Lecture 18 中央处理器-指令运行的基本过程 - 作业参考答案 - 副本
计算机组成课后习题答案
闪存可以分为NOR Flash和NAND Flash两种类型。
工作原理
闪存的主要功能是可擦写、非易失性存储数据。NOR Flash读取速度快，适用于代码存储；NAND Flash容量大 、成本低，适用于大量数据的存储。闪存的擦除和编程操作需要特定的电压和时序。
04
输入输出设备
键盘的工作原理与分类
THANKS
感谢观看
成字符或汉字。
05
数据传输方式
并行传输与串行传
并行传输
指数据以多个通道同时传输，适用于近距离、高速传输，如 CPU与内存之间的数据交换。
串行传输
指数据一位一位地顺序传输，适用于远距离、低速传输，如 网络通信。
数据传输速率
数据传输速率
指单位时间内传输的数据量，通常以比特率（bit per second）表示。
影响数据传输速率的因素
包括信号带宽、信噪比、误码率等。
数据传输过程中的同步与异步问题
同步传输
指发送方和接收方的时钟信号保持同 步，适用于高速数据传输。
异步传输
指发送方和接收方的时钟信号不需同 步，适用于低速数据传输。
06
操作系统基础知识
操作系统的功能与分类
要点一
功能
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件 和软件资源，提供用户与计算机交互的界面。
硬盘的分类与工作原理
分类
硬盘可以分为机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
工作原理
硬盘的主要功能是永久存储数据。HDD采用磁记录技术，将数据以磁道的形式存 储在旋转的盘片上；SSD则采用闪存技术，通过电子方式存储数据。HDD的读取 速度较慢，但价格较低；SSD的读取速度较快，但价格较高。
【基础知识】CPU指令执行的五个阶段，cpu就是用来执行指令的
【基础知识】CPU指令执⾏的五个阶段，cpu就是⽤来执⾏指令的IF(Instruction fetch) 取指：从 Instruction-Memory 中读取指令，并在下⼀个时钟上升沿到来时把指令送到 ID 级的指令缓冲器 id_ir 中。
该级控制信号决定下⼀个指令指针的 pc 信号(即 Instruction-Memory 的指令地址 i_addr)ID(Instruction decode)指令译码：对 IF 级的指令进⾏译码，根据指令操作码获取操作数read reg_1、read reg_2 或者要直接储存的数据内容 smdr，并在下⼀个时钟上升沿到来前把指令 id_ir(前 8 位，操作码+operand1)送到 EX 级的指令缓冲器 ex_ir 中EX(Execute)执⾏：该级进⾏算术运算(加、减)、简单传输(JUMP 操作)、逻辑运算(与、或、异或) 或移位操作(逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移)。
算术逻辑单元 ALU 根据指令对两个操作数 reg_A、 reg_B 进⾏操作，将获得的结果 ALUo 送到下⼀级的 reg_C，在此过程中，控制标志信号 cf、nf、zf 并将其传到相应的缓冲寄存器 ;或者产⽣存储数据的使能信号 d_we，同时将要直接储存的数据内容 smdr 传到MEM 级的 smdr1。
在下⼀个时钟上升沿到来前把指令 ex_ir 送到 MEM 级的指令缓冲器 mem_ir 中。
总的来说就是拿到译码后的数据在ALU 中进⾏计算，并将计算的结果放在MEM中的缓冲区中。
MEM(Memory Access)：数据存储器访问: 根据指令处理 reg_C 获取需要的内容存储到缓冲器 reg_C1，并在下⼀个时钟上升沿到来前把指令 mem_ir 送到 WB 级的指令缓冲器 wb_ir 中。
只有在执⾏ LOAD、STORE 指令时才对存储器进⾏读、写操作，对于此之外的其他指令，MEM 级只起到⼀个周期的作⽤。
计算机原理 第六章 中央处理器 课堂笔记及练习题
计算机原理第六章中央处理器课堂笔记及练习题主题：第六章中央处理器学习时间： 2016年11月7日--11月13日内容：我们这周主要学习第六章中央处理器其中包括CPU的功能和组成、指令周期、时序产生器和控制方式、微程序控制器等内容。
希望通过这些内容的学习能使同学们进一步掌握计算机的中央处理器的相关知识。
一、学习要求1．了解CPU的功能和组成；2．掌握指令周期、时序产生器和控制方式的相关知识；3. 掌握微程序控制器的相关知识。
二、主要内容(一) CPU的功能和组成1．CPU的功能CPU（central processing unit）是电脑中的核心配件，是一台计算机的运算核心和控制核心。
电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。
CPU的结构：中央处理器CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。
中央处理器从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。
它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作，从而完成一条指令的执行。
指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。
指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字和特征码。
CPU的五大功能：---输入单元：用来读取给电脑处理的资料或程式---处理单元：用来执行计算；比较和判断等运算功能---输出单元：将电脑的运算结果和处理好的资料输出---记忆单元：用来储存资料或程式的地方---控制单元：按作业程序指挥上述单元的运作及交换资料通道的传送2．CPU的组成CPU内部结构大概可以分为控制单元、运算单元、存储单元和时钟等几个主要部分。
运算器是计算机对数据进行加工处理的中心，它主要由算术逻辑部件（ALU：Arithmetic and Logic Unit）、寄存器组和状态寄存器组成。
ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
第5章 中央处理器(CPU)
2014-11-23
计算机组成与结构 第5章 中央处理器(CPU)
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5.3 指令执行过程 • 5.3.1 时序系统 • 机器周期：按照指令执行的各项不同任务，把一个 指令周期划分成若干个时间段，每个时间段完成一 个基本操作，这样的时间段称为机器周期。 • 在采用混合控制方式的现代计算机中，一般的做法 是定义几种基本的机器周期。例如，取指令机器周 期，读存储器机器周期，写存储器机器周期和执行 运算机器周期等。一个指令周期可包括不同数量、 不同类型的几个机器周期，但是任何一条指令的第 一个机器周期必须是取指令机器周期。 • 机器周期又称作CPU周期，通常它是主存储器的一 个访问周期
计算机组成与结构 第5章 中央处理器(CPU)
2
• 中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU） 是计算机的核心部件，主要负责程序的执行和各种 数据处理。 • 本章从分析CPU的功能结构入手，详细介绍CPU的 构成和指令的执行过程，对两种常见的控制器工作 原理进行了阐述。此外还介绍了为提高指令执行速 度而采取的流水线技术 。
2014-11-23
计算机组成与结构 第5章 中央处理器(CPU)
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• 本章主要论述CPU组成原理 • 通过本章学习:
掌握在计算机运行过程中各个硬件部件的作用； 了解CPU中各个部件的操作过程及其实现方法原理。
• 本章将重点讲述：
程序是如何执行的； 计算机怎样实现各条指令的功能； 如何保证逐条指令的连续执行过程。
2014-1理器(CPU)
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5.1 CPU的功能和基本结构
5.1.2 CPU的基本结构
• 根据CPU的功能，要取指令，必须有存储器用于存放当前 指令地址；要分析指令，必须有存放当前指令的寄存器和 对指令进行译码的部件；要执行指令，必须有一个能发出 各种操作命令序列的控制部件CU；要完成算术运算和逻辑 运算，必须有存放操作数的寄存器和实现运算功能的部件 ALU；为了处理异常情况和特殊请求，还必须有中断系统。 • 因此，CPU一般可由寄存器、控制部件、ALU和中断系统 四部分组成，如图5-1所示 • 有关ALU的内容第2章已经介绍了，控制部件CU是CPU最 复杂的部分，后面将重点介绍
第五章中央处理器习题参考答案1.请在括号内填入适当答案。在CPU中
第五章中央处理器习题参考答案1．请在括号内填入适当答案。
在CPU中：(1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；(2) 保存当前正在执行的指令地址的寄存器是(程序计数器AR)；(3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR）。
2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。
画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。
5．如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画时序产生器逻辑图。
解：节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时T1 = T3 =200ns ，T2 = 400 ns ，所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。
为了消除节拍脉冲上的毛刺，环型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。
下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。
根据关系，节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的逻辑表达式如下：T1 = C1·， T2 = ， T3 =6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。
解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条取控存容量为：241×32/8=964B7. 某ALU器件使用模式控制码M，S3，S2，S1，C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。
第2章中央处理器与指令系统PPT课件
Di
• 在各寄存器与ALU之间根据指令执行过程中的操作和数据流向来 安排功能部件并建立相应的数据传输通路。
• 每条数据传输通路都是专用的，不共享使用。
• 在数据传输和操作中可以做到互不相关，控制比较简单，各寄存
器之间的数据传输可以并行进行，从而达到较高的性能。
5
时间概念
• 指令周期 – 是从一条指令的启动到下一条指令的启动的 时间间隔。
instruction fetch
• PC = PC + 4
4
PCWrite PC
指令 存储器
[PC+4]31-28 x4 I25-0 PC+4
控制器
IRWrite IR
I25-21 I20-16
I15-11
RegDst
I15-0
Rx
数据
A Dx
Ry 寄存
器
Rz
B
Dy
Dz
RegWrite 符号扩展
Target
R1 R2 R3
Add 数据 Do
存储器
MemtoReg
Di
图5-2 专用通路结构CPU 例子
10
一、运算指令的执行过程
采用单总线结构： – 如ADD R3, R1, R2
(1) PC→MAR (2) PC+1→PC
控制 信号
地址总线
存储 器 数据总线
指 令 译 码 /控 制 器
IR
PPCC
MMAARR M DR
• 数据通路：寄存器与ALU之间传递信息的线路。通常有2种建立方法：
– 用数据总线（单总线，双总线，多总线） – 用专用通路（如MIPS）
3
数据总线结构
第1章全部习题参考答案
第3章课后习题解析及答案3.1第1章习题解答1．简要解释下列名词术语【答】数字计算机：一种能存储程序，能自动连续地对各种数字化信息进行处理的快速工具。
硬件：是指组成计算机系统的设备实体，如CPU、存储器、I/O设备等。
软件：泛指各类程序、文档等。
CPU：即中央处理器，是由运算器和控制器组成的计算机硬件系统的核心部件。
主存储器：位于主机内部，用来存放CPU需要使用的程序和数据的部件。
外存储器：位于主机外部，用来存放大量的需要联机保存、但CPU暂不使用的程序和数据的部件。
外部设备：位于主机之外，和主机进行信息交换的输入设备或输出设备。
信息的数字化表示：注意，信息的数字化表示包含了两层含义，即：用数字代码表示各种信息，用数字信号（电平、脉冲）表示数字代码。
存储程序工作方式：事先编制程序，事先存储程序，自动、连续地执行程序。
模拟信号：在时间上连续变化的电信号，用信号的某些参数模拟信息。
数字信号：在时间上或空间上断续变化的电信号，依靠彼此离散的多位信号的组合表示信息。
脉冲信号：在时间上离散的电信号，利用脉冲的有无表示不同的状态。
电平信号：在空间上离散的电信号，利用信号电平的高低表示不同的状态。
系统软件：为保证计算机系统能够良好运行而设置的基础软件。
应用软件：用户在各自的应用领域中为解决各类问题而编写的软件。
操作系统：负责管理和控制计算机系统的硬件资源、软件资源与运行的核心软件，为用户提供软件的开发环境和运行环境。
语言处理程序：将源程序转换为目标程序的一类系统软件，包括各种解释程序、编译程序、汇编程序。
物理机：是指能够执行机器语言程序的实际的计算机。
虚拟机：是指通过配置软件，扩充机器功能后所形成的计算机。
总线：一组能为多个部件分时共享的公共的信息传送线路。
数据通路宽度：是指数据总线一次能并行传送的数据位数。
数据传输率：是指数据总线每秒钟传送的数据量。
接口：泛指两个部件的交接部分。
通道：能够执行专用的通道指令，用来管理I/O操作的控制部件。
中央处理器操作指令
工作过程
提取 解码
执行 写回
第一阶段，提取，从存储器或高速缓冲存储器中检索指令（为数值或一系列数值）。由程序计数器 （Program Counter）指定存储器的位置。(程序计数器保存供识别程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了 CPU在程序里的踪迹。)
CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片段。根据CPU的指令 集架构（ISA）定义将数值解译为指令。一部分的指令数值为运算码（Opcode），其指示要进行哪些运算。其它 的数值通常供给指令必要的信息，诸如一个加法（Addition）运算的运算目标。
基本概念
中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心 （Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器 （Cache）及实现它们之间的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输 出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。
中央处理器操作指令
计算机操作系统
01 基本概念
03 工作过程
目录
02 处理指令流程 04 CPU指令集
中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心 （Core）和控制核心（ Control Unit）。CPU操作指令的处理流程大概分为：取指、译码、执行、访存、写回 等几步。
取指 (fetch)
02
计算机组成原理课后答案3篇
计算机组成原理课后答案1. CPU结构和指令运行1.什么是CPU？它的主要功能是什么？CPU（中央处理器）是一种微处理器，它是计算机硬件系统的主要组成部分，主要功能是执行计算机指令集中的指令，并控制各种硬件设备协调工作。
2. CPU执行指令的步骤是什么？CPU执行指令的步骤主要包括以下几个步骤：1）取指令：将指令从内存中读取到指令寄存器中；2）译码：根据指令码对指令进行译码；3）执行：按照指令的要求进行处理，包括算术运算、逻辑运算、存储访问等；4）结果存储：将运算结果存储到寄存器或内存中。
3. CPU的主要寄存器有哪些？它们分别用来存储什么？CPU主要寄存器有以下几个：1）程序计数器（PC）：用于存储下一条指令的地址；2）指令寄存器（IR）：用于存储当前正在执行的指令；3）累加器（ACC）：用于存储算术运算的结果；4）数据寄存器（DR）：用于存储操作数；5）地址寄存器（AR）：用于存储内存地址；6）状态寄存器（SR）：用于存储CPU的状态信息。
4. 什么是指令周期？它包括哪些阶段？指令周期是指一个CPU执行一条指令所需要的时间，一般包括取指、译码、执行和访存等几个阶段。
具体包括：1）取指周期：将指令从内存中取到指令寄存器中；2）译码周期：对指令进行译码，确定指令类型和操作对象；3）执行周期：按照指令要求进行计算或存储访问等操作，产生结果；4）访存周期：用于访问内存，将结果写回内存中。
5. CPU的字长是什么？它对CPU的性能有什么影响？CPU的字长是指一次可以处理的最大数据位数，通常以比特数表示。
字长越长，CPU一次处理的数据就越多，计算能力越强，执行同一指令时所需的时钟周期也相应减少，因此影响了CPU的性能。
此外，字长还与CPU的寻址能力、数据传输速率等有关。
2. 存储器层次结构1. 计算机存储器的层次结构包括哪些？计算机存储器的层次结构包括以下几层：1）寄存器：位于CPU内部，存储最频繁使用的数据和指令；2）高速缓存（cache）：位于CPU与主存之间，缓存最近使用过的数据和指令；3）主存：存储程序执行时需要的数据和指令；4）辅助存储器：存储大量的数据和程序，如硬盘、光盘等。
计算机基础习题答案
计算机基础习题答案计算机基础是学习计算机科学和信息技术的入门课程，它涵盖了计算机的基本原理、硬件组成、软件应用以及操作系统等方面的知识。
以下是一些计算机基础习题的答案，供参考：1. 计算机的发展历程计算机的发展可以追溯到20世纪40年代，最初的计算机体积庞大，如ENIAC。
随着技术的进步，计算机逐渐实现了小型化、智能化。
现代计算机已经从最初的电子管计算机发展到集成电路计算机，再到现在的大规模集成电路计算机。
2. 计算机硬件组成计算机硬件主要由以下几个部分组成：- 中央处理器（CPU）：计算机的大脑，负责执行程序指令。
- 内存（RAM）：临时存储数据和指令，断电后数据会丢失。
- 硬盘（HDD）或固态硬盘（SSD）：用于存储操作系统、应用程序和用户数据。
- 主板：连接所有硬件的中心。
- 输入输出设备：如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
3. 计算机软件分类计算机软件分为两大类：- 系统软件：如操作系统（Windows、macOS、Linux等），它们为计算机提供基本运行环境。
- 应用软件：为用户完成特定任务而设计的程序，如文字处理软件、图像编辑软件、数据库管理软件等。
4. 操作系统的作用操作系统是计算机系统的核心软件，它管理计算机硬件资源，提供用户界面，以及运行应用程序。
它的作用包括：- 管理内存和处理进程。
- 协调输入输出设备。
- 提供文件系统管理。
- 保护系统安全。
5. 计算机病毒计算机病毒是一种恶意软件，它可以自我复制并传播到其他计算机。
病毒可以破坏数据、窃取信息或使系统无法正常运行。
预防计算机病毒的措施包括：- 安装防病毒软件。
- 定期更新操作系统和应用程序。
- 不打开不明来源的电子邮件附件。
6. 计算机网络基础计算机网络由硬件（如路由器、交换机、网络接口卡等）和软件（如TCP/IP协议）组成。
网络的基本功能包括：- 数据传输：通过网络传输信息。
- 资源共享：允许用户访问网络上的资源，如文件、打印机等。
cpu执行指令基本过程
cpu执行指令基本过程嘿，朋友！咱今天来聊聊 CPU 执行指令那点事儿。
你知道吗？CPU 就像是一个超级忙碌的小管家，一刻不停地处理着各种指令。
那它到底是怎么干活的呢？咱先来说说取指令。
这就好比你去图书馆找一本书，CPU 得先找到它要执行的指令在哪儿。
想象一下，这就像是在一个巨大的书架上准确地找到那本特定的“书”，可不容易啊！然后是译码。
找到指令后，CPU 得搞清楚这指令到底是啥意思。
这就像你收到一封密码信，得先把它翻译成能看懂的话。
接下来是执行。
这可是关键步骤，就像你明白了任务，然后动手去做一样。
CPU 会根据译码的结果进行计算、数据处理等等操作。
比如说，让两个数字相加，或者把数据从一个地方搬到另一个地方。
最后是写回。
这就好比你完成了一项任务，得把结果汇报给上级。
CPU 把执行的结果写回到寄存器或者内存中，以备后续使用。
你说，这 CPU 忙前忙后的，像不像一个勤劳的小蜜蜂？而且它的速度那叫一个快，眨个眼的功夫，可能就处理了好多好多指令。
比如说，你在玩游戏的时候，画面的每一帧变化，都是 CPU 在背后快速地执行着一系列的指令，让游戏能顺畅地运行。
要是 CPU 偷懒一下，那游戏可能就卡顿啦，多烦人！再比如，你用电脑处理文档，输入一个字，CPU 就得马上做出反应，显示在屏幕上。
这速度，简直了！所以说啊，CPU 执行指令的基本过程虽然看似复杂，但是它却默默地为我们的各种电子设备提供了强大的支持。
没有它的辛勤工作，咱们哪能享受到这么便捷的科技生活呢？总之，CPU 执行指令的过程虽然咱平时看不见摸不着，但它却实实在在地影响着我们生活的方方面面，是不是很神奇？。
第一次习题参考答案-2018
第一次作业1.名词解释ALU：是计算机中执行算术和逻辑运算操作的部件，是CPU的核心组成部分，主要功能是进行二进制的算术运算，其中基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作。
ALU是中央处理器(CPU)的执行单元。
数据通路：指CPU内部数据流经的路径以及路径上的部件，包括数据运算(ALU)、存储(寄存器)和传送(总线)的部件。
控制器（Control Unit）:是计算机系统的控制中心，是CPU的重要组成部分。
控制器指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。
控制器由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序计数器PC(Program Counter)和操作控制器OC(OperationController)三个部件组成。
控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等，然后根据分析的结果向计算机其它部件发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。
计算机自动工作的过程，就是在控制器的控制下自动执行程序的过程，程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它是计算机实现“程序控制”的主要设备。
控制器和运算器合称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。
指令系统：指令系统是指计算机所能执行的全部指令的集合，是计算机硬件的语言系统，它是软件和硬件的主要界面，反映了计算机所拥有的基本功能。
ISA：是计算机硬件和软件之间的一个“桥梁”，定义了一台计算机可以执行的所有指令的集合、每条指令的功能、指令所处理的操作数存放的地址空间、操作数类型等。
2.（1）冯诺依曼计算机的组成：•存储器：存放数据和指令；•控制器：自动取出指令、译码，控制计算机的各部件执行指令；•运算器：进行加减乘除基本算术运算及逻辑运算和其它附加运算；•输入设备：外部向计算机输入信息的通道•输出设备：计算机向外部输出信息的通道工作方式：存储程序（2）摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
第5章中央处理器（习题参考答案）1．请在括号内填入适当答案。在
第五章中央处理器(习题参考答案)1．请在括号内填入适当答案。
在CPU中：(1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；(2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC)；(3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR）。
2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。
画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），R0"的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。
(略)6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。
解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条,取控存容量为：256×32位=1KB8．某机有8条微指令I1-I8，每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。
a-j分别对应10种不同性质的微命令信号。
假设一条微指令的控制字段为8位，请安排微指令的控制字段格式。
解：经分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：11.已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量为512×48(位)。
微程序可在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序转移的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式。
请问:（1）微指令中的三个字段分别应为多少位？（2）画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。
Lecture 20 中央处理机 - 流水CPU - 作业参考答案
采用5段流水方式执行指令，各流水段分别是取指(IF)、译码/读寄存器 (ID)、执行/计算有效地址(EX)、访问存储器(M)和结果写回寄存器(WB) ，指令发射按照“按序发射，按序完成”方式，没有采用转发技术处理 数据相关，并且同一寄存器的读和写操作不能在同一个时钟周期内进行 。请回答下列问题。 (1) short型变量x的值是-513，存放在寄存器R1中，则执行SHR R1 后 ，R1中的内容是多少 ？ 答：设CPU字长32位 (R1)=1111， 1111,1111,1111，1111,1101,1111,1111B。R1中存放-513 的补码，算术右移后(R1)= 1111,1111,1111,1111，1111,1110，1111 ，1111B。
20-1。在某计算机系统中int型为32位，short型为16位。下表给出了指令 部分指令格式，其中Rs,Rd表示寄存器，mem表示存储器，(x)表示寄 存器x或存储单元x的内容。
题20-1表. 指令系统中部分指令格式 加法指令 算术/逻辑左移 算术右移 取数指令 存数指令 ADD Rs, Rd SHL Rd SHR Rd LOAD Rd, mem STORE Rs,mem (Rs)+(Rd)Rd 2*(Rd)Rd (Rd)/2Rd (mem)Rd (Rs)mem
WB MEM EX ID IF
I1
I2
I3
I4
…
I12
20-3
流水线中有3类数据相关冲突：写后读(RAW)相关、读后写(WAR)、写后写 (WAW)相关。判断以下3组指令各存在哪种类型的数据相关 (1) I1 (R2+R3)R1 I2 (R1-R5)R4 RAW (2) I3 (R3)M(x) I4 (R4+R5)R3 WAR (3) I5 (R1)*(R2)R3 I6 (R4+R5)R3 WAW
cpu指令如何运行的
cpu指令如何运行的cpu指令是怎么样运行的呢?其实也不复杂!小编来介绍!下面由小编给你做出详细的cpu指令运行说明介绍!希望对你有帮助!cpu指令运行说明一计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。
即取指令-----分析指令-----执行指令。
取指令的任务是：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。
分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。
如指令要求操作数，则寻找操作数地址。
计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。
一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。
但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。
因而一开机即可执行指令。
下面我们将举个实例来说明指令的执行过程：开机时，程序计算器PC变为0000H。
然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。
执行过程实际上就是取出指令(取出存储器中事先存放的指令阶段)和执行指令(分析和执行指令)的循环过程。
例如执行指令：MOV A,#0E0H，其机器码为“74H E0H”，该指令的功能是把操作数E0H送入累加器，0000H单元中已存放74H，0001H单元中已存放E0H。
当单片机开始运行时，首先是进入取指阶段，其次序是：1 程序计数器的内容(这时是0000H)送到地址寄存器;2 程序计数器的内容自动加1(变为0001H);3 地址寄存器的内容(0000H)通过内部地址总线送到存储器，以存储器中地址译码电跟，使地址为0000H的单元被选中;4 CPU使读控制线有效;5 在读命令控制下被选中存储器单元的内容(此时应为74H)送到内部数据总线上，因为是取指阶段，所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。
至此，取指阶段完成，进入译码分析和执行指令阶段。
由于本次进入指令寄存器中的内容是74H(操作码)，以译码器译码后单片机就会知道该指令是要将一个数送到A累加器，而该数是在这个代码的下一个存储单元。
04 指令运行的基本过程
控制器功能 和组成
指令运行 过程 典型指令 运行过程
微程序控制 器
组合逻辑控 制器
CPU的新技 CPU的新技 术
相关概念
2012-3-20 6 《计算机组成原理》之“指令运行的基本过程” 信息管理学院 计算机科学与技术系 刘德喜
主要内容
典型指令的运行过程 相关概念
2012-3-20
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《计算机组成原理》之“指令运行的基本过程”
指令译码器
指令寄存器
信息管理学院 计算机科学与技术系 刘德喜
控制器
2012-3-20 11 《计算机组成原理》之“指令运行的基本过程”
运算器
算术逻辑 单元ALU 单元ALU 寄存器R0 寄存器R0 寄存器R1 寄存器R1
内 地址 指令 存 101 MOV R1, 3
102 MOV R0, 7 103 ADD R0, [20] … 地址寄存器
点火 程序转弯 逃逸塔分离 助推器分离 一二级火箭分离 抛整流罩 二级主发动机关机 二级发动机游机关机 船箭分离
1级飞行阶段 级飞行阶段
2级飞行阶段 级飞行阶段
《计算机组成原理》之“指令运行的基本过程”
信息管理学院 计算机科学与技术系 刘德喜
神舟八号与天宫一号对接任务
发射 天宫一号
1级飞行阶段 级飞行阶段
信息管理学院 计算机科学与技术系 刘德喜
相关概念
（1）指令周期
取出并执行一条指令所需的全部时间 根据完成的任务不同，将指令周期划分为几个 根据完成的任务不同， 不同的阶段
2012-3-20
14
《计算机组成原理》之“指令运行的基本过程”
信息管理学院 计算机科学与技术系 刘德喜
相关概念
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MOV #N ，R0 ；N → R0
PC→AR M→DR DR→IR PC+1→PC PC→AR M→DR DR→R0 PC+1→PC
PCO，G，ARi R DRO，G，IRi +1 PCO，G，ARi R DRO，G，R0i +1
假设：指令中的形式地址 单独占一个字节
… n n+1 MOV ＃N，R0 ＃N …
ADD R2，R0 (R2)+(R0)R0
P0 (R1)R0
PC→AR M→DR DR→IR PC+1→PC R1→R0
PCO，G，ARi R DRO，G，IRi +1 R1O，G，R0i
ADD (R1)，R0 ((R1))+(R0)R0
PC→AR M→DR DR→IR PC+1→PC R1→AR M→DR DR→X R0→Y X+Y→R0 PCO，G，ARi R DRO，G，IRi +1 R1O，G，ARi R DRO，G，Xi R0O，G，Yi +,ALUo, G,R0i
MOV R1，@#N ；(R1) → N
PC→AR M→DR DR→IR PC+1→PC PC→AR M→DR DR→AR PC+1→PC R1→DR DR→M
PCO，G，ARi R DRO，G，IRi +1 PCO，G，ARi R DRO，G，ARi +1 R1O，G，ARi W
n
… MOV R1,@#N
n+1
＃N
…
MOV X(R1)，R0 ； (X＋(R1)) →R0
PC→AR M→DR DR→IR PC＋1→PC PC→AR M→DR DR→X PC＋1→PC R1→Y X＋Y→AR M→DR DR→R0 PC0，G，ARi R DR0，G，IRi ＋1 PC0，G，ARi R DR0，G，Xi ＋1 R10，G，Yi ＋,ALU0,G,ARi R DR0，G，R0i
… n n+1 MOV X(R1),R0 X …
…
作业
n n+1
MOV ＃N，R0 ＃N …
双总线结构机器的数据通路如下图，画出下列指令的指令运行过程，用 方框图表示,并写出对应微操作序列 (1)ADD R1,R0; (R1)+(R0)R0，寄存器R0和R1的内容相加，结果存入R0 中 (2) MOV R1,R0; (R1)R0，寄存器R1的内容送R0 (3) ADD (R1),R0; ((R1))+(R0)R0；寄存器间接寻址，寄存器R1中的地 址所指示的存储单元中的数据与R0中的数相加 ，结果放在R0中 (4) MOV #N ,R0 ; N → R0， 源操作数为立即寻址，形式地址中的立即数 N送寄存器R0中。设此时的形式地址占一个字节，需要 再次读存 储器读出N。 (5) MOV R1,@#N; (R1) → N，目的操作数为直接寻址，R1中的值送地址 为N的存储单元。设此时的形式地址占一个字节，需要 再次读存储 器读出N。 (6) MOV X(R1),R0 ; (X＋(R1)) →R0 ，源操作数为变址寻址。