计算机组成原理(白中英) 第五章 课后题答案

考点：指令流程图

解：流程图及各微操作信号序列如下图（最后的波浪号为公操作）：

考点：时序产生器

解：根据题意，产生 5 个等间隔节拍脉冲，需要 5 个D触发器，其中 4 个作为移位寄存器，状态相继为 1000→1100→1110→1111→0000，因此输出 $T_1-T_5$ 的逻辑表达式分别为：
$$T_1=C_1{C}_2^{\prime }$$

$$T_2=C_2{C}_3^{\prime }$$

$$T_3=C_3{C}_4^{\prime }$$

$$T_4=C_4$$

$$T_5=C_1^{\prime }$$

因此，时序产生器的逻辑图见下：


考点：时序产生器

解：因为 $T_2$ 的宽度为其他两个脉冲的 2 倍，因此共需要 4 个D触发器，状态相继为100→110→111→000，因此输出 $T_1-T_3$ 的逻辑表达式分别为：
$$T_1=C_1{C}_2^{\prime }$$

$$T_2=C_1{C}_2$$

$$T_3=C_1^{\prime }$$

因此，时序产生器的逻辑图见下：


考点：微指令格式的编码表示法

解：由表格可知，相斥的微命令信号有：ai、bfj、eh 等，将互斥的微命令合并为 1 个字段，使用混合表示法：将ai、bfj、eh 分别合并为 1 个字段，因此控制字段如下：


考点：数据通路，指令集系统

解：（1）将 C、D 暂存器直接接在 ALU 的 A、B 两输入端，其余寄存器双向接到单总线上。设计数据通路图如下：

（2）根据（1）中的数据通路图，得到如下结果


考点：微指令格式

解：（1）因为控存容量为 512×48 位，因此一条微指令长度为 48 位，因为控制微程序转移的条件共 4 个，判别字段为 4 位；直接地址字段$=lo{g}_2^{512}=9bit$，则微命令字段$=48-4-9=35bit$
（2）微程序控制器逻辑框图如下：


考点：CPU 流水

解：（1）流水线的操作周期应该按各步操作的最大时间考虑，即100ns
（2）因为在第4步中才送结果，而第2步中进行取数，所以可以停顿2个周期，等前一条指令运算后进行取数操作
（2）可以采用专用通路技术，流水线不需要发生停顿

解：（1）使用流水处理的时空图：

（2）单位时间执行的指令数$=\frac{20}{(5+20-1)\times 100\times 10^{-9}}=8.33\times 10^6$条/秒
（3）加速比$=\frac{20\times 5}{20+5-1}=4.17$