組成原理經(jīng)典習(xí)題ppt課件.ppt

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1、什么是指令周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期?三者有何關(guān)系?指令周期是CPU取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間,即完成一條指令的時(shí)間。機(jī)器周期是所有指令執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間,通常以存取周期作為機(jī)器周期。時(shí)鐘周期是機(jī)器主頻的倒數(shù),也可稱為節(jié)拍,它是控制計(jì)算機(jī)操作的最小單位時(shí)間。一個(gè)指令周期包含若干個(gè)機(jī)器周期,一個(gè)機(jī)器周期又包含若干個(gè)時(shí)鐘周期,每個(gè)指令周期內(nèi)的機(jī)器周期數(shù)可以不等,每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)的時(shí)鐘周期數(shù)也可以不等。例9.1設(shè)CPU內(nèi)部采用非總線結(jié)構(gòu),如圖9.1所示。(1)寫出取指周期的全部微操作。(2)寫出取數(shù)指令“LDAM”,存數(shù)指令“STAM”,加法指令“ADDM”(M均為主存地址)在執(zhí)行

2、階段所需的全部微操作。(3)當(dāng)上述指令均為間接尋址時(shí),寫出執(zhí)行這些指令所需的全部微操作。(4)寫出無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令“JMPY”和結(jié)果為零則轉(zhuǎn)指令“BAZY”在執(zhí)行階段所需的全部微操作。取指周期的全部微操作如下:PC→MAR;現(xiàn)行指令地址→MAR1→R;命令存儲(chǔ)器讀M(MAR)→MDR;現(xiàn)行指令從存儲(chǔ)器中讀至MDRMDR→IR;現(xiàn)行指令→IROP(IR)→CU;指令的操作碼→CU譯碼(PC)+1→PC;形成下一條指令的地址取數(shù)指令“LDAM”執(zhí)行階段所需的全部微操作如下:Ad(IR)→MAR;指令的地址碼字段→MAR1→R;命令存儲(chǔ)器讀M(MAR)→MDR;操作數(shù)從存儲(chǔ)器中讀至MDRMD

3、R→ACC;操作數(shù)→ACC存數(shù)指令“STAM”執(zhí)行階段所需的全部微操作如下:Ad(IR)→MAR;指令的地址碼字段→MAR1→W;命令存儲(chǔ)器寫ACC→MDR;欲寫入的數(shù)據(jù)→MDRMDR→M(MAR);數(shù)據(jù)寫至存儲(chǔ)器中加法指令“ADDM”執(zhí)行階段所需的全部微操作如下:Ad(IR)→MAR;指令的地址碼字段→MAR1→R;命令存儲(chǔ)器讀M(MAR)→MDR;操作數(shù)從存儲(chǔ)器中讀至MDR(ACC)+(MDR)→ACC;兩數(shù)相加結(jié)果送ACC當(dāng)為間接尋址時(shí),需增加間址周期的微操作。Ad(IR)→MAR;指令的地址碼字段→MAR1→R;命令存儲(chǔ)器讀M(MAR)→MDR;有效地址從存儲(chǔ)器中讀至MDR例

4、9.2已知單總線計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)如圖9.2所示,其中M為主存,XR為變址寄存器,EAR為有效地址寄存器,LATCH為暫存器。圖中各寄存器的輸入和輸出均受控制信號(hào)控制,如PCi表示PC的輸入控制信號(hào),又如MDRo表示MDR的輸出控制信號(hào)。假設(shè)指令地址已存于PC中,畫出“ADDX,D”(X為變址寄存器XR,D為形式地址)和“STA*D”(*表示相對(duì)尋址,D為相對(duì)位移量)兩條指令的指令周期信息流程圖,并列出相應(yīng)的控制信號(hào)序列?!癆DDX,D”指令取指周期和執(zhí)行周期的信息流程及相應(yīng)的控制信號(hào),如圖9.3所示,圖中Ad(IR)為形式地址?!癝TA*D”指令取指周期和執(zhí)行周期的信息流程及相應(yīng)的控制信號(hào)

5、如圖9.4所示,圖中Ad(IR)為相對(duì)位移量的機(jī)器代碼。某計(jì)算機(jī)的CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。兩組總線之間的所有數(shù)據(jù)傳送通過(guò)ALU。ALU還具有完成如下功能的能力。F=A;F=BF=A+1;F=B+1F=A-1;F=B-1FIR是的英文縮寫;MDR是的英文縮寫;MAR是的英文縮寫;PC是的英文縮寫;SP是的英文縮寫;ALU是的英文縮寫;?簡(jiǎn)述PC的功能。寫出轉(zhuǎn)子指令(JSR)的取指和執(zhí)行周期的微操作序列。JSR指令占兩個(gè)字,第一個(gè)字是操作碼,第二個(gè)字是子程序的入口地址。返回地址保存在存儲(chǔ)器堆棧中,堆棧指示器始終指向棧頂。①PC→B,F(xiàn)=B,F(xiàn)→MAR,Read;取指令的第一個(gè)字②PC→B

6、,F(xiàn)=B+1,F(xiàn)→PC③MDR→B,F(xiàn)=B,F(xiàn)→IR④PC→B,F(xiàn)=B,F(xiàn)→MAR,Read;取指令的第二個(gè)字⑤PC→B,F(xiàn)=B+1,F(xiàn)→PC⑥MDR→B,F(xiàn)=B,F(xiàn)→Y⑦SP→B,F(xiàn)=B-1,F(xiàn)→SP,F(xiàn)→MAR;修改棧指針,返回地址壓入堆棧⑧PC→B,F(xiàn)=B,F(xiàn)→MDR,Write⑨Y→A,F(xiàn)=A,F(xiàn)→PC⑩End其中:LA——A選擇輸入器(4in_1out)LB——B選擇輸入器(4in_1out)C、D——暫存器寫出指令A(yù)DD(R1),(R2)+的執(zhí)行過(guò)程(含取指過(guò)程與確定后繼指令地址)。該指令的含義是進(jìn)行加法操作,源操作數(shù)地址和目的操作數(shù)地址分別在寄存器R1和R2中,目的操作

7、數(shù)尋址方式為自增型寄存器間址。⑴(PC)→MAR⑵Read⑶M(MAR)→MDR→IR⑷(PC)+1→PC⑸(R1)→MAR⑹Read⑺M(MAR)→MDR→C⑻(R2)→MAR⑼Read⑽M(MAR)→MDR→D⑾(R2)+1→R2⑿(C)+(D)→MDR⒀Write⒁MDR→MM例9.3設(shè)某機(jī)主頻為8MHz,每個(gè)機(jī)器周期平均含2個(gè)時(shí)鐘周期,每條指令的指令周期平均有2.5個(gè)機(jī)器周期,試問(wèn)該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少M(fèi)IPS?若機(jī)器主頻不變,但每個(gè)機(jī)器周期

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