计算机组成原理(白中英) 第五章 课后题答案
考点:指令流程图
解:流程图及各微操作信号序列如下图(最后的波浪号为公操作):
考点:时序产生器
解:根据题意,产生 5 个等间隔节拍脉冲,需要 5 个D触发器,其中 4 个作为移位寄存器,状态相继为 1000→1100→1110→1111→0000,因此输出 T1−T5T_1-T_5T1−T5 的逻辑表达式分别为:
T1=C1C2′T_1=C_1 C_2'T1=C1C2′
T2=C2C3′T_2=C_2 C_3'T2=C2C3′
T3=C3C4′T_3=C_3 C_4'T3=C3C4′
T4=C4T_4=C_4T4=C4
T5=C1′T_5=C_1'T5=C1′
因此,时序产生器的逻辑图见下:
考点:时序产生器
解:因为 T2T_2T2 的宽度为其他两个脉冲的 2 倍,因此共需要 4 个D触发器,状态相继为100→110→111→000,因此输出 T1−T3T_1-T_3T1−T3 的逻辑表达式分别为:
T1=C1C2′T_1=C_1C_2'T1=C1C2′
T2=C1C2T_2=C_1 C_2T2=C1C2
T3=C1′T_3=C_1'T3=C1′
因此,时序产生器的逻辑图见下:
考点:微指令格式的编码表示法
解:由表格可知,相斥的微命令信号有:ai、bfj、eh 等,将互斥的微命令合并为 1 个字段,使用混合表示法:将ai、bfj、eh 分别合并为 1 个字段,因此控制字段如下:
考点:数据通路,指令集系统
解:(1)将 C、D 暂存器直接接在 ALU 的 A、B 两输入端,其余寄存器双向接到单总线上。设计数据通路图如下:
(2)根据(1)中的数据通路图,得到如下结果
考点:微指令格式
解:(1)因为控存容量为 512×48 位,因此一条微指令长度为 48 位,因为控制微程序转移的条件共 4 个,判别字段为 4 位;直接地址字段=log2512=9bit=log_2^{512}=9bit=log2512=9bit,则微命令字段=48−4−9=35bit=48-4-9=35bit=48−4−9=35bit
(2)微程序控制器逻辑框图如下:
考点:CPU 流水
解:(1)流水线的操作周期应该按各步操作的最大时间考虑,即100ns
(2)因为在第4步中才送结果,而第2步中进行取数,所以可以停顿2个周期,等前一条指令运算后进行取数操作
(2)可以采用专用通路技术,流水线不需要发生停顿
解:(1)使用流水处理的时空图:
(2)单位时间执行的指令数=20(5+20−1)×100×10−9=8.33×106=\frac{20}{(5+20-1)×100×10^{-9}}=8.33×10^6=(5+20−1)×100×10−920=8.33×106条/秒
(3)加速比=20×520+5−1=4.17=\frac{20×5}{20+5-1}=4.17=20+5−120×5=4.17
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