第五章 中央处理器 习题课
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1、A.C. 23、采用4、CPU 5A.B.C.D. 6A.B.C.D. 78A.B.C.D. 9A. 10A.B.C.D. 11A.B.C.D.12、下列关于动态流水线正确的是()A.动态流水线是在同一时间内,当某些段正在实现某种运算时,另一些段却在进行另一种运算,这样对提高流水线的效率很有好处,但会使流水线控制变得很复杂B. 动态流水线是指运算操作并行C. 动态流水线是指指令步骤并行D. 动态流水线是指程序步骤并行13、流水CPU是由一系列叫做“段”的处理线路组成的。
一个m段流水线稳定时的CPU的吞吐能力,与m个并行部件的CPU 的吞吐能力相比()A.具有同等水平的吞吐能力B.不具备同等水平的吞吐能力C. 吞吐能力大于前者的吞吐能力D. 吞吐能力小于前者的吞吐能力14、设指令由取指、分析、执行3个子部件完成,并且每个子部件的时间均为△t,若采用常规标量流水线处理机(即处理机的度为1 )连续执行12条指令,共需15、若采用度为4的超标量流水线处理机,连续执行上述20条指令,只需16、设指令流水线把一条指令分为取指、分析、执行3个部分,且3部分的时间分别是t取指=2ns,t分析=2ns,t执行=1ns,则100条指令全部执行完毕需17、设指令由取指、分析、执行3个子部件完成,并且每个子部件的时间均为t,若采用常规标量流水线处理机,连续执行8条指令,则流水线的加速比为18、指令流水线中出现数据相关是流水线将受阻,()可解决数据相关问题。
A.增加硬件资源B.采用旁路技术C.采用分支预测技术D.以上都可以19、关于流水线技术的说法,错误的是()A.超标量技术需要配置多个功能部件和指令译码电路等B.与超标量技术和超流水线技术相比,超长指令字技术对优化编译器要求更高,而无其他硬件要求C.流水线按序流动时,在RAM、WAR和WAW中,只可能出现RAW相关D.超流水线技术相当于将流水线在分段,从而提高每个周期内功能部件的使用次数二、综合应用题1、某计算机的数据通路结构如图所示,写出实现ADD R1,(R2)的未操作序列(含取指令及确定后继指令的地址)。
1.【2010年计算机真题】下列寄存器中,汇编语言程序员可见的是( B )。
A.储器地址寄存器(MAR)B.程序计数器(PC)C.存储区数据寄存器(MDR)D.指令寄存器(IR)汇编语言程序员可以通过指定待执行指令的地址来设置PC的值,而IR、MAR、MDR是CPU的内部工作寄存器,对程序员不可见。
2.条件转移指令执行时所依据的条件来自( B )。
A.指令寄存器 B.标志寄存器C.程厣计数器 D.地址寄存器指令寄存器用于存放当前正在执行的指令:程序计数器用于指示欲执行指令的地址;地址寄存器用于暂存指令或数据的地址;程序状态字寄存器用于保存系统的运行状态。
条件转移指令执行时,需对程序状态字寄存器的内容进行测试,判断是否满足转移条件。
3.在CPU的寄存器中,( C )对用户是透明的。
A.程序计数器 B.状态寄存器C.指令寄存器 D.通用寄存器指令寄存器中存放当前执行的指令,不需要用户的任何干预,所以对用户是透明的4.程序计数器(PC)属于( B )。
A.运算器 B.控制器C.存储器 D. ALU控制器是计算机中处理指令的部件,包含程序计数器。
5. CPU中的通用寄存器,( B )。
A.只能存放数据,不能存放地址B.可以存放数据和地址C.既不能存放数据,也不能存放地址D.可以存放数据和地址,还可以替代指令寄存器通用寄存器供用户自由编程,可以存放数据和地址。
而指令寄存器是专门用于存放指令的寄存器,是专用的,不能由通用寄存器代替。
6.指令周期是指( C )。
A. CPU从主存取出一条指令的时间B.CPU执行一条指令的时间C. CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间D.时钟周期时间指令周期包括取指和执行的时间。
7.以下叙述中错误的是( B )。
A.指令周期的第一个操作是取指令B.为了进行取指操作,控制器需要得到相应的指令C.取指操作是控制器自动进行的D.指令执行时有些操作是相同或相似的取指操作是自动进行的,控制器不需要得到相应的指令8.以下叙述中,错误的是( B )。
第五章中央处理器习题参考答案1.请在括号内填入适当答案。
在CPU中:(1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是(指令寄存器IR);(2) 保存当前正在执行的指令地址的寄存器是(程序计数器AR);(3) 算术逻辑运算结果通常放在(通用寄存器)和(数据缓冲寄存器DR)。
2.参见下图(课本P166图5.15)的数据通路。
画出存数指令"STA R1 ,(R2)"的指令周期流程图,其含义是将寄存器R1的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解:"STA R1 ,(R2)"指令是一条存数指令,其指令周期流程图如下图所示:3.参见课本P166图5.15的数据通路,画出取数指令"LDA(R3),RO"的指令周期流程图,其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中,标出各微操作控制信号序列。
5.如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画时序产生器逻辑图。
解:节拍脉冲T1 ,T2 ,T3 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数,此时T1 = T3 =200ns ,T2 = 400 ns ,所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。
为了消除节拍脉冲上的毛刺,环型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。
下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。
根据关系,节拍脉冲T1 ,T2 ,T3 的逻辑表达式如下:T1 = C1·, T2 = , T3 =6.假设某机器有80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
已知微指令长度为32位,请估算控制存储器容量。
解:微指令条数为:(4-1)×80+1=241条取控存容量为:241×32/8=964B7. 某ALU器件使用模式控制码M,S3,S2,S1,C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。
第五章中央处理器一、填空题1、目前CPU包括控制器、运算器和cache。
2、CPU的四个功能是:指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
3、CPU中,保存当前正在执行的指令的寄存器为指令寄存器IR,保存下一条指令地址的寄存器为程序计数器PC,保存CPU访存地址的寄存器为内存地址寄存器MAR。
4、CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做指令周期,它常用若干个机器周期来表示,而后者又包含若干个时钟周期。
5、运算器进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的,所有它是执行部件。
6、在程序执行过程中,控制器控制计算机的运行总是处于取指令、分析指令和执行指令的循环之中。
7、顺序执行时PC的值自动加1,遇到转移和调用指令时,后续指令的地址是从指令寄存器的地址字段取得的。
8、CPU中用于存放当前正在执行的指令并为指令译码器提供信息的部件是指令寄存器IR。
9、状态寄存器是由各种状态标志位拼成的寄存器,如进位标志、溢出标志等。
10、控制器由于设计的方法的不同可分为组合逻辑控制器和微程序控制器。
11、控制器在生成各种控制信号时,必须按照一定的时序进行,以便对各种操作实施时间上的控制。
12、控制器发出的控制信号是空间因素和时间因素的函数,前者是指操作在什么条件下进行,后者是指操作在什么时候进行。
13、在微程序控制中,计算机执行一条指令的过程就是依次执行一个确定的微程序(微指令序列)的过程。
14、组合逻辑控制器又称为硬连线控制器,是由门电路组成的,它可以根据不同的指令产生不同的控制信号。
15、微程序控制器的核心部件是存储微程序的控制存储器,它一般是由只读存储器构成。
16、由于数据通路之间的结构关系,微操作可分为相容性和相斥性两种。
17、微程序入口地址是译码器根据指令的操作码产生的。
18、微指令的编码表示法是把一组相斥的微指令信号编码在一起。
19、微指令执行时,产生后续微地址的方法主要有:直接由微指令的下地址字段指出、根据机器指令的操作码形成。
5.1.2习题精选一、单项选择题1.【2011年计算机联考真题】某机器有一个标志寄存器,其中有进位/借位标志CF 、零标志ZF 、符号标志SF 和溢出标志OF ,条件转移指令bgt (无符号整数比较大子时转移)的转移条件是( )。
A .CF+OF=lB . SF ——+ZF=1C . CF+ZF —————=1D .CF+SF —————=12.【2010年计算机真题】下列寄存器中,汇编语言程序员可见的是( )。
A .储器地址寄存器(MAR)B .程序计数器(PC)C .存储区数据寄存器(MDR)D .指令寄存器(IR)3.下列部件不属于控制器的是( )。
A .指令寄存器B .程序计数器C .程序状态字D .时序电路4.通用寄存器是( )。
A .可存放指令的寄存器B .可存放程序状态字的寄存器C .本身具有计数逻辑与移位逻辑的寄存器D .可编程指定多种功能的寄存器5.CPU 中保存当前正在执行指令的寄存器是( )。
A .指令寄存器B .指令译码器C .数据寄存器D .地址寄存器6.在CPU 中,跟踪后继指令地址的寄存器是( )。
A .指令寄存器B .程序计数器C .地址寄存器D .状态寄存器7.条件转移指令执行时所依据的条件来自( )。
A .指令寄存器B .标志寄存器C .程厣计数器D .地址寄存器8.所谓n 位的CPU ,这里的n 是指( )。
A .地址总线线数B .数据总线线数C .控制总线线数D . I/O 线数9.在CPU 的寄存器中,( )对用户是透明的。
A .程序计数器B .状态寄存器C .指令寄存器D .通用寄存器10.程序计数器(PC)属于( )。
A .运算器B .控制器C .存储器D . ALU11.下面有关程序计数器(PC)的叙述中,错误的是( )。
A . PC 中总是存放指令地址B .PC 的值由CPU 在执行指令过程中进行修改C .转移指令时,PC 的值总是修改为转移目标指令的地址D . PC 的位数一般和存储器地址寄存器(MAR)的位数一样12.在一条无条件跳转指令的指令周期内,PC 的值被修改( )次。
第五章中央处理器(习题参考答案)1.请在括号内填入适当答案。
在CPU中:(1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是(指令寄存器IR);(2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC);(3) 算术逻辑运算结果通常放在(通用寄存器)和(数据缓冲寄存器DR)。
2.参见下图(课本P166图5.15)的数据通路。
画出存数指令"STA R1 ,(R2)"的指令周期流程图,其含义是将寄存器R1的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解:"STA R1 ,(R2)"指令是一条存数指令,其指令周期流程图如下图所示:3.参见课本P166图5.15的数据通路,画出取数指令"LDA(R3),R0"的指令周期流程图,其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中,标出各微操作控制信号序列。
(略)6.假设某机器有80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
已知微指令长度为32位,请估算控制存储器容量。
解:微指令条数为:(4-1)×80+1=241条,取控存容量为:256×32位=1KB8.某机有8条微指令I1-I8,每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。
a-j分别对应10种不同性质的微命令信号。
假设一条微指令的控制字段为8位,请安排微指令的控制字段格式。
解:经分析,(e ,f ,h)和(b, i, j)可分别组成两个小组或两个字段,然后进行译码,可得六个微命令信号,剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制,其整个控制字段组成如下:11.已知某机采用微程序控制方式,其控制存储器容量为512×48(位)。
微程序可在整个控制存储器中实现转移,可控制微程序转移的条件共4个,微指令采用水平型格式,后继微指令地址采用断定方式。
请问:(1)微指令中的三个字段分别应为多少位?(2)画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。
习题51 、中央处理器有哪些基本功能?由哪些基本部件组成?2 、什么是指令周期、CPU 周期和时钟脉冲周期?三者有何关系?3 、参见图5.1所示的数据通路。
画出存数指令“ STOI Rs , (Rd) ”的指令周期流程 图,其含义是将源寄存器 Rs 的内容传送至(Rd)为地址的主存单元中。
4 、参见图5.13所示的数据通路。
画出取数指令“ LDA (Rs),Rd'的指令周期流程 图,其含义是将(Rs)为地址的主存单元的内容传送至目的寄存器 Rdo 标出相应的微操作控制信号序列。
5 、参见图5.15所示的数据通路。
画出加法指令“ ADD Rd, (mem ”的指令周期流程 图,其含义是将 Rd 中的数据与以mem 为地址的主存单元的内容相加,结果传送至目的 寄存器Rd 。
6 、假设CPU 结构如图5.56所示,其中有一个累加寄存器 AC —个状态条件寄存器 和其它4个寄存器,各部分之间的连线表示数据通路,箭头表示信息传送方向。
要求: (1) 标明图中a 、b 、c 、d 这4个寄存器的名称; (2) 简述指令从主存取出到产生控制信号的数据通路; (3)简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路主存傭S3想图5.56 CPU 结构图7 、简述程序与微程序、指令与微指令的区别。
8 、微命令有哪几种编码方法,它们是如何实现的? 9、简述机器指令与微指令的关系。
状态盖件岳存器「慢彳E 控制铝10 、某机的微指令格式中有10个独立的控制字段C0〜C9,每个控制字段有Ni个互斥控制信号,Ni的值如下:请回答:(1) 如果这10个控制字段,采用编码表示法,需要多少控制位?(2) 如果采用完全水平型编码方式,需要多少控制位?11 、假设微地址转移逻辑表达式如下:口A4=P2- ZF • T4口A3=P1・ IR15 • T4口A2=P1- IR14 • T4口A1=P1- IR13 • T4口A0=P1- IR12 • T4其中口A4〜口A0为微地址寄存器的相应位,P1和P2为判别标志,ZF为零标志,IR15〜IR12为指令寄存器IR的相应位,T4为时钟脉冲信号。
第5章CPU的结构和功能一.判断题1.一个指令周期由若干个机器周期组成。
2.非访内指令不需从内存中取操作数,也不需将目的操作数存放到内存,因此这类指令的执行不需地址寄存器参与。
3.组合逻辑控制器比微程序控制器的速度快。
4.流水线中的相关问题是指在一段程序的相邻指令之间存在某种信赖关系,这种关系影响指令的执行。
5.微程序控制控制方式与硬布线控制方式相比,最大的优点是提高了指令的执行速度。
6.微程序控制器中的控制存储器可用PROM、EPROM或闪存实现。
7.指令周期是指人CPU从主存取出一条指令开始到执行这条指令完成所需的时间。
8.控制存储器是用来存放微程序的存储器,它比主存储器速度快。
二.选择题1.CPU组成中不包括。
A.指令寄存器 B.地址寄存器C.指令译码器 D.地址译码器2.程序计数器PC在中。
A.运算器 B.控制器C.存储器 D.I/O接口3.计算机主频的周期是指。
A.指令周期 B.时钟周期C.CPU周期 D.存取周期4.CPU内通用寄存器的位数取决于。
A.存储器容量 B.机器字长C.指令的长度 D.CPU的管脚数5.以硬布线方式构成的控制器也叫。
A.组合逻辑型控制器 B.微程序控制器C.存储逻辑型控制器 D.运算器6.一个节拍脉冲持续的时间长短是。
A.指令周期 B.机器周期C.时钟周期 D.以上都不是7.直接转移指令的功能是将指令中的地址代码送入。
A.累加器 B.地址寄存器C.PC D.存储器8.状态寄存器用来存放。
A.算术运算结果 B.逻辑运算结果C.运算类型 D.算术、逻辑运算及测试指令的结果状态9.微程序放在中。
A.指令寄存器 B.RAMC.控制存储器 D.内存10.某寄存器中的值有时是地址,这只有计算机的才能识别它。
A.译码器 B.判断程序C.指令 D.时序信号11.微程序控制器中,机器指令与微指令的关系是________。
A. 每一条机器指令由一条微指令执行B. 每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行C. 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行D. 一条微指令由若干条机器指令组成12.微指令格式分成水平型和垂直型,前者的位数,用它编写的微程序。