计算机组成原理蒋本珊.docx

第六章
１．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？
解：控制器的控制方式可以分为３种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
２．什么是三级时序系统？
解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。
３．控制器有哪些基本功能？它可分为哪几类？分类的依据是什么？
解：控制器的基本功能有：
（１）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。
（２）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
（３）指挥并控制CPU、主存和输入输出设备之间的数据流动。控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３类，分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。
４．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？
解：从程序运行的角度来看，CPU的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。对于冯·诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。中央处理器由运算器和控制器组成。
５．中央处理器中有哪几个主要寄存器？试说明它们的结构和功能。
解：CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器，如程序计数器PC、
指令寄存器IR、存储器地址寄存器MAR、存储器数据寄存器MDR、状态标志寄存器PSWR等。
６．某机CPU芯片的主振频率为８MHz，其时钟周期是多少μs？若已知每个机器周期平均包含４个时钟周期，该机的平均指令执行速度为０．８MIPS，试问：
（１）平均指令周期是多少μs？
（２）平均每个指令周期含有多少个机器周期？
（３）若改用时钟周期为０．４μs的CPU芯片，则计算机的平均指令执行速度又是多少MIPS？
（４）若要得到４０万次／s的指令执行速度，则应采用主振频率为多少MHz的CPU芯片？
解：时钟周期＝１÷８MHz＝０．１２５μs
（１）平均指令周期＝１÷０．８MIPS＝１．２５μs
（２）机器周期＝０．１２５μs×４＝０．５μs
平均每个指令周期的机器周期数＝１．２５μs÷０．５μs÷４＝２．５

（４）主振频率＝４MHz
７．以一条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期中的作用。
（１）程序计数器PC；
（２）指令寄存器IR；
（３）算术逻辑运算部件ALU；
（４）存储器数据寄存器MDR；
（５）存储器地址寄存器MAR。
解：（１）程序计数器PC：存放指令地址；
（２）指令寄存器IR：存放当前指令；
（３）算术逻辑运算部件ALU：进行算逻运算；
（４）存储器数据寄存器MDR：存放写入或读出的数据／指令；
（５）存储器地址寄存器MAR：存放写入或读出的数据／指令的地址。以单地址指令“加１（INCA）”为例，该指令分为３个周期：取指周期、分析取数周期、执行周期。３个周期完成的操作如表６-２所示。

８．什么是指令周期？什么是CPU周期？它们之间有什么关系？
解：指令周期是指取指令、分析取数到执行指令所需的全部时间。CPU周期（机器周期）是完成一个基本操作的时间。一个指令周期划分为若干个CPU周期。
９．指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？
解：指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方法为：
（１）取指令或数据时所处的机器周期不同：取指周期取出的是指令；分析取数或执行周期取出的是数据。
（２）取指令或数据时地址的来源不同：指令地址来源于程序计数器；数据地址来源于地址形成部件。
１０．CPU中指令寄存器是否可以不要？指令译码器是否能直接对存储器数据寄存器MDR中的信息译码？为什么？请以无条件转移指令JMPA为例说明。
解：指令寄存器不可以不要。指令译码器不能直接对MDR中的信息译码，因为在取指周期MDR的内容是指令，而在取数周期MDR的内容是操作数。以JMPA指令为例，假设指令