制方式。（A）微型机的 CPU 内部控制（B）硬连线控制器（C）微程序控制器（D）串行 IO 总线17 某计算机的指令系统中共有 101 条不同的指令，采用微程序控制方式时，控制存储器中具有的微程序数目至少是( )。（A）100（B） 102（C） 103（D）10418 控制器同步控制方式是指( )。（A）由统一时序信号控制的方式（B）由握手信号控制的方式（C）由中断控制的方式（D）由程序查询控制的方式19 以下说法中，错误的是( )。（A）指令执行过程中的第

6、一步就是取指令操作（B）为了进行取指令操作，控制器需要得到相应的指令（C）取指令操作是控制器自动进行的（D）在指令长度相同的情况下，所有取指令的操作都是相同的20 微指令中的微地址表示( )。（A）微操作的对象（B）存放微操作结果的地址（C）微操作数地址（D）后继微指令地址21 通常所说的 32 位微处理器是指( )。（A）地址总线的宽度为 32 位（B）处理的数据长度只能为 32 位（C） CPU 字长为 32 位（D）通用寄存器数目为 32 个22 在微程序控制方式中，机器指令、微程序和微指令的关系是( )。（A）每一条机器指令由一条微指令来解释执行（B）每一条机器指令由一段(或一个)微程

7、序来解释执行（C）一段机器指令组成的工作程序可由一条微指令来解释执行（D）一条微指令由若干条机器指令组成23 一个单周期处理器，各主要功能单元的操作时间为：指令存储器和数据存储器为 03 ns，ALU 为 02 ns，寄存器文件为 01 ns ，则该 CPU 的时钟周期最少应该是( )。（A）04 ns（B） 03 ns（C） 02 ns（D）1 ns24 微程序存放在( ) 。（A）主存中（B）堆栈中（C）只读存储器中（D）磁盘中25 下列关于并行微程序控制器的说法中，正确的是( )。（A）现行微指令的执行与取下一条微指令的操作并行（B）现行微指令的执行与取下一条微指令的操作串行（C）两条或

8、更多微指令的执行在时间上并行（D）两条或更多微指令的取微指令操作在时间上并行26 下列说法中正确的是( )。（A）取指周期一定等于机器周期（B）指令字长等于机器字长的前提下，取指周期等于机器周期（C）指令字长等于存储字长的前提下，取指周期等于机器周期（D）取指周期与机器周期没有必然联系27 在微程序控制方式中，以下说法中正确的是( )。I采用微程序控制器的处理器称为微处理器每一条机器指令由一个微程序来解释执行在微指令的编码中，执行效率最低的是直接编码方式水平型微指令能充分利用数据通路的并行结构（A）I 和 II（B） 和（C） I 和（D）、和28 下列几项中，流水线相关包括( )。I结构相关

9、 数据相关 指令相关 控制相关（A）I，（B） I，（C） I，（D）I，29 一个四级流水线的处理器，连续向此流水线输入 15 条指令，则在第 15 个时钟周期结束时，共执行完的指令条数为( )。（A）10（B） 11（C） 12（D）1530 在一个微指令周期中，( )。（A）只能执行一个微操作（B）能顺序执行多个微操作（C）只能执行多个互斥微操作（D）能并行执行多个微操作31 已知一台时钟频率为 2 GHz 的计算机的 CPI 为 12。某程序 P 在该计算机上的指令条数为 4109。若在该计算机上，程序 P 从开始启动到执行结束所经历的时间是 4 s，则运行 P 所用 CPU 寸间占整

10、个 CPU 时间的百分比大约是 ( )。（A）40（B） 60（C） 80（D）10032 指令流水线中，不同的指令在指令流水的不同功能段中可以( )。（A）顺序（B）选择（C）循环（D）并行33 下列说法中，正确的是( )。（A）水平型微指令的执行速度要慢于垂直型微指令（B）水平型微指令的长度要短于垂直型微指令（C）水平型微指令的编码空间利用率高（D）垂直型微指令中包含微操作码字段34 下列特征中，不属于有利于实现指令流水线的是( )。（A）指令字等长（B） LoadStore 指令风格（C）寻址方式灵活多样（D）指令格式规整统一35 下列关于动态流水线和超标量处理器的说法中，错误的是( )

11、。（A）超标量处理器中一定有多个不同的指令执行单元（B）动态流水线执行指令的顺序不一定是输入指令的顺序（C）超标量处理器不一定都采用动态流水线（D）超标量技术是指采用更多流水段个数的流水线技术36 指令流水中不同功能段的执行时间最好( )。（A）相等（B）不等（C）为零（D）与指令周期一致37 下列说法中正确的是( )。（A）指令流水线可以缩短一条指令的执行时间（B）实现指令流水线并不需要增加额外的硬件（C）指令流水线可以提高指令执行的吞吐率（D）理想情况下，每个时钟内都有一条指令在指令流水线中完成38 以下有关流水线相关的叙述中，正确的是( )。（A）所有数据相关都能通过转发得到解决（B）可

12、以通过调整指令顺序和插入 nop 指令消除所有的数据相关（C）五段流水线中 Load-Use 数据相关不会引起一个时钟周期的阻塞（D）一条分支指令与紧随其后的一条 ALU 运算指令肯定会发生数据相关二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。39 下图所示的处理机逻辑框图中，有两条独立的总线和两个独立的存储器。已知指令存储器 IM 最大容量为 16 384 字(字长 18 位)，数据存储器 DM 最大容量是 65 536 字(字长 16 位) 。各寄存器均有“ 打入”(Rin)和“送出”(Rout)控制命令，但图中未标出。设处理机格式为： 加法指令可写为“ADD x(R 1)”。其功能是(A

13、C 0)+(Ri)+X)AC 1，其中(R i)+X)部分通过寻址方式指向数据存储器，现取 Ri 为 Ri。试画出 ADD 指令从取指令开始到执行结束的操作序列图，写明基本操作步骤和相应的微操作控制信号。40 如图所示，某计算机的内部数据通路如下： 完成如下要求：(1)数据指令 STA R1，(R 2)，其指令的功能是将寄存器 R1 的内容传送至(R 2)中存储的内存地址所代表的存储单元中。请画出指令周期流程图。(2)标出各微操作信号序列。41 下图为某计算机主机示意图，各部分之间的连线表示数据通路，数据传送方向如箭头所示。 (1)给出图中寄存器 A、B、C 、D 的名称。 (2)简述取指令的

14、数据通路。 (3)简述取数指令LOAD X 的数据通路( 完成功能 (X)AC ，其中 X 为主存地址，由指令的地址码字段给出)。 (4)简述存数指令 STORE X 的数据通路 (完成功能(AC)X，其中 X 为主存地址，由指令的地址码字段给出)。 (5)简述加法指令 ADD X 的数据通路(完成功能(X)+(AC)AC，其中 X 为主存地址，由指令的地址码字段给出)。42 某模型机的数据通路结构如下图所示。用寄存器传送语句(如 PCMAR) ，拟出下列指令从读取到执行的完整流程。 (1)数据传送指令 MOV X(R0)，Y(R 1)，源和目的操作数地址均采用变址寻址，第 1 个参数 X 为

15、源操作数的形式地址，第 2 个参数为目的操作数的形式地址，分别位于指令的第 2个和第 3 个存储字。 (2)数据求反指令 COM 一一(R 0)，采用自减型寄存器间接寻址，结果送回自减后的地址单元。43 某计算机有如下部件：ALU，移位器，主存 M，主存数据寄存器 MDR，主存地址寄存器 MAR，指令寄存器 IR，通用寄存器 R0 一 R1，暂存器 C 和 D。(1)请将各逻辑部件组成一个数据通路，并标明数据流向。(2)画出“ADD R 1，(R 2)+”指令的指令周期流程图，指令功能是(R 1)+(R2)R 1。44 下图是一个简化的 CPU 与主存连接结构示意图(图中省略了所有多路选择器)

16、。其中有一个累加寄存器 AC、一个状态寄存器和其他四个寄存器 (主存地址寄存器MAR、主存数据寄存器 MDR、程序计数器 PC 和指令寄存器 IR)，各部件及其之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。要求： (1)写出图中 a、b、c 、d四个寄存器的名称。 (2)简述图中指令从主存取到控制器的过程。 (3)说明数据从主存取出、运算、写回主存所经过的数据通路(假定数据地址已在 MAR 中)。45 某指令流水线分为五级，分别完成取址(IF)、译码并取数(ID) 、执行(Ex)、访存(MEM)、写结果(WR)。设完成各阶段操作的时间依次为：90 ns ，60 ns，70 ns，100 ns

17、，50 ns 。试问：流水线的时钟周期应取何值?若第一条和第二条指令发生数据相关，第二条指令需推迟多少时间才能不发生错误?若相邻两条指令发生数据相关，而不推迟第二条指令的执行可采取什么措施?46 如果在一个 CPU 周期中要产生 3 个脉冲 T1=200 ns，T 2=400 ns，T 3=200 ns，试画出时序产生器逻辑图。47 今有 4 级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果四步操作，现假设完成各步操作的时间依次为 100 ns，100 ns，80 ns，50 nso请回答下列问题：(1)流水线的操作周期应设计为多少?(2)若相邻两条指令发生数据相关，而且在硬件上不采取措施，

18、那么第二条指令要推迟多少时间进行?(3)如果在硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间?48 现有一个三段的指令流水线，各段经过时间依次为t，2t，t 。请画出该流水线连续处理三条不相关指令的时空图，并计算流水线的吞吐率、加速比和效率。49 比较硬布线控制和微程序控制的异同。计算机专业基础综合（计算机组成原理）模拟试卷 6 答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 【正确答案】 D【试题解析】 完整角度上讲，控制器的主要功能可以表述为从主存取出一条指令、完成指令译码、产生时序信号、指挥各部件完成指令指定的操

19、作。【知识模块】 计算机组成原理2 【正确答案】 C【试题解析】 DMA 操作由 DMA 控制器来执行。 CPU 的功能还包括发现和处理“异常”。【知识模块】 计算机组成原理3 【正确答案】 C【试题解析】 指令寄存器中主要存放的是当前正在执行的指令，而不是 PC。【知识模块】 计算机组成原理4 【正确答案】 C【试题解析】 控制存储器在 CPU 内部，主要存放微程序。【知识模块】 计算机组成原理5 【正确答案】 D【试题解析】 本题主要考查的是指令周期的定义。【知识模块】 计算机组成原理6 【正确答案】 A【试题解析】 设计微程序的目的是为了控制时序，因此属于硬件设计人员的工作范畴。【知识模

20、块】 计算机组成原理7 【正确答案】 B【试题解析】 状态标志寄存器用来存放程序状态字(PSW)。程序状态字的各位表征程序和机器运行的状态，是参与控制程序执行的重要依据之一。它主要包括两部分内容：一是状态标志，如进位标志(C)、结果为零标志 (Z)等，大多数指令的执行将会影响这些标志位；二是控制标志，如中断标志、陷阱标志等。符号标志位SF=0 表示为正数，符号标志位 SF=1 表示为负数。【知识模块】 计算机组成原理8 【正确答案】 B【试题解析】 在微程序控制方法中，PC 的作用与在指令控制过程中 PC 起到的作用相同。【知识模块】 计算机组成原理9 【正确答案】 C【试题解析】 无论运行什

21、么类型的指令，CPU 首先需要取指令，取指令阶段的第一个操作就是将指令地址(程序计数器 PC 中的内容)送往存储器地址寄存器。取指周期完成的微操作序列是公共的操作，与具体指令无关，取指令操作如下：(1)将程序计数器 PC 中的内容送至存储器地址寄存器 MAR，记作(PC)MAR；(2)向主存发读命令，记作 Read；(3)从主存中取出的指令送到存储器数据寄存器 MDR，记作 M(MAR)MDR；(4)将 MDR 的内容送至指令寄存器 IR 中，记作(MDR)IR；(5)将 PC 的内容递增，为取下一条指令做好准备，记作(PC)+1PC。题中虽然给出了一条具体的指令“MOV R0，100”，实际

22、上 CPU 首先要完成的操作是取指令，与具体指令是没有关系的。【知识模块】 计算机组成原理10 【正确答案】 C【试题解析】 控制信号序列的最小单位是微命令。【知识模块】 计算机组成原理11 【正确答案】 A【试题解析】 此题考查不同的微指令编码方法的特点：直接表示法直接控制法速度最快，但位数最长，编码空间利用率最低。【知识模块】 计算机组成原理12 【正确答案】 D【试题解析】 微程序的执行过程中增加了从控存读微指令的时间，因此使得其速度慢于硬布线控制器。【知识模块】 计算机组成原理13 【正确答案】 D【试题解析】 考查硬布线控制器和微程序控制器的特点。【知识模块】 计算机组成原理14 【

23、正确答案】 C【试题解析】 微程序的执行是在指令执行过程中的，通过执行微程序产生时序控制信号，推进指令执行过程的进行。【知识模块】 计算机组成原理15 【正确答案】 C【试题解析】 本题考查字段直接编码的特点。互斥性微命令是指不能同时或不能在同一个 CPU 周期内并行执行的微命令，反之则是可以并行执行的微命令。【知识模块】 计算机组成原理16 【正确答案】 A【试题解析】 异步传输方式会用于微型机的 CPU 内部控制。【知识模块】 计算机组成原理17 【正确答案】 B【试题解析】 除去 101 条机器指令所对应的 101 个微程序外，至少还有一个取指微程序，所以至少有 102 个微程序。通常，

24、一条机器指令对应一个微程序。由于任何一条机器指令的取指令操作都是相同的，因此可以将取指令操作抽出来编成一个独立的微程序，这个微程序只负责将指令从主存中取出送至指令寄存器。此外，也可以编出对应间址周期的微程序和中断周期的微程序。这样，控制存储器中的微程序个数应等于指令系统中的机器指令数再加上对应的取指、间址和中断周期等公用的微程序数。若指令系统中具有 n 种机器指令，则控制存储器中的微程序数至少有 n+1 个。【知识模块】 计算机组成原理18 【正确答案】 A【试题解析】 同步是指由统一时序信号控制。【知识模块】 计算机组成原理19 【正确答案】 B【试题解析】 取指令操作完成的任务是将当前指令

25、从主存中取出来并送至指令寄存器中去。这是指令运行过程中的第一步，与具体指令无关。取指令操作是控制器自动进行的，是控制器固有的功能。只要指令的长度相同，取指令的操作都是相同的。一条指令运行过程可以分为 3 个阶段：取指令阶段、分析取数阶段和执行指令阶段。其中取指令阶段的操作对任何一条指令来说都是必须要执行的操作，所以称为公共操作。完成取指阶段任务的时间称为取指周期。如果指令长度不相同，长指令的取指令操作将要比短指令复杂。【知识模块】 计算机组成原理20 【正确答案】 D【试题解析】 微地址表示的是后继微指令地址。【知识模块】 计算机组成原理21 【正确答案】 C【试题解析】 通常所说的 32 位

26、微处理器是指 CPU 字长为 32 位。将运算器和控制器合称为中央处理器(CPU) ，在由超大规模集成电路构成的微型计算机中，往往将 CPU 制成一块芯片，称为微处理器。CPU 按照其处理信息的字长可以分为 8位 CPU、16 位 CPU、32 位 CPU、64 位 CPU 等。选项 A、B、D 均与微处理器的位数无关。【知识模块】 计算机组成原理22 【正确答案】 B【试题解析】 机器指令是由一段(或一个)微程序来解释执行的，一条微程序是由若干微指令构成的。【知识模块】 计算机组成原理23 【正确答案】 D【试题解析】 单周期处理器时钟周期取为“Load”指令的执行时间(最长)，它等于读指令

27、存储器(取指) 的时间、读寄存器堆(取形式地址)的时间、ALU(计算有效地址)的时间、读数据存储器(取操作数)的时间以及写寄存器堆(将操作数写入目的寄存器)的时间之和，为 1 ns。【知识模块】 计算机组成原理24 【正确答案】 C【试题解析】 微程序存放在控制存储器中，是只读存储器。【知识模块】 计算机组成原理25 【正确答案】 A【试题解析】 并行微程序控制器中，在执行现行微指令的同时，取下一条微指令，选项 A 的描述正确。【知识模块】 计算机组成原理26 【正确答案】 C【试题解析】 指令字长一般取存储字长的整数倍，当指令字长等于存储字长时，取指周期可看作机器周期。【知识模块】 计算机组

28、成原理27 【正确答案】 B【试题解析】 微处理器是相对于大型机的处理器而言的，与微程序控制器没有必然联系，I 错误。微程序的设计思想就是将每一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，正确。直接编码方式中每一位代表一个微命令，不需要译码，因此执行效率最高，错误。一条水平型微指令能定义并执行几种并行的基本操作，因此能更充分利用数据通路的并行结构，正确。【知识模块】 计算机组成原理28 【正确答案】 C【试题解析】 流水线相关包括：结构相关、数据相关和控制相关。其中，结构相关是由于不同指令欲同时使用一个部件而造成的；数据相关是指后面指令欲使用

29、前面指令的结果时该结果还没有产生；控制相关是指指令执行的顺序发生改变而引起的流水线停顿，各类转移指令、分支指令以及中断或异常的出现都会引起控制相关。【知识模块】 计算机组成原理29 【正确答案】 C【试题解析】 此题考查流水线的工作原理。共执行完的指令条数为 1+(154)=12。【知识模块】 计算机组成原理30 【正确答案】 D【知识模块】 计算机组成原理31 【正确答案】 B【试题解析】 此题考查如何根据时钟频率、指令条数和 CPI 来计算程序执行时间。12410 9 2 GHz=24s，(244)100=60。【知识模块】 计算机组成原理32 【正确答案】 D【试题解析】 在指令流水线中

30、，不同的指令在不同功能段中可以并行。【知识模块】 计算机组成原理33 【正确答案】 D【试题解析】 此题考查的知识点包括：水平型微指令的执行速度要快于垂直型微指令，水平型微指令的长度要长于垂直型微指令，水平型微指令的编码空间利用率较低，垂直型微指令的格式与普通机器指令的格式相仿。【知识模块】 计算机组成原理34 【正确答案】 C【试题解析】 有利于实现流水线的指令特征是指令字等长、LoadStore 指令风格(隐含寻址方式简单) 、指令格式规整统一、数据和指令在存储器中“对齐”存放。【知识模块】 计算机组成原理35 【正确答案】 D【试题解析】 超标量技术是采用更多指令执行部件来构成多条流水线

31、的技术。【知识模块】 计算机组成原理36 【正确答案】 A【试题解析】 不同功能段的时间相同可以提高流水线的效率。【知识模块】 计算机组成原理37 【正确答案】 C【试题解析】 指令流水线将延长一条指令的执行时间。一个主要原因就是尽管各个流水段处理指令的时间并不相同，但是只能取最长的时间作为流水线的工作周期；实现指令流水线需要增加额外的硬件，至少在流水段之间增加锁存器。这也是指令流水线将延长一条指令的一执行时间的重要原因；指令流水线可以提高指令执行的吞吐率；指令流水线存在一个建立时间，即第一条指令进入流水线到它流出的时间间隔。即便是理想情况下，在第一条指令流出之前，指令流水线在每个时钟内都没有

32、完成任何一条指令。【知识模块】 计算机组成原理38 【正确答案】 B【试题解析】 相邻两条 ALU 运算指令之间，相隔一条的两条 ALU 运算指令之间和相隔一条的 Load 指令与 ALU 运算指令之间的数据冒险能通过转发解决。单纯依靠“插入 nop 指令”就能消除所有数据相关，但是这样做效率太低。如果通过调整指令顺序，再加上插入 nop 指令，则能提高流水线的效率。 LoadUse 数据相关是由于 Load 指令的目的寄存器等于后一条指令的源寄存器而导致的。对于五段流水线(取指、译码、执行、访存、写回)，L0ad 指令在最后一段写入目的寄存器，而后继指令在第三段读寄存器源，所以 Load-U

33、se 数据相关至少要引起一个时钟周期的阻塞。通常，分支指令并不改变任何寄存器的值，所以与紧随其后的 ALu 运算指令根本不会发生数据相关。【知识模块】 计算机组成原理二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。39 【正确答案】 加法指令“ADD X(R i)”是一条隐含指令，其中一个操作数来自AC0，另一个操作数在数据存储器中，地址由通用寄存器的内容(R i)加上指令格式中的 X 量值决定，可认为这是一种变址寻址。因此，指令周期的操作流程图如下图所示。相应的微操作控制信号列在框图外。【知识模块】 计算机组成原理40 【正确答案】 见流程图。【知识模块】 计算机组成原理41 【正确答案】 (

34、1)A 为主存数据寄存器 MDR，B 为主存地址寄存器 MAR，C 为指令寄存器 IR，D 为程序计数器。PC。 (2)取指令的数据通路为：DBMAC。 (3)取数指令 LOAD X 的功能是将指令地址码字段指出的主存单元的内容读到累加器 AC 中。由于该机中数据寄存器 MAR 与 AC 无直接通路，故由图可知，需要经过 ALU 来实现数据传送。取指阶段的数据通路同(1)，执行阶段的数据通路为：C(或 A)BMAALUAC 。 (4) 存数指令 STORE X 的数据通路取指阶段同(2)，执行阶段为： C(或 A)BM ACAM (5) 加法指令ADD X 的数据通路取指阶段同(2)，执行阶段

35、为：【知识模块】 计算机组成原理42 【正确答案】 (1)MOV X(R 0)，Y(R 1) 指令执行流程中的前 3 步是完成取指令都有的公操作；接下来的 5 步是去主存中取源操作数，把取出的数放在暂存器 C 中；然后的 4 步是形成目的操作数地址；最后 2 步完成传送操作。 PCMAR，Read； 取指令 MMDRIR PC+1PC PCMAR，Read； 取源操作数形式地址 MMDRC PC+1PC C+R0MAR ，Read； 形成源操作数有效地址，并取源操作数 MMDRC； 源操作数暂存 c 中 PCMAR，Read ； 取目的操作数形式地址 MMDRD PC+1PC D+R1MAR

36、； 形成目的操作数有效地址 CMDR； 将源操作数送存储器数据寄存器 MDRM，Write； 将源操作数写入目的有效地址中 (2)COM- (R 0) 指令执行流程中的前 3 步是取指令操作；接下来的 2 步是去主存中取源操作数，把取出的数放在暂存器 D 中；然后将 D 的内容取反，写入目的地址中。 PCMAR ，Read； 取指令 MMDRIR PC+1PC R0 一 1R 0，R 0-1MAR，Read ；修改 R0 的内容(源和目的操作数地址) MMDRD； 取出源操作数 DMDR ； 将源操作数取反 MDRM，Write； 写入目的地址中【知识模块】 计算机组成原理43 【正确答案】

37、(1)各功能部件连接成如下图所示数据通路：(2)此指令为 RS 型指令，一个操作数在 R1 中，另一个操作数在 R2 为地址的内存单元中，相加结果放在 R1 中。送当前指令地址到 MAR，取当前指令到 IR，PC+1，为取下条指令做好准备。 提示：取 R1 操作数C 暂存器。 送地址到MAR。取出内存单元中的操作数D 暂存器。相加后将和数R 1。【知识模块】 计算机组成原理44 【正确答案】 (1)b 单向连接微控制器，由微控制器的作用不难得知 b 是指令寄存器(IR)；a 和 c 直接连接主存，只可能是 MDR 和 MAR，c 到主存是单向连接，a和主存双向连接，根据指令执行的特点，MAR

38、只单向给主存传送地址，而 MDR既存放从主存中取出的数据又要存放将要写入主存的数据，因此 c 为主存地址寄存器(MAR)，a 为主存数据寄存器 (MDR)。d 具有自动加 1 的功能，且单向连接MAR，不难得出为程序计数器(PC)。因此，a 为 MDR，b 为 IR，c 为 MAR，d 为 PC。(2)先从程序计数器 (PC)中取出指令地址，将指令地址送入主存地址寄存器(MA R)，在相关的控制下从主存中取出指令送至主存数据寄存器(MDR)，然后将 MDR中的指令送至指令寄存器(IR)，最后流向微控制器，供微控制器分析并执行指令。因此，取指令的数据通路为：PCMAR，M(MAR)MDRIR 控

39、制器。(3)与(2)的分析类似，根据 MAR 中的地址去主存取数据，将取出的数据送至主存数据寄存器(MDR)，然后将 MDR 中的数据送至 ALu 进行运算，运算的结果送至累加器(AC)，运算结束后将 Ac 中的结果送至 MDR，最后将 MDR 中的数据写入主存。因此，从主存取出、运算和写回主存所经过的数据通路为：MARM，M(MAR)MDRALU ，ALUAC ，ACMDRM(MAR)。【知识模块】 计算机组成原理45 【正确答案】 流水线的时钟周期应取其中最长的时间段，即 100 ns。第二条指令需推迟 300 ns(即等待上一条指令完成 EX、MEM、WR 三个周期后才能开始ID，才能不

40、发生错误。若相邻两条指令发生数据相关而不推迟第二条指令的执行，可采取的措施是在访存与执行之间设置相关专用通路。【知识模块】 计算机组成原理46 【正确答案】 节拍脉冲 T1、T 2、T 3 的宽度实际等于时钟脉；中的周期或是它的倍数，此时 T1=T2=200 ns，T 3=400 ns，所以主脉冲源的频率应为 f=1T 1=5 MHz，为了消除节拍脉冲上的毛刺，环型脉冲发生器采用移位寄存器形式。下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。根据关系，节拍脉冲 T1、T 2、T 3的逻辑表达式如下：T 1=C1C2，T 2=C2，T 3=C1【知识模块】 计算机组成原理47 【正确答案】 (1)

41、流水线的操作时钟周期 t 按四步操作中最长时间来考虑，所以t=100 ns。(2)两条指令发生数据相关冲突情况：ADD R 1，R 2，R 3； R 2+R3R 1SUB R4，R 1，R 5； R 1R5R 4 两条指令在流水线中执行情况如下表所示。ADD 指令在时钟 4 时将结果写入寄存器堆(R 1)，但 SUB 指令在时钟 3 时读寄存器堆(R t)。本来 ADD 指令应先写入 R1，SUB 指令后读 R1，结果变成 SUB 指令先读R1，ADD 指令后写 R1，因而发生两条指令间的数据相关，如果硬件上不采取措施，第 2 条指令 SUB 至少应推迟 2 个操作时钟周期(2100 ns)。

42、 (3)如果硬件上加以改进(采取旁路技术) ，可推迟 1 个操作时钟周期(100 ns)。【知识模块】 计算机组成原理48 【正确答案】 时空图如图所示。流水线的吞吐率Tp=38100 =375 力口速比=(43)8=1 5 效率 E=(43)(83)100=50 【知识模块】 计算机组成原理49 【正确答案】 (1)硬布线控制与微程序控制器相同之处是根据指令操作码和时序信号，产生各种控制信号，以便正确地建立各种数据通路，完成取指令和执行指令的控制。(2)硬布线控制的优点是，由于控制器的速度取决于电路延迟，所以速度较快。(3)硬布线控制的主要缺点是，由于将控制部件看成专门产生固定时序控制信号的逻辑电路，所以把用最少元件和取得最高速度作为设计目标。一旦设计完成，不可能通过其他的修改添加新功能。(4)微程序控制的主要优点是，与硬布线控制器相比，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点。(5)微程序控制的主要缺点是，由于微程序控制器采用了存储程序原理，所以每条指令都要从控制存储器中取一次，因此影响了速度。【知识模块】 计算机组成原理