计算机组成原理(蒋本珊)第六章.pdf

第六章

１．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？

解：控制器的控制方式可以分为３种：同步控制方式、异步控

制方式和联合控制方式。

同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期

中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容

易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大

数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。异步控制方式的各项

操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决

定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪

费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。联合控制方式是同

步控制和异步控制相结合的方式。

２．什么是三级时序系统？

解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。计算机中每

个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节

拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。

３．控制器有哪些基本功能？它可分为哪几类？分类的依据是什

么？

解：控制器的基本功能有：

（１）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。

（２）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启

动规定的动作。

（３）指挥并控制CPU、主存和输入输出设备之间的数据流动。控

制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３

类，分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器（控制

单元CU）的实现方法不同。

４．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？

解：从程序运行的角度来看，CPU的基本功能就是对指令流和

数据流在时间与空间上实施正确的控制。对于冯·诺依曼结构的计

算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是

由指令流来驱动的。中央处理器由运算器和控制器组成。

５．中央处理器中有哪几个主要寄存器？试说明它们的结构和功

能。

解：CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结

果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存

器两大类。通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以

作为变址寄存器、计数器、地址指针等。专用寄存器是专门用来完成

某一种特殊功能的寄存器，如程序计数器PC、

指令寄存器IR、存储器地址寄存器MAR、存储器数据寄存器MDR、

状态标志寄存器PSWR等。

６．某机CPU芯片的主振频率为８MHz，其时钟周期是多少μs？

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，试问：

（１）平均指令周期是多少μs？

（２）平均每个指令周期含有多少个机器周期？

（３）若改用时钟周期为０．４μs的CPU芯片，则计算机的平均

指令执行速度又是多少MIPS？

（４）若要得到４０万次／s的指令执行速度，则应采用主振频率

为多少MHz的CPU芯片？

解：时钟周期＝１÷８MHz＝０．１２５μs

（１）平均指令周期＝１÷０．８MIPS＝１．２５μs

（２）机器周期＝０．１２５μs×４＝０．５μs

平均每个指令周期的机器周期数＝１．２５μs÷０．５μs÷

４＝２．５

（４）主振频率＝４MHz

７．以一条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的

取指周期和执行周期中的作用。

（１）程序计数器PC；

（２）指令寄存器IR；

（３）算术逻辑运算部件ALU；

（４）存储器数据寄存器MDR；

（５）存储器地址寄存器MAR。

解：（１）程序计数器PC：存放指令地址；

（２）指令寄存器IR：存放当前指令；

（３）算术逻辑运算部件ALU：进行算逻运算；

（４）存储器数据寄存器MDR：存放写入或读出的数据／指令；

（５）存储器地址寄存器MAR：存放写入或读出的数据／指令的地

址。以单地址指