2011年自考“計算機組成原理”串講資料(5)
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第5章 控制器$lesson$
一、名詞解釋：轉自環 球 網 校edu24ol.com
歷年真題：
（2001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生的地址。 與內存物理地址無固定對應關系的地址。
（2001年）7.微程序控制器：將執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。
（2002年）3.控制存儲器（CPU內的） ：CPU內用于存放實現指令系統全部指令的微程序的只讀存儲器稱為控制存儲器。
（2004年）20.垂直型微指令：一種微指令類型，設置微操作碼字段，采用微操作碼編碼法，由微操作碼規定微指令的功能。
（2005年）23.微程序控制器：將執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。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.機器周期：指令執行中每一步操作所需的時間。
3.指令仿真：通過改變微程序實現不同機器指令系統的方式，使得在一種計算機上可以運行另一種計算機上的指令代碼。
4.指令模擬：在一種計算機上用軟件來解釋執行另一種計算機的指令。
5.硬連線邏輯：一種控制器邏輯，用一個時序電路產生時間控制信號，采用組合邏輯電路實現各種控制功能。
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，執行部件接受微指令后所進行的操作。
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內用于存放實現指令系統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周期內可以并行執行的微操作。
12.相斥性微操作：不能在同時或不能在同一個CPU周期內并行執行的微操作。
二、選擇題和填空題：
2000年：
4.在取指周期中，是按照（ ）的內容訪問主存，以讀取指令。
A.指令寄存器IR B.程序狀態寄存器PS
C.存儲器數據寄存器MDR D.程序計數器PC
「分析」：每一條指令的執行都是從取指令開始，需要對主存儲器進行訪問。程序計數器PC是用來存放將要讀取并執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器PC來提供，即需要按程序計數器PC的內容來訪問主存儲器。
「答案」：D
7.在微程序控制中，一個節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行部件發出的控制命令稱為微命令，它是計算機中最基本的、不可再分的命令單元。在一個節拍中，一組實現一定功能的微命令的組合構成一條微指令。
「答案」：微指令
2002年：
10.微程序存放在（ ）。
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行時所發出的控制信號是事先設計好的，不需要改變，故此存放所有控制信號的存儲器應為只讀存儲器，并將其集成到CPU內，稱其為控制存儲器。
「答案」：C
11.在微程序控制方式中，機器指令和微指令的關系是（ ）。
A.每一條機器指令由一條微指令來解釋執行
B.每一條機器指令由一段（或一個）微程序來解釋執行
C.一段機器指令組成的工作程序可由一條微指令來解釋執行
D.一條微指令由若干條機器指令組成
「分析」：在微程序控制方式中，控制部件通過控制總線向執行部件發出的各種控制命令稱為微命令，在一個CPU周期中，一組實現一定功能的微命令的組合構成一條微指令，有序的微指令序列構成一段微程序。微程序的作用是實現一條對應的機器指令，即每一條機器指令是由一段（或一個）微程序來解釋執行的。
「答案」：B
2003年：
7.下列說法中，合理的是（ ）。
A.執行各條指令的機器周期數相同，各機器周期的長度均勻
B.執行各條指令的機器周期數相同，各機器周期的長度可變
C.執行各條指令的機器周期數可變，各機器周期的長度均勻
D.執行各條指令的機器周期數可變，各機器周期的長度可變
「分析」：機器周期是指令執行中每一步操作所需要的時間，一般以CPU中完成一個運算操作所需的時間作為機器周期的基本時間，其長度是均勻的，而各種指令的功能不同，因而各指令執行時所需的機器周期數是可變的。
「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。一條機器指令的功能通常用許多條微指令組成的序列來實現，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。一條機器指令的功能通常用許多條微指令組成的序列來實現，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（ ）。
A.時鐘周期 B.機器周期 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。機器周期：指令執行中每一步操作所需的時間，又稱CPU周期。時鐘周期：計算機主頻周期。
「答案」：D
2005年：
11.通常，微指令的周期對應一個（ ）。
A.指令周期 B.主頻周期 C.機器周期 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。機器周期：指令執行中每一步操作所需的時間，又稱CPU周期。時鐘周期：計算機主頻周期。微指令周期等于讀出一條微指令加上執行該微指令的所需時間。通常微指令周期與指令的機器周期相等。
「答案」：C
19.在微程序控制器中，控制存儲器由（ ）構成，用于存放 。
「分析」：CPU內用于存放實現指令系統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：
（2000年）9.單總線結構系統是指：各大功能部件之間用一根信號線連接。
「答案」：單總線結構系統是指各寄存器及ALU之間的數據通路只用一條總線構成。
（2002年）2.CPU只是計算機的控制器。
「分析」：計算機硬件系統是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大部分組成，其中將運算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡稱為CPU.
「答案」：CPU是由控制器和運算器組成的。
（2003年）21.硬連線方式是用時序電路產生時間控制信號，用存儲邏輯電路實現各種控制功能。
「分析」：在采用組合邏輯和時鐘信號相結合的硬連線控制器中，時間控制信號是由時序電路產生，而各種控制功能則是由組合邏輯電路實現。
「答案」：硬連線方式是用時序電路產生時間控制信號，用組合邏輯電路實現各種控制功能。
（2004年）21.在一條微指令中，順序控制部分的作用是發出指揮全機工作的控制信號。
「分析」：在一條微指令中，控制字部分的作用是發出指揮全機工作的控制信號；順序控制部分的作用是產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生后繼微指令的地址。
四、簡答題：
歷年真題：
（2000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」：
（1）程序計數器PC，提供取指地址，從而控制程序執行順序。
（2）指令寄存器IR，存放現行指令，作為產生各種微操作命令的基本邏輯依據。
（3）程序狀態寄存器PS，記錄程序運行結果的某些特征標志，或用來設置程序運行方式與優先級，參與形成某些微操作命令。
（2001年）1.硬連線控制器如何產生微命令？產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生命令；（1分）
組合邏輯電路的輸入是產生微命令的條件，主要有：① 指令代碼；② 時序信號；③ 程序狀態信息與標志位；④ 外部請求信號。（4分）
（2002年）3.微程序控制器怎么產生操作控制信號，這種控制器有何優缺點？
「答案」：
操作控制信號的產生：事先把操作控制信號以代碼形式構成微指令，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生操作控制信號。
優點：規整、易于修改和擴展。
缺點：速度較慢。
（2003年）26.當讀取并執行一條指令時，控制器的主要功能是什么？
「答案」：
① 從主存取指令，并計算下一條指令在主存中的地址；
② 對指令進行譯碼，產生相應的操作控制信號；
③ 控制指令執行的步驟和數據流動的方向。
（2004年）28.與硬連線控制器相比，微程序控制器有哪些優缺點？
「答案」：與硬連線控制器相比，微程序控制器的優點是設計規整、易于修改和擴展。缺點是比硬連線控制器速度慢。
（2005年）28.硬連線控制器主要由哪幾部分構成？它是如何產生控制信號的？
「答案」：硬連線控制器主要由時鐘源、環形脈沖發生器、控制信號編碼器電路和指令譯碼器電路構成。硬連線控制器采用組合邏輯與時鐘信號結合的方式產生控制信號。
由上可見，每年都會考本章的簡答題。考試的兩個重點：一個是硬連線控制器的有關知識，另一個是微程序控制器有關內容。這兩方面大家一定重點掌握。
下面一些知識也要求大家了解
微程序控制器的構成：控制存儲器、微指令寄存器μIR、微地址寄存器μAR、地址轉移邏輯等。
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行分組編碼，將不同時出現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。混合表示法便于綜合考慮指令字長、靈活性和執行速度方面的要素。
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：計數器方式、斷定方式和結合方式。
計數器方式，又稱增量方式。用微程序計數器μPC來產生指令的微地址，將微程序中的各條微指令按順序安排在控制存儲器中，后繼地址由現行微地址加上一個增量形成。
斷定方式，根據機器狀態決定下一條微指令的地址，下一條微指令的地址包含在當前微指令的代碼中。
結合方式，是將計數器方式和斷定方式相結合。
中央處理器的基本功能：計算機的中央處理器（CPU）具有以下4個方面的基本功能：
（1）指令控制，即對程序運行的控制；
（2）操作控制，即對指令內操作步驟的控制；
（3）數據運算，即對數據進行算術運算和邏輯運算，這是CPU的最基本功能；
（4）異常處理和中斷處理，如處理運算中的溢出等錯誤情況以及處理外部設備的服務請求等
此外，CPU還具有存儲管理、總線管理、電源管理等擴展功能
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