計算機組成原理(白中英) 第五章 課後題答案

考點：指令流程圖

解：流程圖及各微操作信號序列如下圖（最後的波浪號爲公操作）：

考點：時序產生器

解：根據題意，產生 5 個等間隔節拍脈衝，需要 5 個D觸發器，其中 4 個作爲移位寄存器，狀態相繼爲 1000→1100→1110→1111→0000，因此輸出 $T_1-T_5$ 的邏輯表達式分別爲：
$T_1=C_1 C_2'$

$T_2=C_2 C_3'$

$T_3=C_3 C_4'$

$T_4=C_4$

$T_5=C_1'$

因此，時序產生器的邏輯圖見下：


考點：時序產生器

解：因爲 $T_2$ 的寬度爲其他兩個脈衝的 2 倍，因此共需要 4 個D觸發器，狀態相繼爲100→110→111→000，因此輸出 $T_1-T_3$ 的邏輯表達式分別爲：
$T_1=C_1C_2'$

$T_2=C_1 C_2$

$T_3=C_1'$

因此，時序產生器的邏輯圖見下：


考點：微指令格式的編碼表示法

解：由表格可知，相斥的微命令信號有：ai、bfj、eh 等，將互斥的微命令合併爲 1 個字段，使用混合表示法：將ai、bfj、eh 分別合併爲 1 個字段，因此控制字段如下：


考點：數據通路，指令集系統

解：（1）將 C、D 暫存器直接接在 ALU 的 A、B 兩輸入端，其餘寄存器雙向接到單總線上。設計數據通路圖如下：

（2）根據（1）中的數據通路圖，得到如下結果


考點：微指令格式

解：（1）因爲控存容量爲 512×48 位，因此一條微指令長度爲 48 位，因爲控制微程序轉移的條件共 4 個，判別字段爲 4 位；直接地址字段$=log_2^{512}=9bit$，則微命令字段$=48-4-9=35bit$
（2）微程序控制器邏輯框圖如下：


考點：CPU 流水

解：（1）流水線的操作週期應該按各步操作的最大時間考慮，即100ns
（2）因爲在第4步中才送結果，而第2步中進行取數，所以可以停頓2個週期，等前一條指令運算後進行取數操作
（2）可以採用專用通路技術，流水線不需要發生停頓

解：（1）使用流水處理的時空圖：

（2）單位時間執行的指令數$=\frac{20}{(5+20-1)×100×10^{-9}}=8.33×10^6$條/秒
（3）加速比$=\frac{20×5}{20+5-1}=4.17$