硬件系统设计原理第六章作业2.docx
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硬件系统设计原理第六章作业2
3.若计算机组成部件如图所示:
其中,
PC:
程序计数器IR:
指令寄存器
AC:
累加器MAR:
存储器地址寄存器
MBR:
存储器数据缓冲寄存器MEM:
主存
(1)补充连接线和相应地控制信号,标明单地址指令实现双操作数算术运算的取指和执行过程示意,并用箭头表示方向。
(2)写出取指和执行(采用隐含寻址方式)过程数据通路。
(3)假定一个数据预置到AC中,试写出ADDL指令的指令流程。
解答:
(1)连接如图所示:
(2)取指:
PCMARMEMMBRIR
执行:
采用累加器AC,预先将一个操作数存入AC中,则:
IR(Addr)MARMEMMBR
ALUAC
AC
(3)ADDL指令流程:
4.一个简化的CPU与主存连接结构示意图如下:
(1)请写出a,b,c,d,e,f六个寄存器名称。
(2)写出取指令以及数据从主存取出、运算、写回主存的数据通路。
(3)若数据与结果单元在主存中,试写出完成下述指令序列的数据通路及指令流程。
100H:
LDL
101H:
ADDM
102H:
STN
解答:
(1)a:
MBR;b:
MAR;c:
IR;d:
AC;e:
PC;f:
PSW
(2)取指流程:
PCMARMIR(置入)
读出:
IR(Addr)MARMMBRAC
运算:
ACopMBRAC
写回:
ACMBRM(MAR)
(3)数据通路:
第一条指令:
PC(100H)MARMIR,PC+1PC,即(PC)=101
IR(L)MARMMBRAC
第二条指令:
PC(101H)MARMIR,PC+1PC,即(PC)=102
IR(M)MARMMBR
AC+MBRAC
第三条指令:
PC(102H)MARMIR,PC+1PC
IR(N)MAR
ACMBRM(MAR)
指令流程:
5.某计算机主要部件如图所示:
其中,
AC:
累加器Z:
暂存器IR:
指令寄存器PC:
指令计数器
MAR:
存储器地址寄存器MBR:
存储器缓冲寄存器
R0~R3:
通用寄存器
(1)采用单总线结构,补充各部件之间的连线及相应控制信号(只要求相应的in和out信号);
(2)分别拟出:
LDR0,Addr;STAddr,R0;ADDR0,Addr指令流程和微操作序列。
解答:
(1)连接及相应控制信号如图所示:
(2)指令流程和微操作序列:
6.一双总线机器如下图所示:
其中,
Y:
输入寄存器IR:
指令寄存器PC:
程序计数器
MAR:
存储器地址寄存器MBR:
存储器数据缓冲寄存器
R0~R3:
通用寄存器
(1)图中连线有误。
要求:
实现取指操作;
按立即寻址、直接寻址、相对寻址和变址寻址形成操作数地址;
实现加操作。
请对原图进行修改,不能改变原有的双总线结构。
(2)拟定ADDaddr,R1指令流程。
指令功能为:
(R1)+(addr)→addr。
解答:
(1)修改后的连接图如下所示;
修改时,注意的几个问题:
①实现取指操作,要求通路:
PCMARMMBRIR,PC+1PC
②立即寻址、直接寻址、相对寻址和变址寻址:
若为立即寻址,要求:
IR(imm)MBR;
若为直接寻址,要求:
IR(Addr)MAR直接通路;
若为相对和变址寻址,则要求IR(DISP)MBRY,以便实现:
EA=(PC)+DISP
EA=(RX)+DISP
(2)ADDaddr,R1指令流程:
7.某CPU内含一个ALU,四个通用寄存器R0~R3,两个暂存器C、D,三个用于控制寄存器PC、IR、PSW,二个与主存接口的寄存器MAR、MBR,以及ALU的两个输入选择器A、B。
(1)试画出CPU内部寄存器数据通路图
(2)用寄存器级传送语言形式如R0→R1,描述指令ADD(R1),(R2)+读取指令与执行指令流程。
指令格式为:
OPDST,RST。
(3)针对上述结构,拟定微指令格式,说明各字段功能含义。
该微指令应能分别按指令操作码、源寻址方式、目的寻址方式,实现程序分支。
解答:
(1)CPU内部寄存器数据通路图如下:
(2)ADD(R1),(R2)+指令流程
(3)按功能部件分段,将相斥性微操作放在同一段内,而相容性微操作放在不同段内。
具体安排如下:
AI
BI
ALU
C0
S
CPR
R
W
ST
SC
AI(3位):
选择ALU的A输入端,7输入之一;
BI(3位):
选择ALU的B输入端,7输入之一;
ALU:
选择ALU操作,由操作确定所选位数。
如果选74181,可设5位;
S(2位):
选择DM、SR、SL;
R:
存储器读操作;
W:
存储器写操作;
ST:
辅助字段,如:
01开中断,10关中断;
SC:
顺序控制,微地址给出采用隐含方式:
0000:
顺序执行,由MAR+1给出下一条微指令地址;
0001:
无条件转,由控制字段高位给出全部地址;
0010:
由控制字段给出高位地址,低位由OP断定;
0011:
由控制字段给出高位地址,低位由源寻址方式断定;
0100:
由控制字段给出高位地址,低位由目的寻址方式断定。
8.若上题中ALU没有单独设置输入选择门A、B,那么CPU内部寄存器通路又如何连接,并写出此时ADD(R1),(R2)+指令流程。
解答:
(1)连接如图所示:
(2)ADD(R1),(R2)+指令流程:
9.若上题中除ALU没有单独选择门A、B外,并采用单总线方式又如何连接,并写出此时ADD(R1),(R2)+指令流程。
解答:
(1)连接如图所示:
注:
线路中,A、B为ALU的输入寄存器。
(2)ADD(R1),(R2)+指令流程:
若A、B为ALU的输入寄存器,执行中可以不使用暂存器C、D。
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- 硬件 系统 设计 原理 第六 作业