计算机组成原理第9章习题1第9章控制单元的功能例9.1设CPU内部采用非总线结构,如图9.1所示。(1)写出取指周期的全部微操作。(2)写出取数指令“LDAM”,存数指令“STAM”,加法指令“ADDM”(M均为主存地址)在执行阶段所需的全部微操作。(3)当上述指令均为间接寻址时,写出执行这些指令所需的全部微操作。(4)写出无条件转移指令“JMPY”和结果为零则转指令“BAZY”在执行阶段所需的全部微操作。MDRMARPCC2C1C5IRC3C7C4C0时钟C6C8ALU�控制信号CU�标志…控制信号ACMDRC9C10C12C11图9.1未采用CPU内部总线方式的数据通路和控制信号解:(1)取指周期的全部微操作如下:PC→MAR;现行指令地址→MAR1→R;命令存储器读M(MAR)→MDR;现行指令从存储器中读至MDRMDR→IR;现行指令→IROP(IR)→CU;指令的操作码→CU译码(PC)+1→PC;形成下一条指令的地址(2)①取数指令“LDAM”执行阶段所需的全部微操作如下:Ad(IR)→MAR;指令的地址码字段→MAR1→R;命令存储器读M(MAR)→MDR;操作数从存储器中读至MDRMDR→ACC;操作数→ACC②存数指令“STAM”执行阶段所需的全部微操作如下:Ad(IR)→MAR;指令的地址码字段→MAR计算机组成原理第9章习题21→W;命令存储器写ACC→MDR;欲写入的数据→MDRMDR→M(MAR);数据写至存储器中③加法指令“ADDM”执行阶段所需的全部微操作如下:Ad(IR)→MAR;指令的地址码字段→MAR1→R;命令存储器读M(MAR)→MDR;操作数从存储器中读至MDR(ACC)+(MDR)→ACC;两数相加结果送ACC(3)当上述指令为间接寻址时,需增加间址周期的微操作。这3条指令在间址周期的微操作是相同的,即Ad(IR)→MAR;指令的地址码字段→MAR1→R;命令存储器读M(MAR)→MDR;有效地址从存储器中读至MDR进入执行周期,3条指令的第一个微操作均为MDR→MAR(有效地址送MAR),其余微操作不变。(4)①无条件转移指令“JMPY”执行阶段的微操作如下:Ad(IR)→PC;转移(目标)地址Y→PC②结果为零则转指令“BAZY”执行阶段的微操作如下:Z·Ad(IR)→PC;当Z=1时,转移(目标)地址Y→PC(Z为标记触发器,结果为0时Z=1)例9.2已知单总线计算机结构如图9.2所示,其中M为主存,XR为变址寄存器,EAR为有效地址寄存器,LATCH为暂存器。图中各寄存器的输入和输出均受控制信号控制,如PCi表示PC的输入控制信号,又如MDRo表示MDR的输出控制信号。假设指令地址已存于PC中,画出“ADDX,D”(X为变址寄存器XR,D为形式地址)和“STA*D”(*表示相对寻址,D为相对位移量)两条指令的指令周期信息流程图,并列出相应的控制信号序列。计算机组成原理第9章习题3图9.2单总线计算机结构示意解:(1)“ADDX,D”指令取指周期和执行周期的信息流程及相应的控制信号,如图9.3所示,图中Ad(IR)为形式地址。图9.3“ADDX,D”指令周期的信息流程及相应的控制信号(2)“STA*D”指令取指周期和执行周期的信息流程及相应的控制信号如图9.4所示,图中Ad(IR)为相对位移量的机器代码。ACCMQXIRPCXRMARMDRLATCHM状态Ki+EARR/WALU地址加法器MARo,R/W=R,MDRiADDX,DPC→Bus→MARM(MAR)→MDRMDR→Bus→IRPCo,MARiMARo,R/W=R,MDRiMDRo,IRi取指(PC)+1→PC(XR)+Ad(IR)→EAREAR→Bus→MARM(MAR)→MDRMDR→Bus→XLATCH→Bus→ACC(ACC)+(X)→LATCH指令执行周期XRo,Ad(IR)o,+,EARiEARo,MARiMDRo,XiACCo,Xo,Ki=+,LATCHiLATCHo,ACCi+1计算机组成原理第9章习题4图9.4“STA*D”指令周期的信息流程及相应的控制信号例9.3设某机主频为8MHz,每个机器周期平均含2个时钟周期,每条指令的指令周期平均有2.5个机器周期,试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS?若机器主频不变,但每个机器周期平均含4个时钟周期,每条指令的指令周期平均有5个机器周期,则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS?由此可得出什么结论?解:根据主频为8MHz,得时钟周期为1/8=0.125μs,机器周期为0.125×2=0.25μs,指令周期为0.25×2.5=0.625μs。(1)平均指令执行速度为1/0.625=1.6MIPS。(2)若机器主频不变,机器周期含4个时钟周期,每条指令平均含5个机器周期,则指令周期为0.125×4×5=2.5μs,故平均指令执行速度为1/2.5=0.4MIPS。(3...