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06年4月考前串讲计算机组成原理第五章

2006-12-15 10:01   【 】【我要纠错

  第5章 控制器

  一、名词解释:

  历年真题:

  (2001年)6.逻辑地址:程序员编程所用的地址以及CPU通过指令访问主存时所产生的地址。 与内存物理地址无固定对应关系的地址。

  (2001年)7.微程序控制器:将执行指令所需要的微命令以代码形式编成微指令序列(微程序),存入一个控制存储器,需要时从该存储器中读取。按这种方式工作的控制器为微程序控制器。

  (2002年)3.控制存储器(CPU内的) :CPU内用于存放实现指令系统全部指令的微程序的只读存储器称为控制存储器。

  (2004年)20.垂直型微指令:一种微指令类型,设置微操作码字段,采用微操作码编码法,由微操作码规定微指令的功能。

  (2005年)23.微程序控制器:将执行指令所需要的微命令以代码形式编成微指令序列(微程序),存入一个控制存储器,需要时从该存储器中读取。按这种方式工作的控制器为微程序控制器。

  近年以来每年考本章的名词解释,所以第五章的名称解释是考试的重点。这里给大家列出了本章的名词解释,大家要熟悉一下,这都是本章的基本概念,有利于做名称解释、选择题、改错题和填空题。

  1.指令周期:从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间。

  2.机器周期:指令执行中每一步操作所需的时间。

  3.指令仿真:通过改变微程序实现不同机器指令系统的方式,使得在一种计算机上可以运行另一种计算机上的指令代码。

  4.指令模拟:在一种计算机上用软件来解释执行另一种计算机的指令。

  5.硬连线逻辑:一种控制器逻辑,用一个时序电路产生时间控制信号,采用组合逻辑电路实现各种控制功能。

  6.微程序:存储在控制存储中的完成指令功能的程序,由微指令组成。

  7.微指令:控制器存储的控制代码,分为操作控制部分和顺序控制部分。

  8.微操作:在微程序控制器中,执行部件接受微指令后所进行的操作。

  9.微地址:微每时令在控制存储器中的存储地址。

  10.控制存储器:CPU内用于存放实现指令系统全部指令的微程序的只读存储器称为控制存储器。

  11.相容性微操作:在同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作。

  12.相斥性微操作:不能在同时或不能在同一个CPU周期内并行执行的微操作。

  二、选择题和填空题:

  2000年:

  4.在取指周期中,是按照( )的内容访问主存,以读取指令。

  A.指令寄存器IR            B.程序状态寄存器PS

  C.存储器数据寄存器MDR         D.程序计数器PC

  「分析」:每一条指令的执行都是从取指令开始,需要对主存储器进行访问。程序计数器PC是用来存放将要读取并执行的指令在主存储器中的地址,对主存储器访问时所需要的地址由程序计数器PC来提供,即需要按程序计数器PC的内容来访问主存储器。

  「答案」:D

  7.在微程序控制中,一个节拍中所需要的一组微命令,被编成一条(   。

  「分析」:控制部件通过控制总线向执行部件发出的控制命令称为微命令,它是计算机中最基本的、不可再分的命令单元。在一个节拍中,一组实现一定功能的微命令的组合构成一条微指令。

  「答案」:微指令

  2002年:

  10.微程序存放在( )。

  A.主存中       B.堆栈中     C.只读存储器中    D.磁盘中

  「分析」:微程序控制的基本思想是把指令执行所需的所有控制信号存放在存储器中,需要时从这个存储器中读取。由于每一条微指令执行时所发出的控制信号是事先设计好的,不需要改变,故此存放所有控制信号的存储器应为只读存储器,并将其集成到CPU内,称其为控制存储器。

  「答案」:C

  11.在微程序控制方式中,机器指令和微指令的关系是( )。

  A.每一条机器指令由一条微指令来解释执行

  B.每一条机器指令由一段(或一个)微程序来解释执行

  C.一段机器指令组成的工作程序可由一条微指令来解释执行

  D.一条微指令由若干条机器指令组成

  「分析」:在微程序控制方式中,控制部件通过控制总线向执行部件发出的各种控制命令称为微命令,在一个CPU周期中,一组实现一定功能的微命令的组合构成一条微指令,有序的微指令序列构成一段微程序。微程序的作用是实现一条对应的机器指令,即每一条机器指令是由一段(或一个)微程序来解释执行的。

  「答案」:B

  2003年:

  7.下列说法中,合理的是( )。

  A.执行各条指令的机器周期数相同,各机器周期的长度均匀

  B.执行各条指令的机器周期数相同,各机器周期的长度可变

  C.执行各条指令的机器周期数可变,各机器周期的长度均匀

  D.执行各条指令的机器周期数可变,各机器周期的长度可变

  「分析」:机器周期是指令执行中每一步操作所需要的时间,一般以CPU中完成一个运算操作所需的时间作为机器周期的基本时间,其长度是均匀的,而各种指令的功能不同,因而各指令执行时所需的机器周期数是可变的。

  「答案」:C

  10.微地址是指微指令( )。

  A.在主存的存储位置         B.在堆栈的存储位置

  C.在磁盘的存储位置         D.在控制存储器的存储位置

  「分析」:微程序控制的基本思想是:把指令执行所需要的所有控制信号存放在控制存储器中,需要时从这个存储器中读取,即把操作控制信号编成微指令,存放在控制存储器中。一条机器指令的功能通常用许多条微指令组成的序列来实现,这个微指令序列称为微程序。微指令在控制存储器中的存储位置称为微地址。

  「答案」:D

  2004年:

  5.在微程序控制中,把操作控制信号编成( )。

  A.微指令        B.微地址       C.操作码      D.程序

  「分析」:微程序控制的基本思想是:把指令执行所需要的所有控制信号存放在控制存储器中,需要时从这个存储器中读取,即把操作控制信号编成微指令,存放在控制存储器中。一条机器指令的功能通常用许多条微指令组成的序列来实现,这个微指令序列称为微程序。微指令在控制存储器中的存储位置称为微地址。

  「答案」:A

  6.从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间称为( )。

  A.时钟周期       B.机器周期       C.工作周期    D.指令周期

  「分析」:指令周期:从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间。机器周期:指令执行中每一步操作所需的时间,又称CPU周期。时钟周期:计算机主频周期。

  「答案」:D

  2005年:

  11.通常,微指令的周期对应一个( )。

  A.指令周期       B.主频周期       C.机器周期    D.工作周期

  「分析」:指令周期:从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间。机器周期:指令执行中每一步操作所需的时间,又称CPU周期。时钟周期:计算机主频周期。微指令周期等于读出一条微指令加上执行该微指令的所需时间。通常微指令周期与指令的机器周期相等。

  「答案」:C

  19.在微程序控制器中,控制存储器由(  )构成,用于存放   。

  「分析」:CPU内用于存放实现指令系统全部指令的微程序的只读存储器称为控制存储器。

  「答案」:只读存储器  微程序

  三、改错题:

  历年真题:

  (2000年)9.单总线结构系统是指:各大功能部件之间用一根信号线连接。

  「答案」:单总线结构系统是指各寄存器及ALU之间的数据通路只用一条总线构成。

  (2002年)2.CPU只是计算机的控制器。

  「分析」:计算机硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部分组成,其中将运算器和控制器合在一起称为中央处理器,简称为CPU.

  「答案」:CPU是由控制器和运算器组成的。

  (2003年)21.硬连线方式是用时序电路产生时间控制信号,用存储逻辑电路实现各种控制功能。

  「分析」:在采用组合逻辑和时钟信号相结合的硬连线控制器中,时间控制信号是由时序电路产生,而各种控制功能则是由组合逻辑电路实现。

  「答案」:硬连线方式是用时序电路产生时间控制信号,用组合逻辑电路实现各种控制功能。

  (2004年)21.在一条微指令中,顺序控制部分的作用是发出指挥全机工作的控制信号。

  「分析」:在一条微指令中,控制字部分的作用是发出指挥全机工作的控制信号;顺序控制部分的作用是产生后继微指令的地址。

  「答案」:在一条微指令中,顺序控制部分的作用是产生后继微指令的地址。

  四、简答题:

  历年真题:

  (2000年)4.在CPU中,哪些寄存器属于控制用的指令部件?它们各起什么作用?(5分)

  「答案」:

  (1)程序计数器PC,提供取指地址,从而控制程序执行顺序。

  (2)指令寄存器IR,存放现行指令,作为产生各种微操作命令的基本逻辑依据。

  (3)程序状态寄存器PS,记录程序运行结果的某些特征标志,或用来设置程序运行方式与优先级,参与形成某些微操作命令。

  (2001年)1.硬连线控制器如何产生微命令?产生微命令的主要条件是哪些?

  「答案」:

  硬连线控制器依靠组合逻辑电路产生命令;(1分)

  组合逻辑电路的输入是产生微命令的条件,主要有:① 指令代码;② 时序信号;③ 程序状态信息与标志位;④ 外部请求信号。(4分)

  (2002年)3.微程序控制器怎么产生操作控制信号,这种控制器有何优缺点?

  「答案」:

  操作控制信号的产生:事先把操作控制信号以代码形式构成微指令,然后存放到控制存储器中,取出微指令时,其代码直接或译码产生操作控制信号。

  优点:规整、易于修改和扩展。

  缺点:速度较慢。

  (2003年)26.当读取并执行一条指令时,控制器的主要功能是什么?

  「答案」:

  ① 从主存取指令,并计算下一条指令在主存中的地址;

  ② 对指令进行译码,产生相应的操作控制信号;

  ③ 控制指令执行的步骤和数据流动的方向。

  (2004年)28.与硬连线控制器相比,微程序控制器有哪些优缺点?

  「答案」:与硬连线控制器相比,微程序控制器的优点是设计规整、易于修改和扩展。缺点是比硬连线控制器速度慢。

  (2005年)28.硬连线控制器主要由哪几部分构成?它是如何产生控制信号的?

  「答案」:硬连线控制器主要由时钟源、环形脉冲发生器、控制信号编码器电路和指令译码器电路构成。硬连线控制器采用组合逻辑与时钟信号结合的方式产生控制信号。

  由上可见,每年都会考本章的简答题。考试的两个重点:一个是硬连线控制器的有关知识,另一个是微程序控制器有关内容。这两方面大家一定重点掌握。

  下面一些知识也要求大家了解

  微程序控制器的构成:控制存储器、微指令寄存器μIR、微地址寄存器μAR、地址转移逻辑等。

  微指令控制字编码的方式:微指令编码的3种方式分别是:直接表示法、编码表示法、混合表示法。

  直接表示法是将每个控制信号都作为微指令中的一个位。这种方法的特点是简单直观,其输出直接用于控制,但编码效率低。

  编码表示法是将微指令进行分组编码,将不同时出现的相斥信号分在一个组中,然后将其编码成较短的代码。这种方法减少了控制存储器所需要的存储器的代码的数量,但是编码的指令代码需要译码器译码,增加了控制信号的延迟,影响CPU的工作频率。

  混合表示法是把直接表示法与编码方法相结合使用,即采用部分直接表示部分编码的方法,将一些速度要求较高,或与其他控制信号都相容的控制信号以直接方式表示,而将剩余信号以编码方式。混合表示法便于综合考虑指令字长、灵活性和执行速度方面的要素。

  微地址的形成方法:(微指令中顺序控制字段的编码)微地址的形成方法有三种方式:计数器方式、断定方式和结合方式。

  计数器方式,又称增量方式。用微程序计数器μPC来产生指令的微地址,将微程序中的各条微指令按顺序安排在控制存储器中,后继地址由现行微地址加上一个增量形成。

  断定方式,根据机器状态决定下一条微指令的地址,下一条微指令的地址包含在当前微指令的代码中。

  结合方式,是将计数器方式和断定方式相结合。

  中央处理器的基本功能:计算机的中央处理器(CPU)具有以下4个方面的基本功能:

  (1)指令控制,即对程序运行的控制;

  (2)操作控制,即对指令内操作步骤的控制;

  (3)数据运算,即对数据进行算术运算和逻辑运算,这是CPU的最基本功能;

  (4)异常处理和中断处理,如处理运算中的溢出等错误情况以及处理外部设备的服务请求等   此外,CPU还具有存储管理、总线管理、电源管理等扩展功能

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