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指令执行。

3.按序写出下列程序所需的全部微操作命令及节拍安排。

指令地址 指 令 LDA 206 ADD 207 BAN 204 STA 205 STP 200 201 202 203 204 4.已知带返转指令的含义如下图所示,写出机器在完成带返转指令时,取指阶段和执行阶段所需的全部微操作及节拍安排。

主程序KK+1M带返转KM+1JMPIK间址特征子程序

5.画出组合逻辑控制单元的组成框图,根据指令处理过程,结合有关部件说明其工作原理。 6.画出微程序控制单元的组成框图,根据指令处理过程,结合有关部件说明其工作原理。 7.试比较组合逻辑设计和微程序设计的设计步骤和硬件组成,说明哪一种控制速度更快,为什么?

8.微指令的操作控制有几种编码方式,各有何特点?哪一种控制速度最快? 9.什么是垂直型微指令?什么是水平型微指令?各有何特点? 10.能否说水平型微指令就是直接编码的微指令,为什么? 11.微指令的地址有几种形成方式?各有何特点?

12.微指令操作控制字段采用直接编码或显式编码时,其微指令字长如何确定?

13.设控制存储器的容量为512×48位,微程序可在整个控存空间实现转移,而控制微程序

转移的条件共有4个(采用直接控制),微指令格式如下:

转移条件下地址操作控制顺序控制

试问微指令中的三个字段分别为多少位? 14.试比较静态微程序设计和动态微程序设计。

15.解释机器指令、微指令、微程序、毫微指令和毫微程序,它们之间有什么对应关系? 16.毫微程序设计的特点是什么?与微程序设计相比,其硬件组成有何不同?

17.假设机器的主要部件有:程序计数器PC,指令寄存器IR,通用寄存器R0、R1、R2、

R3,暂存器C、D,ALU,移位器,存储器地址寄存器MAR,存储器数据寄存器MDR及存储矩阵M。

(1)要求采用单总线结构画出包含上述部件的硬件框图,并注明数据流动方向。

(2)画出ADD (R1),(R2) 指令在取指阶段和执行阶段的信息流程图。R1寄存器存放

原操作数地址,R2寄存器存放目的操作数的地址。 (3)写出对应该流程图所需的全部微操作命令。 18.假设机器的主要部件同17题,外加一个控制门G。

(1)要求采用双总线结构(每组总线的数据流动方向是单向的)画出包含上述部件的

硬件框图,并注明数据流动方向。

(2)画出SUB R1, R3完成 (R1) – (R3)→R1操作的指令周期信息流程图(假设指令地

址已放在PC中),并列出相应的微操作控制信号序列。

19.下表给出8条微指令I1~I8及所包含的微命令控制信号,设计微指令操作控制字段格式,

要求所使用的控制位最少,而且保持微指令本身内在的并行性。

微指令 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 所含的微命令 a b c d e a d f g b h c c e g I a h j c d h a b h 20.设有一运算器通路如下图所示,假设操作数a和b(均为补码)分别放在通用寄存器

R1和R2中,ALU有+、c、M(传送)三种操作功能,移位器可实现左移、右移和直送功能。试回答:

(1)指出相容性微操作和相斥性微操作;

(2)采用字段直接编码方式设计适合于此运算器的微指令格式;

(3)画出计算1/2(a - b)→R2的微程序流程图,试问执行周期需用几条微指令? (4)按设计的微指令格式,写出(3)要求的微代码。

右移R左移L直送V+-MMDR→AR1→AR2→AR3→AA选通门(与或门)移位器ALU+1PC→BR1→BR→BR2→B1R→BR3→B2R3→BB选通门(与或门)R1outR2outR3outPCoutRinR1inR2inR3inPCR1R2R3

第十章 控制单元的设计习题部分答案

1、答:

T0:SP→MAR,1→W,硬件关中断 T1:PC→MDR

T2:MDR→M(MAR),中断识别程序入口地址→PC

4、答:

T0:PC→MAR,1→R

T1:M(MAR)→MDR,(PC)+1→PC T2:MDR→IR,OP(IR) →ID T0:Ad(IR)→MAR,1→W

T1:PC→MDR

T2:MDR→M(MAR),Ad(IR)+1 →PC

5、答:

组合逻辑控制器框图如下所示:

完成一条指令经过取指阶段和执行阶段。取指阶段完成的任务是:根据PC给定的地址发出读命令,访存后取出相应的指令送至IR,再经指令译码器ID给出信号,控制微操作命令序列形成部件,并修改PC。

执行阶段完成的任务是:微操作命令序列形成部件同时还接受时序电路发来的时序信号,在译码输出的共同作用下,按指令操作码的含义,发出一系列微操作命令信号,控制相应部件操作,实现指令功能。

7、答:

首先从设计步骤上比较组合逻辑控制其的设计思想是采用硬布线逻辑。首先根据指令系统,写出对应所有机器指令的全部微操作及其节拍安排,然后列出操作时间表。再写出每一种微操作的逻辑表达式,化简后画出相应的逻辑图,即完成了设计。这种逻辑电路主要是由门电路构成的复杂树形网络,一旦构成后,除非重新设计和物理上对它重新接线,否则要增加新的控制功能是不可能的。

微程序控制器的设计思想是采用存储逻辑。首先根据指令系统,写出对应所有机器指令的全部微操作及其节拍安排,然后列出操作时间表,再根据微操作的数目,经压缩确定微指令的控制方式、下地址形成方式、微指令格式及微指令字长,编写出全部微指令的代码即码点,即完成了设计。最后将微指令的码点注入到ROM中,即可作为微操作的命令信号。 其次从硬件组成上比较

两种控制器的相同之处是:均有PC、IR时序电路,中断机构及状态条件。不同之处主要是微操作命令序列形成部件不同,组合逻辑控制器的接口部件是门电路,微程序控制器的核心部件是控制存储器ROM。

8、答:

微指令中操作控制字段有两种控制方式。

(1) 接控制,其特点是操作控制字段中的每一位代表一个微命令。其优点是简单直观,其输出直接用于控制。缺点是微指令字较长,使控存容量较大。

(2) 码控制,其特点是将微指令操作控制字段分成几个字段,并使每个字段经译码后发出各个微操作命令。每个字段中的微命令必须是互斥的。这种控制方式用较少的二进制信息表示较多的微命令信号,它缩短了微指令字长,但增加了译码电路,使微程序的执行速度降低,这种编码控制又叫显式编码(或称字段直接译码法)。如果字段译码信号不直接用作微操作命令,必须由其他字段或某些特征触发器的状态作补充解释或互相配合,才能使微操作命令有确切含义,即为隐式编码法(或称字段间接译码法),这种方法更能缩短微指令字长。

另外,还可采用混合编码,把直接编码和字段编码混合使用,以便能综合考虑微指令的字长,灵活性和执行微程序的速度等方面的要求,直接控制由于不用译码电路,所以控制速度最快。

9、答:

一条微指令中定义并执行多个并行操作微命令的微指令是水平型微指令,其并行操作能力强,效率高。而且水平型微指令的微命令一般直接控制对象,故执行每条微指令的时间短,又因水平型微指令字长,故可用较少的微指令来实现一条机器指令的功能。

垂直型微指令的结构类是与一般机器指令的结构,由微操作码译码规定微指令的功能。通常一条微指令只能有1-2个微操作命令。因为它要经过译码才控制对象,影响每条微指令的执行时间。而且垂直型微指令字短,实现一条机器指令的微程序要比水平型微指令编写的微程序长得多,它是用较长的微程序结构来换取较短的微指令结构。

10、答:

不能说水平型微指令就是直接编码的微指令,因为水平型微指令是指一次能定义并执行多个并行操作的微命令:从编码方式看,直接编码,字段直接编码,字段间接编码以及直接和字段混合编码都属水平型微指令,只要在一条微命令中定义并执行多个并行操作,即可称为水平型微指令,与编码方式无关,但直接编码速度最快,字段编码要经过译码,故速度受影响。