第5章 控制器$lesson$

　　一、名詞解釋：轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com

　　歷年真題：

　?。?001年）6.邏輯地址：程序員編程所用的地址以及CPU通過指令訪問主存時所產(chǎn)生的地址。 與內(nèi)存物理地址無固定對應(yīng)關(guān)系的地址。

　　（2001年）7.微程序控制器：將執(zhí)行指令所需要的微命令以代碼形式編成微指令序列（微程序），存入一個控制存儲器，需要時從該存儲器中讀取。按這種方式工作的控制器為微程序控制器。

　?。?002年）3.控制存儲器（CPU內(nèi)的） ：CPU內(nèi)用于存放實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)全部指令的微程序的只讀存儲器稱為控制存儲器。

　?。?004年）20.垂直型微指令：一種微指令類型，設(shè)置微操作碼字段，采用微操作碼編碼法，由微操作碼規(guī)定微指令的功能。

　?。?005年）23.微程序控制器：將執(zhí)行指令所需要的微命令以代碼形式編成微指令序列（微程序），存入一個控制存儲器，需要時從該存儲器中讀取。按這種方式工作的控制器為微程序控制器。

　　近年以來每年考本章的名詞解釋，所以第五章的名稱解釋是考試的重點(diǎn)。這里給大家列出了本章的名詞解釋，大家要熟悉一下，這都是本章的基本概念，有利于做名稱解釋、選擇題、改錯題和填空題。

　　1.指令周期：從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間。

　　2.機(jī)器周期：指令執(zhí)行中每一步操作所需的時間。

　　3.指令仿真：通過改變微程序?qū)崿F(xiàn)不同機(jī)器指令系統(tǒng)的方式，使得在一種計算機(jī)上可以運(yùn)行另一種計算機(jī)上的指令代碼。

　　4.指令模擬：在一種計算機(jī)上用軟件來解釋執(zhí)行另一種計算機(jī)的指令。

　　5.硬連線邏輯：一種控制器邏輯，用一個時序電路產(chǎn)生時間控制信號，采用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

　　6.微程序：存儲在控制存儲中的完成指令功能的程序，由微指令組成。

　　7.微指令：控制器存儲的控制代碼，分為操作控制部分和順序控制部分。

　　8.微操作：在微程序控制器中，執(zhí)行部件接受微指令后所進(jìn)行的操作。

　　9.微地址：微每時令在控制存儲器中的存儲地址。

　　10.控制存儲器：CPU內(nèi)用于存放實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)全部指令的微程序的只讀存儲器稱為控制存儲器。

　　11.相容性微操作：在同時或同一個CPU周期內(nèi)可以并行執(zhí)行的微操作。

　　12.相斥性微操作：不能在同時或不能在同一個CPU周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作。

　　二、選擇題和填空題：

　　2000年：

　　4.在取指周期中，是按照（?。┑膬?nèi)容訪問主存，以讀取指令。

　　A.指令寄存器IR　　　　　　　　　　　　B.程序狀態(tài)寄存器PS

　　C.存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR 　　　　　　　　D.程序計數(shù)器PC

　　「分析」：每一條指令的執(zhí)行都是從取指令開始，需要對主存儲器進(jìn)行訪問。程序計數(shù)器PC是用來存放將要讀取并執(zhí)行的指令在主存儲器中的地址，對主存儲器訪問時所需要的地址由程序計數(shù)器PC來提供，即需要按程序計數(shù)器PC的內(nèi)容來訪問主存儲器。

　　「答案」：D

　　7.在微程序控制中，一個節(jié)拍中所需要的一組微命令，被編成一條（　　　。

　　「分析」：控制部件通過控制總線向執(zhí)行部件發(fā)出的控制命令稱為微命令，它是計算機(jī)中最基本的、不可再分的命令單元。在一個節(jié)拍中，一組實(shí)現(xiàn)一定功能的微命令的組合構(gòu)成一條微指令。

　　「答案」：微指令

　　2002年：

　　10.微程序存放在（?。?/P>

　　A.主存中　　 　　　　B.堆棧中　　　　　C.只讀存儲器中　　　　D.磁盤中

　　「分析」：微程序控制的基本思想是把指令執(zhí)行所需的所有控制信號存放在存儲器中，需要時從這個存儲器中讀取。由于每一條微指令執(zhí)行時所發(fā)出的控制信號是事先設(shè)計好的，不需要改變，故此存放所有控制信號的存儲器應(yīng)為只讀存儲器，并將其集成到CPU內(nèi)，稱其為控制存儲器。

　　「答案」：C

　　11.在微程序控制方式中，機(jī)器指令和微指令的關(guān)系是（?。?。

　　A.每一條機(jī)器指令由一條微指令來解釋執(zhí)行

　　B.每一條機(jī)器指令由一段（或一個）微程序來解釋執(zhí)行

　　C.一段機(jī)器指令組成的工作程序可由一條微指令來解釋執(zhí)行

　　D.一條微指令由若干條機(jī)器指令組成

　　「分析」：在微程序控制方式中，控制部件通過控制總線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令稱為微命令，在一個CPU周期中，一組實(shí)現(xiàn)一定功能的微命令的組合構(gòu)成一條微指令，有序的微指令序列構(gòu)成一段微程序。微程序的作用是實(shí)現(xiàn)一條對應(yīng)的機(jī)器指令，即每一條機(jī)器指令是由一段（或一個）微程序來解釋執(zhí)行的。

　　「答案」：B

　　2003年：

　　7.下列說法中，合理的是（?。?/P>

　　A.執(zhí)行各條指令的機(jī)器周期數(shù)相同，各機(jī)器周期的長度均勻

　　B.執(zhí)行各條指令的機(jī)器周期數(shù)相同，各機(jī)器周期的長度可變

　　C.執(zhí)行各條指令的機(jī)器周期數(shù)可變，各機(jī)器周期的長度均勻

　　D.執(zhí)行各條指令的機(jī)器周期數(shù)可變，各機(jī)器周期的長度可變

　　「分析」：機(jī)器周期是指令執(zhí)行中每一步操作所需要的時間，一般以CPU中完成一個運(yùn)算操作所需的時間作為機(jī)器周期的基本時間，其長度是均勻的，而各種指令的功能不同，因而各指令執(zhí)行時所需的機(jī)器周期數(shù)是可變的。

　　「答案」：C

　　10.微地址是指微指令（?。?。

　　A.在主存的存儲位置 　　　　　　　　B.在堆棧的存儲位置

　　C.在磁盤的存儲位置 　　　　　　　　D.在控制存儲器的存儲位置

　　「分析」：微程序控制的基本思想是：把指令執(zhí)行所需要的所有控制信號存放在控制存儲器中，需要時從這個存儲器中讀取，即把操作控制信號編成微指令，存放在控制存儲器中。一條機(jī)器指令的功能通常用許多條微指令組成的序列來實(shí)現(xiàn)，這個微指令序列稱為微程序。微指令在控制存儲器中的存儲位置稱為微地址。

　　「答案」：D

　　2004年：

　　5.在微程序控制中，把操作控制信號編成（?。?。

　　A.微指令　　　　　　　　B.微地址　　　　　　　C.操作碼　　　　　　D.程序

　　「分析」：微程序控制的基本思想是：把指令執(zhí)行所需要的所有控制信號存放在控制存儲器中，需要時從這個存儲器中讀取，即把操作控制信號編成微指令，存放在控制存儲器中。一條機(jī)器指令的功能通常用許多條微指令組成的序列來實(shí)現(xiàn)，這個微指令序列稱為微程序。微指令在控制存儲器中的存儲位置稱為微地址。

　　「答案」：A

　　6.從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間稱為（?。?/P>

　　A.時鐘周期　　　　　　　B.機(jī)器周期　　　　　　 C.工作周期　　 　D.指令周期

　　「分析」：指令周期：從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間。機(jī)器周期：指令執(zhí)行中每一步操作所需的時間，又稱CPU周期。時鐘周期：計算機(jī)主頻周期。

　　「答案」：D

　　2005年：

　　11.通常，微指令的周期對應(yīng)一個（?。?/P>

　　A.指令周期　　　　　　　B.主頻周期　　　　　　　C.機(jī)器周期　　　　D.工作周期

　　「分析」：指令周期：從一條指令的啟動到下一條指令的啟動的間隔時間。機(jī)器周期：指令執(zhí)行中每一步操作所需的時間，又稱CPU周期。時鐘周期：計算機(jī)主頻周期。微指令周期等于讀出一條微指令加上執(zhí)行該微指令的所需時間。通常微指令周期與指令的機(jī)器周期相等。

　　「答案」：C

　　19.在微程序控制器中，控制存儲器由（　　）構(gòu)成，用于存放　　　。

　　「分析」：CPU內(nèi)用于存放實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)全部指令的微程序的只讀存儲器稱為控制存儲器。

　　「答案」：只讀存儲器　　微程序

　　三、改錯題：

　　歷年真題：

　?。?000年）9.單總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指：各大功能部件之間用一根信號線連接。

　　「答案」：單總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指各寄存器及ALU之間的數(shù)據(jù)通路只用一條總線構(gòu)成。

　?。?002年）2.CPU只是計算機(jī)的控制器。

　　「分析」：計算機(jī)硬件系統(tǒng)是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部分組成，其中將運(yùn)算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡稱為CPU.

　　「答案」：CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。

　?。?003年）21.硬連線方式是用時序電路產(chǎn)生時間控制信號，用存儲邏輯電路實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

　　「分析」：在采用組合邏輯和時鐘信號相結(jié)合的硬連線控制器中，時間控制信號是由時序電路產(chǎn)生，而各種控制功能則是由組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)。

　　「答案」：硬連線方式是用時序電路產(chǎn)生時間控制信號，用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

　?。?004年）21.在一條微指令中，順序控制部分的作用是發(fā)出指揮全機(jī)工作的控制信號。

　　「分析」：在一條微指令中，控制字部分的作用是發(fā)出指揮全機(jī)工作的控制信號；順序控制部分的作用是產(chǎn)生后繼微指令的地址。

　　「答案」：在一條微指令中，順序控制部分的作用是產(chǎn)生后繼微指令的地址。

　　四、簡答題：

　　歷年真題：

　?。?000年）4.在CPU中，哪些寄存器屬于控制用的指令部件？它們各起什么作用？（5分）

　　「答案」：

　?。?）程序計數(shù)器PC，提供取指地址，從而控制程序執(zhí)行順序。

　?。?）指令寄存器IR，存放現(xiàn)行指令，作為產(chǎn)生各種微操作命令的基本邏輯依據(jù)。

　?。?）程序狀態(tài)寄存器PS，記錄程序運(yùn)行結(jié)果的某些特征標(biāo)志，或用來設(shè)置程序運(yùn)行方式與優(yōu)先級，參與形成某些微操作命令。

　?。?001年）1.硬連線控制器如何產(chǎn)生微命令？產(chǎn)生微命令的主要條件是哪些？

　　「答案」：

　　硬連線控制器依靠組合邏輯電路產(chǎn)生命令；（1分）

　　組合邏輯電路的輸入是產(chǎn)生微命令的條件，主要有：① 指令代碼；② 時序信號；③ 程序狀態(tài)信息與標(biāo)志位；④ 外部請求信號。（4分）

　?。?002年）3.微程序控制器怎么產(chǎn)生操作控制信號，這種控制器有何優(yōu)缺點(diǎn)？

　　「答案」：

　　操作控制信號的產(chǎn)生：事先把操作控制信號以代碼形式構(gòu)成微指令，然后存放到控制存儲器中，取出微指令時，其代碼直接或譯碼產(chǎn)生操作控制信號。

　　優(yōu)點(diǎn)：規(guī)整、易于修改和擴(kuò)展。

　　缺點(diǎn)：速度較慢。

　　（2003年）26.當(dāng)讀取并執(zhí)行一條指令時，控制器的主要功能是什么？

　　「答案」：

　?、?從主存取指令，并計算下一條指令在主存中的地址；

　?、?對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號；

　　③ 控制指令執(zhí)行的步驟和數(shù)據(jù)流動的方向。

　　（2004年）28.與硬連線控制器相比，微程序控制器有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

　　「答案」：與硬連線控制器相比，微程序控制器的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計規(guī)整、易于修改和擴(kuò)展。缺點(diǎn)是比硬連線控制器速度慢。

　?。?005年）28.硬連線控制器主要由哪幾部分構(gòu)成？它是如何產(chǎn)生控制信號的？

　　「答案」：硬連線控制器主要由時鐘源、環(huán)形脈沖發(fā)生器、控制信號編碼器電路和指令譯碼器電路構(gòu)成。硬連線控制器采用組合邏輯與時鐘信號結(jié)合的方式產(chǎn)生控制信號。

　　由上可見，每年都會考本章的簡答題。考試的兩個重點(diǎn)：一個是硬連線控制器的有關(guān)知識，另一個是微程序控制器有關(guān)內(nèi)容。這兩方面大家一定重點(diǎn)掌握。

　　下面一些知識也要求大家了解

　　微程序控制器的構(gòu)成：控制存儲器、微指令寄存器μIR、微地址寄存器μAR、地址轉(zhuǎn)移邏輯等。

　　微指令控制字編碼的方式：微指令編碼的3種方式分別是：直接表示法、編碼表示法、混合表示法。

　　直接表示法是將每個控制信號都作為微指令中的一個位。這種方法的特點(diǎn)是簡單直觀，其輸出直接用于控制，但編碼效率低。

　　編碼表示法是將微指令進(jìn)行分組編碼，將不同時出現(xiàn)的相斥信號分在一個組中，然后將其編碼成較短的代碼。這種方法減少了控制存儲器所需要的存儲器的代碼的數(shù)量，但是編碼的指令代碼需要譯碼器譯碼，增加了控制信號的延遲，影響CPU的工作頻率。

　　混合表示法是把直接表示法與編碼方法相結(jié)合使用，即采用部分直接表示部分編碼的方法，將一些速度要求較高，或與其他控制信號都相容的控制信號以直接方式表示，而將剩余信號以編碼方式?；旌媳硎痉ū阌诰C合考慮指令字長、靈活性和執(zhí)行速度方面的要素。

　　微地址的形成方法：（微指令中順序控制字段的編碼）微地址的形成方法有三種方式：計數(shù)器方式、斷定方式和結(jié)合方式。

　　計數(shù)器方式，又稱增量方式。用微程序計數(shù)器μPC來產(chǎn)生指令的微地址，將微程序中的各條微指令按順序安排在控制存儲器中，后繼地址由現(xiàn)行微地址加上一個增量形成。

　　斷定方式，根據(jù)機(jī)器狀態(tài)決定下一條微指令的地址，下一條微指令的地址包含在當(dāng)前微指令的代碼中。

　　結(jié)合方式，是將計數(shù)器方式和斷定方式相結(jié)合。

　　中央處理器的基本功能：計算機(jī)的中央處理器（CPU）具有以下4個方面的基本功能：

　　（1）指令控制，即對程序運(yùn)行的控制；

　?。?）操作控制，即對指令內(nèi)操作步驟的控制；

　　（3）數(shù)據(jù)運(yùn)算，即對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，這是CPU的最基本功能；

　?。?）異常處理和中斷處理，如處理運(yùn)算中的溢出等錯誤情況以及處理外部設(shè)備的服務(wù)請求等　　

　　此外，CPU還具有存儲管理、總線管理、電源管理等擴(kuò)展功能

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