作業(yè)-第6章-講解

1、1.CPU結(jié)構(gòu)如下圖，其中一個(gè)累加器AC，一個(gè)狀態(tài)寄存器和其他四個(gè)寄存器，各部分的連線表示數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方向，要求：（1）表明圖中abcd四個(gè)寄存器的名稱(chēng)。（2）簡(jiǎn)述指令從主存取指/數(shù)到控制器的數(shù)據(jù)通路。 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器MabcALUAC狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器微操作信號(hào)微操作信號(hào)發(fā)生器發(fā)生器d+1（1）表明圖中abcd四個(gè)寄存器的名稱(chēng)。 a : 和存儲(chǔ)器連接、雙向，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器，即MDR b : 和存儲(chǔ)器連接、單向，存儲(chǔ)器地址寄存器，即MAR c : 和存儲(chǔ)器連接，單向，輸出到微操作信號(hào)發(fā)生器，即指令寄存器IR d : 輸入來(lái)自IR，并且可以+1操作，程序計(jì)數(shù)器，即PC（2）簡(jiǎn)

2、述指令從主存取指/數(shù)到控制器的數(shù)據(jù)通路。 取指令操作： PC內(nèi)容MAR，發(fā)出讀命令； 讀存儲(chǔ)器內(nèi)容IR 取數(shù)據(jù)操作： 地址MAR，發(fā)出讀命令； 讀存儲(chǔ)器內(nèi)容MDR2.參照書(shū)上圖（6.9），根據(jù)以下3條指令的執(zhí)行過(guò)程，寫(xiě)出每條指令執(zhí)行時(shí)的微指令和每個(gè)微指令中的微操作信號(hào)。（1）JMP Disp （PC相對(duì)尋址）（2）Load rs, rs1 （寄存器間接尋址）（3）ADD rs, rs1 （寄存器尋址）（1）JMP Disp （PC相對(duì)尋址） 操作描述：將指令（存放在IR中）disp域的內(nèi)容送PC。分析CPU數(shù)據(jù)通路，只能利用ALU運(yùn)算實(shí)現(xiàn)該功能。 需要2個(gè)機(jī)器周期：取指周期、修改PC周期1、取

3、指周期微操作 PCAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBIR; PC+12、PC修改周期微操作 dispALU; +ALU; ALUPC（2）Load rs, rs1 （寄存器間接尋址） 操作描述：存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令，存儲(chǔ)器的地址由寄存器rs1給出，訪問(wèn)存儲(chǔ)器之后的數(shù)據(jù)放入寄存器rs中。分析CPU數(shù)據(jù)通路，存儲(chǔ)器地址計(jì)算，即將rs1寄存器內(nèi)容送AR,訪問(wèn)存儲(chǔ)器，讀出結(jié)果在DR中，還需要將DR內(nèi)容送寄存器rs中。 需要4個(gè)機(jī)器周期：取指周期、計(jì)算地址周期、讀存儲(chǔ)器周期、結(jié)果回送周期。1、取指周期微操作 PCAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBIR; PC+12、計(jì)算地址周期微操作

4、rs1DR; (rs1)ALU; +ALU; ALUAR3、存儲(chǔ)器讀周期微操作 ARAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBDR4、結(jié)果回送周期微操作 rsGR; DRALU;+ALU; ALUGR（3）ADD rs, rs1 （寄存器尋址） 操作描述：將rs內(nèi)容和rs1內(nèi)容相加，結(jié)果送rs。分析CPU數(shù)據(jù)通路，利用ALU運(yùn)算實(shí)現(xiàn)該功能。 需要2個(gè)機(jī)器周期：取指周期、計(jì)算周期1、取指周期微操作 PCAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBIR; PC+12、PC修改周期微操作 rsGR; (rs)ALU; rs1GR; (rs1)ALU;+ALU; ALUGR4.假設(shè)CPU每條指令

5、機(jī)器周期的產(chǎn)生是由指令的類(lèi)型決定，指令類(lèi)型分2類(lèi)，用變量AB表示，AB=00表示執(zhí)行1周期, AB=01執(zhí)行2周期，AB=1x表示執(zhí)行4周期。周期狀態(tài)00表示取指周期，01代表計(jì)算地址周期，10代表執(zhí)行周期，11代表寫(xiě)回周期?，F(xiàn)要求現(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該功能的邏輯電路（使用JK觸發(fā)器）：（1）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（2）功能表（3）卡諾圖（4）邏輯電路（1）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖00011110AB=00AB00AB=01AB01（2）功能表設(shè)觸發(fā)器狀態(tài)為Q1，Q0。JK觸發(fā)器JK輸入端連接在一起，命名為：N=J1=K1, M=J0=K0ABQ1Q0Q1Q0NM000000000001xxxx0010 xxxx0011xxxx

6、01000101010100010110 xXxx0111xXxx1000010110011011101011011011001111000101110110111110110111110011（3）卡諾圖xxxxx 1 1 1 1 00 01 11 1000 01 11 10 Q1Q0ABxxx11xx1 1 111 1 11 00 01 11 1000 01 11 10 Q1Q0AB N=AQ0 M=A+B (4)邏輯電路Q(chēng)1 Q1J1 CP K1Q0 Q0J0 CP K0&1Q0 A BCPNM5.假設(shè)CPU指令系統(tǒng)有指令4條，如下： mov rs,rs1 add rs,rs1 load

7、 rs,(rs1+disp) store rs,(rs1+disp) 按照書(shū)圖6.9數(shù)據(jù)通路，假設(shè)mov和add占用2個(gè)機(jī)器周期(C1,C2)，load和store占用4個(gè)機(jī)器周期(C1,C2,C3,C4)。要求：（1）寫(xiě)出每個(gè)指令的微操作（2）寫(xiě)出微操作控制信號(hào)“+”(13)和“W/R”(23)的硬布線實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式（1）寫(xiě)出每個(gè)指令的微操作 mov rs,rs1 2 mov rs,rs1 2個(gè)周期：個(gè)周期：1、取指周期 PCAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBIR; PC+12、傳送周期 rs1GR; (rs1)ALU; +ALU; rsGR; ALUGR add rs,rs1

8、2 add rs,rs1 2個(gè)周期：個(gè)周期：1、取指周期 PCAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBIR; PC+12、計(jì)算周期 rs1GR; (rs1)ALU; rsGR; (rs)ALU; +ALU; ALUGRload rs,(rs1+disp) 4load rs,(rs1+disp) 4個(gè)周期：個(gè)周期：1、取指周期 PCAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBIR; PC+12、計(jì)算地址周期 rs1GR; (rs1)ALU; dispALU;+ALU; ALUAR3、取數(shù)周期 ARAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBDR;4、送結(jié)果周期 rsGR; DRALU;

9、 +ALU; ALUGRstore rs,(rs1+disp) 4store rs,(rs1+disp) 4個(gè)周期：個(gè)周期：1、取指周期 PCAB; W/R#=0; M/IO#=1; DBIR; PC+12、計(jì)算地址周期 rs1GR; (rs1)ALU; dispALU;+ALU; ALUAR3、準(zhǔn)備數(shù)據(jù)周期 rsGR; (rs)ALU; +ALU; ALUDR4、寫(xiě)數(shù)周期 ARAB; W/R#=1; M/IO#=1; DRDB;（2）寫(xiě)出微操作控制信號(hào)“+”(13)和“W/R”(23)的硬布線實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式“+”= C2(load+store+add)+ C4(load)“W/R”: C1時(shí)，W/R=