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1、什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系?,指令周期是CPU 取出并执行一条指令所需的全部时间，即完成一条指令的时间。机器周期是所有指令执行过程中的一个基准时间，通常以存取周期作为机器周期。时钟周期是机器主频的倒数，也可称为节拍，它是控制计算机操作的最小单位时间。 一个指令周期包含若干个机器周期，一个机器周期又包含若干个时钟周期，每个指令周期内的机器周期数可以不等，每个机器周期内的时钟周期数也可以不等。,例9.1 设CPU 内部采用非总线结构，如图9.1 所示。 （1）写出取指周期的全部微操作。 （2）写出取数指令“LDA M”，存数指令“STA M”，加法指令“ADD M”（M 均为
2、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“JMP Y”和结果为零则转指令“BAZ Y”在执行阶段所需的全部微操作。,取指周期的全部微操作如下： PCMAR ；现行指令地址MAR 1R ；命令存储器读 M(MAR)MDR ；现行指令从存储器中读至MDR MDRIR ；现行指令IR OP(IR)CU ；指令的操作码CU 译码 (PC) +1PC ；形成下一条指令的地址,取数指令“LDA M”执行阶段所需的全部微操作如下： Ad(IR)MAR ；指令的地址码字段MAR 1R ；命令存储器读 M(MAR)MDR
3、 ；操作数从存储器中读至MDR MDRACC ；操作数ACC,存数指令“STA M”执行阶段所需的全部微操作如下： Ad(IR)MAR ；指令的地址码字段MAR 1W ；命令存储器写 ACCMDR ；欲写入的数据MDR MDRM(MAR) ；数据写至存储器中,加法指令“ADD M”执行阶段所需的全部微操作如下： Ad(IR)MAR ；指令的地址码字段MAR 1R ；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ACC,当为间接寻址时，需增加间址周期的微操作。 Ad(IR)MAR ；指令的地址码字段MAR 1R ；命令存储器读
4、M(MAR)MDR ；有效地址从存储器中读至MDR,例9.2 已知单总线计算机结构如图9.2 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。图中各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MDRo 表示MDR 的输出控制信号。 假设指令地址已存于 PC 中，画出“ADD X，D”（X 为变址寄存器XR，D 为形式地址）和“STA *D”（*表示相对寻址，D 为相对位移量）两条指令的指令周期信息流程图，并列出相应的控制信号序列。,“ADD X，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，如图9.3 所示，图中
5、Ad(IR)为形式地址。,“STA * 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图9.4 所示，图中Ad(IR)为相对位移量的机器代码。,某计算机的CPU内部结构如图所示。两组总线之间的所有数据传送通过ALU。ALU还具有完成如下功能的能力。,F,IR是 的英文缩写； MDR是 的英文缩写； MAR是 的英文缩写； PC是 的英文缩写； SP是 的英文缩写； ALU是 的英文缩写； ? 简述PC的功能。,写出转子指令（JSR）的取指和执行周期的微操作序列。JSR指令占两个字，第一个字是操作码，第二个字是子程序的入口地址。返回地址保存在存储器堆栈中，堆栈指示器始终指向栈顶。,其中：
6、 LA A选择输入器(4in_1out) LB B选择输入器(4in_1out) C、D 暂存器,写出指令ADD (R1)，(R2) +的执行过程（含取指过程与确定后继指令地址）。该指令的含义是进行加法操作，源操作数地址和目的操作数地址分别在寄存器R1和R2中，目的操作数寻址方式为自增型寄存器间址。, (PC)MAR Read M(MAR)MDRIR (PC)+1PC (R1)MAR Read M(MAR)MDRC (R2)MAR Read M(MAR)MDRD (R2)+1R2 (C)+(D)MDR Write MDRMM,例9.3 设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2 个时钟周期，每
7、条指令的指令周期平均有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，每条指令的指令周期平均有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 = 0.125s，机器周期为0.1252 = 0.25s，指令周期为0.252.5 = 0.625s。 （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0.12545 = 2.5s ，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。,设CPU 内部采用总线连接方式，如图所示。,（1）写出完成“LDA X”，“STA X”，“ADD X”（X 均为主存地址）3 条指令所需的全部微操作，并指出哪些控制信号有效。 （2）当上述3 条指令均为间接寻址时，写出完成这些指令所需的全部微操作命令，并指出那些控 制信号有效。,
