计算机组成原理第十章控制单元设计

第十章控制单元的设计10.1组合逻辑设计10.2微程序设计一、组合逻辑控制单元框图1.CU外特性IR节拍发生器CUT0T1Tn…CLK（机器主频）…标志012n-1…C0C1Cn操作码译码n

位操作码10.1组合逻辑设计

2.节拍信号CLKT0T1T2T3时钟周期机器周期机器周期T0T1T2T3T0T1T2T310.1组合逻辑设计4计数逻辑计数器3－8译码器ABcy2cy1cy3cy4BAcy1cy2cy3cy400100001010010001011000110.1组合逻辑设计二.微操作的节拍安排采用

同步控制方式CPU

内部结构采用非总线方式一个

机器周期

内有

3

个节拍（时钟周期）

MDRPC

MARIRACCU时钟ALU………C1C2C5C9C0C10C3C7C4C6C12C11C8控制信号标志控制信号10.1组合逻辑设计1.安排微操作时序的原则原则一微操作的先后顺序不得随意更改原则二被控对象不同的微操作尽量安排在一个节拍内完成原则三占用时间较短的微操作尽量安排在一个节拍内完成并允许有先后顺序10.1组合逻辑设计2.取指周期微操作的节拍安排PCMARM(MAR)MDRMDRIR(PC)+1PC原则二原则二原则三3.间址周期微操作的节拍安排M(MAR)MDRMDRAd（IR）T0T1T2T0T1T21ROP(IR)IDAd(IR)MAR1R10.1组合逻辑设计4.执行周期微操作的节拍安排①CLA②COM

③SHRT0T1T2T0T1T2T0T1T2AC0AC0L(AC)

R(AC)0ACACAC10.1组合逻辑设计④CSL⑤STP⑥ADDX⑦STAXR(AC)

L(AC)AC0ACnT0T1T20

GT0T1T2T0T1T2T0T1T2Ad(IR)MARM(MAR)MDR(AC)+(MDR)ACAd(IR)MARACMDRMDRM(MAR)1R1W10.1组合逻辑设计⑧LDAX⑨JMPX⑩BANXT0T1T2Ad(IR)MARM(MAR)MDRMDRACT0T1T2T0T1T2Ad(IR)PC1RA0•Ad(IR)+A0•

PCPC10.1组合逻辑设计5.中断周期微操作的节拍安排T0T1T20MARPCMDRMDRM(MAR)硬件关中断向量地址PC中断隐指令完成1W10.1组合逻辑设计三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0FE取指JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记PCMAR1RM(MAR)MDR(PC)+1PCMDRIROP(IR)ID1IND1EXII间址特征10.1组合逻辑设计三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0

IND间址JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRMDRAd(IR)1EXIND间址周期标志10.1组合逻辑设计T2T1T0EX执行JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRACMDR(AC)+(MDR)ACMDRM(MAR)MDRAC0AC三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表1W10.1组合逻辑设计三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0FE取指JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记PCMAR1RM(MAR)MDR(PC)+1PCMDRIROP(IR)ID1IND1EXII111111111111111111111111111111111111111111111110.1组合逻辑设计三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0

IND间址JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRMDRAd(IR)1EXIND1111111111111111111110.1组合逻辑设计三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0EX执行JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRACMDR(AC)+(MDR)ACMDRM(MAR)MDRAC0AC1W111111111111110.1组合逻辑设计2.写出微操作命令的最简表达式=FE

·T1+IND·T1(ADD+STA+LDA+JMP+BAN)+EX·T1(ADD+LDA)M(MAR)MDR=T1{FE+IND(ADD+STA+LDA+JMP+BAN)+EX(ADD+LDA)}10.1组合逻辑设计3.画出逻辑图特点

思路清晰简单明了

庞杂调试困难修改困难

速度快&&&11&&&&&≥FEINDEXLDAADDJMPBANSTAT1M(MAR)MDR（RISC）&&10.1组合逻辑设计10.2微程序设计一、微程序设计思想的产生1951英国剑桥大学教授Wilkes完成一条机器指令微操作命令1微操作命令2微操作命令n……微指令110100000微指令n微程序00010010存储逻辑一条机器指令对应一个微程序……存入ROM二、微程序控制单元框图及工作原理1.机器指令对应的微程序M+1MM+2P+1KK+2PP+2K+1…取指周期微程序对应LDA操作的微程序对应STA操作的微程序间址周期微程序中断周期微程序10.2微程序设计2.微程序控制单元的基本框图

微地址

形成部件顺序逻辑CMAR地址译码控制存储器标志CLK下地址CMDR至CPU内部和系统总线的控制信号OPIR操作控制顺序控制微指令基本格式10.2微程序设计二、微程序控制单元框图及工作原理M+1MM+2P+1KK+2PP+2K+1…取指周期微程序对应

LDA操作的微程序对应STA

操作的微程序间址周期微程序中断周期微程序M+1M+2P+1P+2K+1K+2MM转执行周期微程序…转取指周期微程序…10.2微程序设计3.工作原理控存M+1MM+2P+1QQ+2PP+2Q+1…取指周期

微程序对应

LDA操作的微程序对应ADD

操作的微程序Q+1Q+2MM+1M+2P+1P+2M………对应STA

操作的微程序K+1K+2MKK+2K+1LDAXADDYSTAZ主存STP用户程序3.工作原理(1)取指阶段MCMARCM(CMAR)CMDR由CMDR发命令形成下条微指令地址Ad(CMDR)CMARCM(CMAR)CMDR由CMDR发命令Ad(CMDR)CMARCM(CMAR)CMDR由CMDR发命令M+1M+2PCMAR1RM(MAR)MDR(PC)+1PCMDRIR0010000M+2…100001M+1M…010010M+2M+1…形成下条微指令地址执行取指微程序10.2微程序设计(2)执行阶段CM(CMAR)CMDR由CMDR发命令Ad(CMDR)CMARCM(CMAR)CMDR由CMDR发命令Ad(CMDR)CMARCM(CMAR)CMDR由CMDR发命令OP(IR)微地址形成部件

CMAR(PCMAR)Ad(CMDR)CMARAd(IR)MAR1RM(MAR)MDRMDRAC00000010P+2…M执行LDA微程序形成下条微指令地址P+1形成下条微指令地址P+2形成下条微指令地址M(MCMAR)01000P+2P+1…0001001P+1P…10.2微程序设计(3)取指阶段CM(CMAR)CMDR由CMDR发命令MCMARPCMAR1R100001M+1M全部微指令存在CM中，程序执行过程中只需读出关键微指令的操作控制字段如何形成微操作命令微指令的后继地址如何形成执行取指微程序……10.2微程序设计三、微指令的编码方式（控制方式）1.直接编码（直接控制）方式在微指令的操作控制字段中

每一位代表一个微操作命令速度最快下地址……控制信号操作控制某位为“1”表示该控制信号有效10.2微程序设计2.字段直接编码方式将微指令的控制字段分成若干“段”每段经译码后发出控制信号每个字段中的命令是互斥的译码…译码…译码…下地址操作控制控制信号缩短了微指令字长，增加了译码时间微程序执行速度较慢10.2微程序设计3.字段间接编码方式4.混合编码直接编码和字段编码（直接和间接）混合使用5.其他…字段1…字段2译码译码译码…操作控制控制信号…字段n下地址……控制信号10.2微程序设计10.2微程序设计四、微地址形成1、公操作入口地址取址阶段第一条微指令的地址——存入0号或1号单元2、初始微地址的形成公操作后第一条微指令的地址——与操作码有关

微地址=OP•C(常数)例如：ADD001SUB010INC011DEC100⁞若常数C选000，则ADD指令初始微地址=001000B10.2微程序设计②二级功能转移法微地址不但与操作码有关，还与操作码的类型有关例如：指令系统算术指令001逻辑指令010转移0指令110……ADD001MUL110………若常数取0000，则ADD微指令的地址=00100100003、后继微地址形成①增量计数器法CMAR=CMAR+1②分支转移转移地址操作控制字段

转移方式转移方式指明判别条件转移地址指明转移成功后的去向4.后继微指令地址形成方式原理图

多路选择地址选择+1CMAR地址译码下地址转移方式CMDR控制存储器…控制信号

分支

逻辑…标志微程序入口OPIR

微地址

形成部件10.2微程序设计五、微指令格式1.水平型微指令如直接编码、字段直接编码、字段间接编码、直接和字段混合编码2.垂直型微指令类似机器指令操作码的方式一次能定义并执行多个并行操作由微操作码字段规定微指令的功能10.2微程序设计3.两种微指令格式的比较(1)水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力强

灵活性强(2)

水平型微指令执行一条机器指令所要的微指令数目少，速度快(3)

水平型微指令用较短的微程序结构换取较长的微指令结构(4)

水平型微指令与机器指令差别大10.2微程序设计六、静态微程序设计和动态微程序设计静态微程序无需改变，采用ROM动态通过改变微指令和微程序改变机器指令有利于仿真，采用

EPROM七、毫微程序设计1.毫微程序设计的基本概念微程序设计用微程序解释机器指令毫微程序设计用毫微程序解释微程序毫微指令与微指令的关系好比微指令与机器指令的关系10.2微程序设计2、毫微程序控制存储器的基本组成

控制存储器（微程序）CMAR1MOPOP转移地址垂直型微指令IR+1CMDR1CMAR2

控制存储器（毫微程序）水平型微指令…控制信号CMDR210.2微程序设计八、串行微程序控制和并行微程序控制取第i+1条微指令执行第

i

条微指令取第

i

条微指令执行第i+1

条微指令执行第i

条微指令取第i

条微指令取第i+1

条微指令执行第i+1

条微指令取第i+2

条微指令执行第i+2

条微指令串行微程序控制并行微程序控制10.2微程序设计1.写出对应机器指令的微操作及节拍安排假设CPU

结构与组合逻辑相同(1)取指阶段微操作分析T0T1T2PCMARM(MAR)MDR(PC)+1PCMDRIROP(IR)微地址形成部件九、微程序设计举例1R若一个T内安排一条微指令则取指操作需3条微指令3条微指令Ad(CMDR)CMAROP(IR)微地址形成部件CMAR还需考虑如何读出这3条微指令?10.2微程序设计(2)取指阶段的微操作及节拍安排考虑到需要形成后继微指令的地址T0T1T2T3T4T51R(PC)+1PCOP(IR)微地址形成部件MARPCCMARAd(CMDR)MDRM(MAR)CMARAd(CMDR)IRMDRCMAROP(IR)10.2微程序设计(3)执行阶段的微操作及节拍安排考虑到需形成后继微指令的地址取指微程序的入口地址M由微指令下地址字段指出•非访存指令①CLA指令T0T1②COM指令T0T1Ad(CMDR)CMARACACCMARAd(CMDR)AC010.2微程序设计④CSL指令T0T1⑤STP指令T1Ad(CMDR)CMARAC0ACnT0CMARAd(CMDR)G0L(AC)R(AC)③SHR指令T0T1AC0AC0R(AC)L(AC)CMARAd(CMDR)10.2微程序设计•访存指令⑥ADD指令T0T1T2T3T4T5Ad(IR)MARAd(CMDR)CMARM(MAR)MDRAd(CMDR)CMAR(AC)+(MDR)ACAd(CMDR)CMAR1R⑦STA指令T0T1T2T3T4T5Ad(IR)MARAd(CMDR)CMARACMDRAd(CMDR)CMARMDRM(MAR)Ad(CMDR)CMAR1W10.2微程序设计⑧LDA指令T0T1T2T3T4T5Ad(IR)MARAd(CMDR)CMARM(MAR)MDRAd(CMDR)CMARMDRACAd(CMDR)CMAR1R10.2微程序设计全部微操作20个微指令38条•转移类指令⑨JMP指令T0T1Ad(IR)PCAd(CMDR)CMAR⑩BAN指令T0T1Ad(CMDR)CMARA0•Ad(IR)+A0•(PC)PC10.2微程序设计2.确定微指令格式(1)微指令的编码方式(2)后继微指令的地址形成方式采用直接控制由机器指令的操作码通过微地址形成部件形成由微指令的下地址字段直接给出(3)微指令字长由20个微操作确定操作控制字段最少20位由38条微指令确定微指令的下地址字段为6位微指令字长可取20＋6＝26位10.2微程序设计(4)微指令字长的确定1条18条38条微指令中有19条是关于后继微指令地址CMAROP(IR)CMARAd(CMDR)CMAR其中若用Ad(CMDR)直接送控存地址线则省去了打入CMAR的时间，省去了CMAR同理OP(IR)微地址形成部件控存地址线可省去19条微指令，2个微操作38－19＝19

下地址字段最少取5位20－2＝18操作控制字段最少取18位10.2微程序设计18位考虑留有一定的余量取操作控制字段下地址字段5位共30位(6)定义微指令操作控制字段每一位的微操作012232429……24位6位多路选择OPIR下地址控制存储器…CMDR控制信号

微地址

形成部件(5)省去了CMAR的控制存储器10.2微程序设计3.编写微指令码点1116LDA12111ADD11004COM03CLA111011100微指令地址(八进制)微程序名称110011000000010001000000000000000010微指令（二进制代码）操作控制字段下地址字段117001000取指0220××××××000010010010000000272625242310432129280……150（一）单项选择题1. 微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是

B。

A.每一条机器指令由一条微指令来执行

B.每一条机器指令由一段微指令编写的微程序来解释执行

C.每一条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2. 由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一次主存所花的时间较长，因此机器周期通常用

A来规定。

A.主存中读取一个指令字的最短时间

B.主存中读取一个数据字的最长时间

C.主存中写入一个数据字的平均时间

D.主存中读取一个数据字的平均时间3. 在计算机系统中表征系统运行时序状态的部件是

D

。

A.程序计数器B.累加计数器

C.中断计数器D.程序状态字514．计算机操作的最小时间单位是（A）。

A.时钟周期B．指令周期C.CPU周期D.微指令周期5．程序状态字寄存器用来存放（D）。

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6. 硬布线控制器是一种（A）控制器。

A．组合逻辑B．时序逻辑C．存储逻辑D．同步逻辑7．组合逻辑控制器中，微操作信号的形成主要与（B）信号有关。

A．指令操作码和地址码B．指令译码信号和时钟

C．操作码和条件码D．状态信号和条件8.某寄存器中的值有时是地址，有时是数据，这只有计算机的（C）才能识别它。

A．译码器B．判断程序C．指令D．时序信号529.下列部件中不属于执行部件的是（A）。

A.控制器B.存储器C.运算器D.外围设备10．微程序控制器中，微程序的入口地址是由（C）形成的。

A.机器指令的地址码字段B.微指令的微地址码字段

C.机器指令的操作码字段D.微指令的微操作码字段11．用PLA可编程器件设计的操作控制器称为PLA控制器。从技术实现的途径来说，PLA控制器是一种（B）。

A.用存储逻辑技术设计的控制器

B.用组合逻辑技术设计的控制器

C.用微程序技术设计的控制器D.都不是12．有关运算器的描述，（C）是正确的。

A.只做加法B.只做算术运算

C.既做算术运算又做逻辑运算D.只做逻辑运 13．在微程序控制中,把操作控制信号编成(

A

)。

A.微指令B.微地址C.操作码D.程序5314．微地址是指微指令的(

D

)。

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15．CPU中通用寄存器的长度取决于(

B

)。

A.存储器容量B.机器字长

C.指令长度D.CPU功能16．在运算器中,必须有一个部件能提供在内存中的地址,服务于就读指令,并接收下条将被执行的指令地址,这个部件是(

B

)。

A.指令寄存器B.控制器

C.运算器和控制器D.运算器,控制器和主存17．在计算机系统中,表征系统运行状态的部件是(

C

)。

A.指令寄存器B.程序计数器

C.程序状态寄存器D.地址译码器5418．指令译码器对（B）进行译码。

A.整条指令B.指令中的操作码字段

C.指令的地址C.指令中的操作数字段19．机器指令代码中地址字段的作用是（C），微指令代码中地址字段的作用是（A）

A．确定执行顺序B.存取地址

C.存取数据D.存储指令20．组合逻辑控制器,微操作信号的形成主要与(

B

)信号有关。

A.指令操作码和地址码B.指令译码信号和时钟

C.操作码和条件码D.状态信号和条件21．某寄存器中的信息有时是地址,有时是数据,这只有计算机的(

C

)才能识别它。

A.译码器B.判断程序C.指令D.时序信号55

（二）综合应用题

1．假设主机框图如下图所示，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。

(1)标明图中X、Y、Z、W四个寄存器的名称。

(2)简述取指令的数据通路。

(3)简述取数指令和存数指令执行阶段的数据通路。

【解】：(1)图中X为存储器数据寄存器MDR，Y为存储器地址寄存器MAR，Z为指令寄存器IR，W为程序计数器PC。

(2)取指令的数据通路是：WYMXZ。

(3)取数指令是将指令地址码字段指出的存储单元的内容读到AC中。由于图中X(MDR)与AC无直接通路，要经过ALU实现数据传送，故执行阶段的数据通路是：X(或z)YMXALUAC。存数指令是将AC的内容存入指令地址码字段指出的存储单元中，其执行阶段的数据通路是先置地址x(或z)YM，然后ACXM。56主机框图57 2．设CPU内有下列部件：Pc、IR、SP、Ac、MAR、MDR和CU，要求：

(1)写出完成间接寻址的取数指令LDA@x(将主存某单元的内容取至Ac中)的信息流。

(2)画出中断周期的信息流，并简要说明。

【解】:(1)完成间接寻址的取数指令包括取指、间址和执行三个阶段。

取指阶段的信息流：

PCMAR地址线

CU发出读存储器命令

M数据线MDRIR，至此指令读至IROP(IR)CU，指令操作码送CU分析

(Pc)+1Pc，形成下一条指令地址

间址阶段的信息流：

MDR(或IR)的地址码字段MAR地址线

CU发出读存储器命令

M数据线MDR，至此有效地址读至MDR58

执行阶段的信息流：

MDRMAR地址线

CU发出读存储器命令

M数据线MDRAc，至此数据读至Ac中(2)中断周期的信息流在中断周期内需将程序断点(在Pc中)保存起来，通常把断点存入堆栈。假设进栈操作是先修改堆栈指针，后存入数据，则中断周期的信息流如下图所示。具体可描述为：

CU控制(SP)-1SPMAR地址线

CU发出写存储器命令

PcMDR数据线存储器

CU将向量地址(硬件向量法)或中断识别程序入口地址(软件查询法)一Pc。59中断周期信息流60

3．回答下列问题：

(1)一个完整的指令周期包括哪些CPU工作周期?(2)中断周期前和中断周期后各是CPU的什么工作周期?(3)DMA周期前和DMA周期后各是CPU的什么工作周期?【解】(1)一个完整的指令周期包括取指周期、间址周期、执行周期和中断周期。其中取指和执行周期是每条指令都有的。间址周期只有间接寻址(存储器间接寻址)的指令才有。中断周期只有在条件满足时才有。

(2)中断周期前是执行周期，中断周期后是取指周期。

(3)DMA周期前可以是取指周期、执行(取数和存数)周期或中断周期，DMA周期后也可以是取指周期、执行(取数或存数)周期或中断周期。总之，DMA周期前后都是存取周期。61 4．设CPU内的部件有：Pc、IR、MAR、MDR、Acc、ALU、CU，且采用非总线结构。

(1)写出取指周期的全部微操作。

(2)写出取数指令LDAx，存数指令STAx，加法指令ADDx(x均为主存地址)在执行阶段所需的全部微操作。

(3)当上述指令均为间接寻址时，写出执行这些指令所需的全部微操作。

(4)写出无条件转移指令JMPY和结果为零则转指令BAZY在执行阶段所需的全部微操作。

【解】：(1)取指周期的全部微操作

PcMAR;现行指令地址MAR1R;命令存储器读

M(MAR)MDR;现行指令从存储器中读至MDRMDRIR;现行指令IROP(IR)CU;指令的操作码CU译码

(Pc)+1PC;形成下一条指令的地址62

(2)①取数指令LDAx执行阶段所需的全部微操作

Ad(IR)MAR;指令的地址码字段MAR1R;命令存储器读

M(MAR)MDR;操作数从存储器中读至MDRMDRACC;操作数ACC②存数指令STAx执行阶段所需的全部微操作

Ad(IR)MAR;指令的地址码字段MAR1W;命令存储器写

ACCMDR;欲写入的数据MDRMDRM(MAR);数据写至存储器中③加法指令ADDX执行阶段所需的全部微操作

Ad(IR)MAR;指令的地址码字段MAR1R;命令存储器读

M(MAR)MDR;操作数从存储器中读至MDR(ACC)+(MDR)ACC;两数相加结果送ACC63

(3)当上述指令为间接寻址时，需增加间址周期的微操作。这三条指令在间址周期的微操作是相同的，即

Ad(IR)MAR;指令的地址码字段MAR1R;命令存储器读

M(MAR)MDR;有效地址从存储器中读至MDR

进入执行周期，三条指令的第一个微操作均为

MDRMAR(有效地址送MAR)，其余微操作不变。

(4)①无条件转移指令JMFY执行阶段的微操作

Ad(IR)PC;转移(目标)地址YPC②结果为零则转指令BAZY执行阶段的微操作

Z·Ad(IR)Pc;当Z=1时，转移(目标)地址YPC(Z为标记触发器，结果为0时Z=1)64

5.设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有2.5个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS?若机器主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有5个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS?由此可得出什么结论?【解】根据主频为8MHz，得 时钟周期为:1／8=0.125us，机器周期为:0.125x2=0.25us，指令周期为:0.25x2.5=0.625us。

(1)平均指令执行速度为1／0.625=1.6MIPS。

(2)若机器主频不变，机器周期含4个时钟周期，每条指令平均含5个机器周期，则指令周期为0.125x4x5=2.5us，故平均指令执行速度为1／2.5=0.4MIPS,，

(3)可见机器的速度并不完全取决于主频。65 6．某CPU的主频为8MHz，若已知每个机器周期平均包含4个时钟周期，该机的平均指令执行速度为0.8MIPS，试求该机的平均指令周期及每个指令周期含几个机器周期?若改用时钟周期为0.4us的CPU芯片，则计算机的平均指令执行速度为多少MIPS?若要得到平均每秒40万次的指令执行速度，则应采用主频为多少的CPU芯片?

66【解】由主频为8MHz，得时钟周期为1／8=0.125us，机器周期为0.125x4=0.5us。

(1)根据平均指令执行速度为0.8MIPS，得 平均指令周期为:1／0.8=1.25us。

(2)每个指令周期含1.25／0.5=2.5个机器周期。

(3)若改用时钟周期为0.4uS的CPU芯片，即主频为1／0.4=2.5MHz，则根据平均指令速度与机器主频有关，得平均指令执行速度为:(0.8MIPSx2.5MHz)／8MHz=0.25MIPS。

(4)若要得到平均每秒40万次的指令执行速度，即0.4MIPS，则CPU芯片的主频应为:(8MHzx0.4MIPS)／0.8MIPS=4MHz。67 7．已知单总线计算机结构如下图1所示，其中M为主存，XR为变址寄存器，EAR为有效地址寄存器，LATCH为暂存器。假设指令地址已存于PC中，画出ADDX，D指令周期信息流程图，并列出相应的控制信号序列。说明：

(1)ADDX，D指令字中X为变址寄存器XR，D为形式地址。

(2)寄存器的输入和输出均受控制信号控制，如PCi表示PC的输入控制信号，又如MDR0表示MDR的输出控制信号。

(3)凡是需要经过总线实现寄存器之间的传送，需在流程图中注明，如PCBusMAR，相应的控制信号为PC0，和MARi。

【解】完成ADDX，D指令取指周期和执行周期的信息流程及相应的控制信号如下图2所示，图中Ad(IR)为形式地址。68

图1.单总线计算机结构示意图69图2.完成ADDX,D指令的信息流程及相应控制信号70

8.

已知某机器采用微程序控制方式，其控制存储器容量为512×48位。微指令字长48位，微指令可在整个存储器中实现转移，可控制微程序转移的条件共4个（直接控制），微指令采用水平型格式，如图所示。

I操作字段I顺序控制I1)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。答：从题中可知下地址字段9位（512字长）；判别测试字段4位，微指令操作控制字段48-9-4=35位。

2）略

微指令字段判别测试字段下地址字段71 9.已知某CPU采用微程序控制方式，其控制存储器容量为512*32bit(其中512是地址长度即地址范围，32表示为位数）。微程序可以在整个控制存储器中实现转移，控制微程序转移的条件由5个，微程序采用水平型格式，后续微地址采用断定方式。微指令格式为:说明微指令中的三个地址段应分别为多少位？解：已知控制存器有512个单元,故下一条微地址段应为9bit。又已知有5个测试条件，若采用直接表示法，故需5位。这样微命令字段即为32-5-9=18bit。因此，微指令格式为:18bit5bit9bit

微命令

判别测试下一条微地址

微操作码判别测试下一条微地址7210.某计算机字长16位，采用16位定长指令字结构，部分数据通路结构如下图所示，图中所有控制信号为1时表示有效、为0时表示无效，例如控制信号MDRinE为l表示允许数据从DB打入MDR，MDRin为1表示允许数据从内总线打入MDR。假设MAR的输出一直处于使能状态。加法指令“ADD(R1)，R0”的功能为(R0)+((R1))(R1)，即将R0中的数据与R1的内容所指主存单元的数据相加，并将结果送入R1的内容所指主存单元中保存。下表给出了上述指令取指和译码阶段每个节拍(时钟周期)的功能和有效控制信号，请按表中描述方式用表格列出指令执行阶段每个节拍的功能和有效控制信号。

时钟功能有效控制信号C1MAR(PC)PCout，MARinC2MDRM(MAR),PC

(PC)+1

MemR，MDRinE,PC+1C3IR(MDR)MDRout，IRinC4指令译码

无7374解：一条指令的执行过程通常由取指、译码和执行3个步骤完成，本题