06年4月考前串講計算機組成原理第五章

歷年真題：

（2001年）6.邏輯地址：程序員編程所用的地址以及CPU通過指令訪問主存時所產(chǎn)生的地址。 與內(nèi)存物理地址無固定對應(yīng)關(guān)系的地址。

（2001年）7.微程序控制器：將執(zhí)行指令所需要的微命令以代碼形式編成微指令序列（微程序），存入一個控制存儲器，需要時從該存儲器中讀取。按這種方式工作的控制器為微程序控制器。

（2002年）3.控制存儲器（CPU內(nèi)的） ：CPU內(nèi)用于存放實現(xiàn)指令系統(tǒng)全部指令的微程序的只讀存儲器稱為控制存儲器。

（2004年）20.垂直型微指令：一種微指令類型，設(shè)置微操作碼字段，采用微操作碼編碼法，由微操作碼規(guī)定微指令的功能。

（2005年）23.微程序控制器：將執(zhí)行指令所需要的微命令以代碼形式編成微指令序列（微程序），存入一個控制存儲器，需要時從該存儲器中讀取。按這種方式工作的控制器為微程序控制器。

近年以來每年考本章的名詞解釋，所以第五章的名稱解釋是考試的重點。這里給大家列出了本章的名詞解釋，大家要熟悉一下，這都是本章的基本概念，有利于做名稱解釋、選擇題、改錯題和填空題。

1.指令周期：從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間。

2.機器周期：指令執(zhí)行中每一步操作所需的時間。

3.指令仿真：通過改變微程序?qū)崿F(xiàn)不同機器指令系統(tǒng)的方式，使得在一種計算機上可以運行另一種計算機上的指令代碼。

4.指令模擬：在一種計算機上用軟件來解釋執(zhí)行另一種計算機的指令。

5.硬連線邏輯：一種控制器邏輯，用一個時序電路產(chǎn)生時間控制信號，采用組合邏輯電路實現(xiàn)各種控制功能。

6.微程序：存儲在控制存儲中的完成指令功能的程序，由微指令組成。

7.微指令：控制器存儲的控制代碼，分為操作控制部分和順序控制部分。

8.微操作：在微程序控制器中，執(zhí)行部件接受微指令后所進行的操作。

9.微地址：微每時令在控制存儲器中的存儲地址。

10.控制存儲器：CPU內(nèi)用于存放實現(xiàn)指令系統(tǒng)全部指令的微程序的只讀存儲器稱為控制存儲器。

11.相容性微操作：在同時或同一個CPU周期內(nèi)可以并行執(zhí)行的微操作。

12.相斥性微操作：不能在同時或不能在同一個CPU周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作。

二、選擇題和填空題：

2000年：

4.在取指周期中，是按照（ ）的內(nèi)容訪問主存，以讀取指令。

A.指令寄存器IR B.程序狀態(tài)寄存器PS

C.存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR D.程序計數(shù)器PC

「分析」：每一條指令的執(zhí)行都是從取指令開始，需要對主存儲器進行訪問。程序計數(shù)器PC是用來存放將要讀取并執(zhí)行的指令在主存儲器中的地址，對主存儲器訪問時所需要的地址由程序計數(shù)器PC來提供，即需要按程序計數(shù)器PC的內(nèi)容來訪問主存儲器。

「答案」：D

7.在微程序控制中，一個節(jié)拍中所需要的一組微命令，被編成一條（ 。

「分析」：控制部件通過控制總線向執(zhí)行部件發(fā)出的控制命令稱為微命令，它是計算機中最基本的、不可再分的命令單元。在一個節(jié)拍中，一組實現(xiàn)一定功能的微命令的組合構(gòu)成一條微指令。

「答案」：微指令

2002年：

10.微程序存放在（ ）。

A.主存中 B.堆棧中 C.只讀存儲器中 D.磁盤中

「分析」：微程序控制的基本思想是把指令執(zhí)行所需的所有控制信號存放在存儲器中，需要時從這個存儲器中讀取。由于每一條微指令執(zhí)行時所發(fā)出的控制信號是事先設(shè)計好的，不需要改變，故此存放所有控制信號的存儲器應(yīng)為只讀存儲器，并將其集成到CPU內(nèi)，稱其為控制存儲器。

「答案」：C

11.在微程序控制方式中，機器指令和微指令的關(guān)系是（ ）。

A.每一條機器指令由一條微指令來解釋執(zhí)行

B.每一條機器指令由一段（或一個）微程序來解釋執(zhí)行

C.一段機器指令組成的工作程序可由一條微指令來解釋執(zhí)行

D.一條微指令由若干條機器指令組成

「分析」：在微程序控制方式中，控制部件通過控制總線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令稱為微命令，在一個CPU周期中，一組實現(xiàn)一定功能的微命令的組合構(gòu)成一條微指令，有序的微指令序列構(gòu)成一段微程序。微程序的作用是實現(xiàn)一條對應(yīng)的機器指令，即每一條機器指令是由一段（或一個）微程序來解釋執(zhí)行的。

「答案」：B

2003年：

7.下列說法中，合理的是（ ）。

A.執(zhí)行各條指令的機器周期數(shù)相同，各機器周期的長度均勻

B.執(zhí)行各條指令的機器周期數(shù)相同，各機器周期的長度可變

C.執(zhí)行各條指令的機器周期數(shù)可變，各機器周期的長度均勻

D.執(zhí)行各條指令的機器周期數(shù)可變，各機器周期的長度可變

「分析」：機器周期是指令執(zhí)行中每一步操作所需要的時間，一般以CPU中完成一個運算操作所需的時間作為機器周期的基本時間，其長度是均勻的，而各種指令的功能不同，因而各指令執(zhí)行時所需的機器周期數(shù)是可變的。

「答案」：C

10.微地址是指微指令（ ）。

A.在主存的存儲位置 B.在堆棧的存儲位置

C.在磁盤的存儲位置 D.在控制存儲器的存儲位置

「分析」：微程序控制的基本思想是：把指令執(zhí)行所需要的所有控制信號存放在控制存儲器中，需要時從這個存儲器中讀取，即把操作控制信號編成微指令，存放在控制存儲器中。一條機器指令的功能通常用許多條微指令組成的序列來實現(xiàn)，這個微指令序列稱為微程序。微指令在控制存儲器中的存儲位置稱為微地址。

「答案」：D

2004年：

5.在微程序控制中，把操作控制信號編成（ ）。

A.微指令 B.微地址 C.操作碼 D.程序

「分析」：微程序控制的基本思想是：把指令執(zhí)行所需要的所有控制信號存放在控制存儲器中，需要時從這個存儲器中讀取，即把操作控制信號編成微指令，存放在控制存儲器中。一條機器指令的功能通常用許多條微指令組成的序列來實現(xiàn)，這個微指令序列稱為微程序。微指令在控制存儲器中的存儲位置稱為微地址。

「答案」：A

6.從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間稱為（ ）。

A.時鐘周期 B.機器周期 C.工作周期 D.指令周期

「分析」：指令周期：從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間。機器周期：指令執(zhí)行中每一步操作所需的時間，又稱CPU周期。時鐘周期：計算機主頻周期。

「答案」：D

2005年：

11.通常，微指令的周期對應(yīng)一個（ ）。

A.指令周期 B.主頻周期 C.機器周期 D.工作周期

「分析」：指令周期：從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間。機器周期：指令執(zhí)行中每一步操作所需的時間，又稱CPU周期。時鐘周期：計算機主頻周期。微指令周期等于讀出一條微指令加上執(zhí)行該微指令的所需時間。通常微指令周期與指令的機器周期相等。

「答案」：C

19.在微程序控制器中，控制存儲器由（ ）構(gòu)成，用于存放 。

「分析」：CPU內(nèi)用于存放實現(xiàn)指令系統(tǒng)全部指令的微程序的只讀存儲器稱為控制存儲器。

「答案」：只讀存儲器 微程序

三、改錯題：

歷年真題：

（2000年）9.單總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指：各大功能部件之間用一根信號線連接。

「答案」：單總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指各寄存器及ALU之間的數(shù)據(jù)通路只用一條總線構(gòu)成。

（2002年）2.CPU只是計算機的控制器。

「分析」：計算機硬件系統(tǒng)是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部分組成，其中將運算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡稱為CPU.

「答案」：CPU是由控制器和運算器組成的。

（2003年）21.硬連線方式是用時序電路產(chǎn)生時間控制信號，用存儲邏輯電路實現(xiàn)各種控制功能。

「分析」：在采用組合邏輯和時鐘信號相結(jié)合的硬連線控制器中，時間控制信號是由時序電路產(chǎn)生，而各種控制功能則是由組合邏輯電路實現(xiàn)。

「答案」：硬連線方式是用時序電路產(chǎn)生時間控制信號，用組合邏輯電路實現(xiàn)各種控制功能。

（2004年）21.在一條微指令中，順序控制部分的作用是發(fā)出指揮全機工作的控制信號。

「分析」：在一條微指令中，控制字部分的作用是發(fā)出指揮全機工作的控制信號；順序控制部分的作用是產(chǎn)生后繼微指令的地址。

「答案」：在一條微指令中，順序控制部分的作用是產(chǎn)生后繼微指令的地址。

四、簡答題：

歷年真題：

（2000年）4.在CPU中，哪些寄存器屬于控制用的指令部件？它們各起什么作用？（5分）

「答案」：

（1）程序計數(shù)器PC，提供取指地址，從而控制程序執(zhí)行順序。

（2）指令寄存器IR，存放現(xiàn)行指令，作為產(chǎn)生各種微操作命令的基本邏輯依據(jù)。

（3）程序狀態(tài)寄存器PS，記錄程序運行結(jié)果的某些特征標志，或用來設(shè)置程序運行方式與優(yōu)先級，參與形成某些微操作命令。

（2001年）1.硬連線控制器如何產(chǎn)生微命令？產(chǎn)生微命令的主要條件是哪些？

「答案」：

硬連線控制器依靠組合邏輯電路產(chǎn)生命令；（1分）

組合邏輯電路的輸入是產(chǎn)生微命令的條件，主要有：① 指令代碼；② 時序信號；③ 程序狀態(tài)信息與標志位；④ 外部請求信號。（4分）

（2002年）3.微程序控制器怎么產(chǎn)生操作控制信號，這種控制器有何優(yōu)缺點？

「答案」：

操作控制信號的產(chǎn)生：事先把操作控制信號以代碼形式構(gòu)成微指令，然后存放到控制存儲器中，取出微指令時，其代碼直接或譯碼產(chǎn)生操作控制信號。

優(yōu)點：規(guī)整、易于修改和擴展。

缺點：速度較慢。

（2003年）26.當讀取并執(zhí)行一條指令時，控制器的主要功能是什么？

「答案」：

① 從主存取指令，并計算下一條指令在主存中的地址；

② 對指令進行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號；

③ 控制指令執(zhí)行的步驟和數(shù)據(jù)流動的方向。

（2004年）28.與硬連線控制器相比，微程序控制器有哪些優(yōu)缺點？

「答案」：與硬連線控制器相比，微程序控制器的優(yōu)點是設(shè)計規(guī)整、易于修改和擴展。缺點是比硬連線控制器速度慢。

（2005年）28.硬連線控制器主要由哪幾部分構(gòu)成？它是如何產(chǎn)生控制信號的？

「答案」：硬連線控制器主要由時鐘源、環(huán)形脈沖發(fā)生器、控制信號編碼器電路和指令譯碼器電路構(gòu)成。硬連線控制器采用組合邏輯與時鐘信號結(jié)合的方式產(chǎn)生控制信號。

由上可見，每年都會考本章的簡答題。考試的兩個重點：一個是硬連線控制器的有關(guān)知識，另一個是微程序控制器有關(guān)內(nèi)容。這兩方面大家一定重點掌握。

下面一些知識也要求大家了解

微程序控制器的構(gòu)成：控制存儲器、微指令寄存器μIR、微地址寄存器μAR、地址轉(zhuǎn)移邏輯等。

微指令控制字編碼的方式：微指令編碼的3種方式分別是：直接表示法、編碼表示法、混合表示法。

直接表示法是將每個控制信號都作為微指令中的一個位。這種方法的特點是簡單直觀，其輸出直接用于控制，但編碼效率低。

編碼表示法是將微指令進行分組編碼，將不同時出現(xiàn)的相斥信號分在一個組中，然后將其編碼成較短的代碼。這種方法減少了控制存儲器所需要的存儲器的代碼的數(shù)量，但是編碼的指令代碼需要譯碼器譯碼，增加了控制信號的延遲，影響CPU的工作頻率。

混合表示法是把直接表示法與編碼方法相結(jié)合使用，即采用部分直接表示部分編碼的方法，將一些速度要求較高，或與其他控制信號都相容的控制信號以直接方式表示，而將剩余信號以編碼方式?；旌媳硎痉ū阌诰C合考慮指令字長、靈活性和執(zhí)行速度方面的要素。

微地址的形成方法：（微指令中順序控制字段的編碼）微地址的形成方法有三種方式：計數(shù)器方式、斷定方式和結(jié)合方式。

計數(shù)器方式，又稱增量方式。用微程序計數(shù)器μPC來產(chǎn)生指令的微地址，將微程序中的各條微指令按順序安排在控制存儲器中，后繼地址由現(xiàn)行微地址加上一個增量形成。

斷定方式，根據(jù)機器狀態(tài)決定下一條微指令的地址，下一條微指令的地址包含在當前微指令的代碼中。

結(jié)合方式，是將計數(shù)器方式和斷定方式相結(jié)合。

中央處理器的基本功能：計算機的中央處理器（CPU）具有以下4個方面的基本功能：

（1）指令控制，即對程序運行的控制；

（2）操作控制，即對指令內(nèi)操作步驟的控制；

（3）數(shù)據(jù)運算，即對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算，這是CPU的最基本功能；

（4）異常處理和中斷處理，如處理運算中的溢出等錯誤情況以及處理外部設(shè)備的服務(wù)請求等 此外，CPU還具有存儲管理、總線管理、電源管理等擴展功能