内容发布更新时间 : 2024/11/5 11:37:28星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

R2out Add Zin Zout R3in IRout R1in PCin MDRin Write

将上述18个控制信号组成一个控制字，形成各微指令的控制字如下，其中取指令操作在T1和T2两个时钟周期完成，因为采用水平型直接编码：

T1： 1110 1000 0000 0000 00 T2： 0001 0100 0000 0000 00 ADDT3： 0000 0011 0000 0000 00 ADDT4： 0000 0000 1110 0000 00 ADDT5： 0000 0000 0001 1000 00 LOADT3： 0010 1000 0000 0100 00 LOADT4： 0001 0000 0000 0010 00 STORET3： 0010 0000 0000 0100 00 STORET4： 0000 0010 0000 0000 11 JMPT3： 1000 0001 0000 0000 00 JMPT4： 0000 0000 0110 0100 00 JMPT5： 0000 0000 0001 0001 00 (3) 画出微程序流程图。 根据指令执行过程，列出指令控制流程如下：

00000001ADD0010ADDT300110011ADDT401000100ADDT50000LOAD0110LOADT301110111LOADT40000T1T20001xx10STORE1010STORET310111011STORET40000JMP1110JMPT311111111JMPT410001000JMPT50000

(4) 安排微指令存储地址。以上总共有12条微指令，安排每条微指令在控制存储器中的存储地址如上图中所示。控制存储器的地址为4位，每条微指令的地址如图中每个微指令方框的左上角所示。

(5) 微指令格式设计。设计每条指令的控制字段。上述流程图中只有一个分支，所以在微指令中设置一位BCF字段。每条微指令的下一条微指令地址字段BAF为4位，标注在每个方框的右下角。在多路分支的时候，BAF中的高三位根据操作码以及寻址信息构成。这样完整的微指令格式是：

控制字（18位） BCF(1位) BAF（4位） 各指令代码如下： T1： 1110 1000 0000 0000 00 0 0001 T2： 0001 0100 0000 0000 00 1 xx10 ADDT3： 0000 0011 0000 0000 00 0 0011 ADDT4： 0000 0000 1110 0000 00 0 0100 ADDT5： 0000 0000 0001 1000 00 0 0000

LOADT3： 0010 1000 0000 0100 00 0 0111 LOADT4： 0001 0000 0000 0010 00 0 0000 STORET3： 0010 0000 0000 0100 00 0 1011 STORET4： 0000 0010 0000 0000 11 0 0000 JMPT3： 1000 0001 0000 0000 00 0 1111 JMPT4： 0000 0000 0110 0100 00 0 1000 JMPT5： 0000 0000 0001 0001 00 0 0000

第二条微指令(T2)的下址采用的多路分支方法为： 用指令操作码生成下址的高2位，低2位固定为10。并用一位的BCF字段控制分支地址的生成。微指令格式以及多路分支地址的形成电路如下图所示：

控制字(18位)?控制信号BCFBAF操作码1 0下址

34. 对于上题指令操作，若采用阵列逻辑实现控制器，试画出控制器的状态转换图。 解: (1) 写出各指令的操作步骤。同上。 (2) 画出状态图。控制器的状态转换图如下图所示:

S0S1ADDJMPLOADSTORES5S7S2S9S3S6S8S10S4S11

(3) 列出状态码。每个状态的输出控制信号分别对应于微程序方法中的控制字，即：

S0: 1110 1000 0000 0000 00 S1: 0001 0100 0000 0000 00 S2: 0000 0011 0000 0000 00 S3: 0000 0000 1110 0000 00 S4: 0000 0000 0001 1000 00 S5: 0010 1000 0000 0100 00 S6: 0001 0000 0000 0010 00 S7: 0010 0000 0000 0100 00

S8: S9: S10: S11: 0000 0010 0000 0000 11 1000 0001 0000 0000 00 0000 0000 0110 0100 00 0000 0000 0001 0001 00

41. 对于下列指令序列： MULTD F0,F6,F4 SUBD F8,F0,F2 ADDD F2,F10,F2 指出指令间的数据相关性。

答：指令1和2之间存在关于F0的RAW相关， 指令2和3之间存在关于F2的WAR相关。

42. 在1个5级指令流水线（IF, ID, EXE, MEM, WB）中执行以下指令序列。流水线中具有检测相关性的硬件，并能停顿指令的EXE阶段以解决相关性问题，允许不相关指令提前进入EXE阶段和以后的阶段，假设每条指令都需经过5个流水阶段，每个流水阶段都只需1个周期，流水线中无相关专用通路。 (1) 指出指令序列中的数据相关性；

(2) 画出指令流水线的时空图，指出这些指令的执行（EXE）顺序。 Sub R1,R0,R5 Add R1,R1,R0 Addi R2,R5,1 mult R4, R1,R0 And R6,R2,R0 Add R3,R3,R4 答：（1）指令1与指令2对于R1存在RAW和WAW相关， 指令1与指令4对于R1存在RAW， 指令2与指令4对于R1存在RAW， 指令3与指令5对于R2存在RAW， 指令4与指令6对于R4存在RAW。 （2）时空图： IF ID Ex M IF ID IF IF ID IF ID IF ID W Ex M ID Ex M W Ex M Ex M W Ex M W W W 指令的执行（EXE）顺序为：1? 3? 2 ? 5? 4?6

第八章

9. 用EIA-232-F异步串行通信方式传送十六进制数A816，数据位为8位，偶校验位为1位，停止位1位，请画出波形图。

答：波形图如下

起始位 0 0 0 1 0 1 0 校1 验位 结束位

14. 假设存储器系统采用50MHz时钟，存储器以每周期一个字的速率传输8个字的访问请求，以支持块长为8个字的cache，每字4字节。对于读操作，访问顺序是1个周期接受地址；3个周期延迟；8个周期用于传输8个字。对于写操作，访问顺序是1个周期接受地址；2个周期延迟；8个周期用于传输8个字；3个周期恢复和写入纠错码。对于以下访问模式，求出该存储器的最大带宽：

(1) 全部访问为读操作 (2) 全部访问为写操作

(3) 65%的访问为读操作，35%的访问为写操作 答：(1) 读操作周期时间为

Tm = (1+3+8)×20×10-9 = 240×10-9 (s)

读操作的带宽为

Bm = 8/Tm = 33.3MW/S = 133.3MB/S

(2) 写操作的周期时间为

Tm = (1+2+8+3)×20×10-9 = 280×10-9 (s)

写操作的带宽为

Bm = 8/Tm = 28.6MW/S = 114.4MB/S

(3) 加权平均周期时间为

Tm = (240×0.65 + 280×0.35)×10-9 = 254×10-9 (s)

加权平均带宽为

Bm = 8/Tm = 31.50MW/S = 126.0MB/S

或者采用带宽的加权平均

Bm=133.3×0.65 + 114.4×0.35 = 126.685 MB/S

15. 对于上题的计算机系统，假定处理器采用写回式cache，每条指令中出现cache失效的概率为0.05，40%的cache失效需要进行写回，其余60%只需要进行读操作，cache失效时CPU需要等待，求平均每条指令中用于处理cache失效的等待时钟周期数。 答：从上题得到读操作需要12周期，写操作需要14个时钟周期，读操作时需要写回。这样，

每条指令中用于处理cache失效的时钟周期数为

0.05×0.40×(12 + 14) + 0.05×0.60×12 =0.02×26 + 0.03×12 = 0.52+0.36 = 0.88

第九章

19. 设一个磁盘的平均寻道时间为20ms，传输速率是1MB/s，控制器开销是2ms，转速为每分钟5400转。求读写一个512字节的扇区的平均时间。 答：平均旋转延时 = 0.5/5400转/分 = 0.0056秒 = 5.6ms