计算机组成原理-考研(硕士研究生入学考试 2009年控制器)

单项选择（2009年硕士研究生入学考试）

某计算机的指令流水线由四个功能段组成。已知指令流经各功能段的时间(忽略各功能段之间的缓存时间) 分别为 90ns、80ns、70ns 和 60ns，则该计算机的CPU时钟周期至少是【】。

A、90

B、80

C、70

D、60

答案解析

A

【解析】

指令流水线中的各个功能段都是在统一的时钟控制下工作的。所以为了保证各个功能段能够正确地完成所承担的工作，指令流水线的时钟周期必须选择指令流经各功能段的时间中最长的那个，即 90ns。

讨论

计算机组成原理

某机主存容量为4Mx16，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成108种操作，操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等6种寻址方式，试回答:(1)画出一地址指令格式，并指出各字段的作用；(2)该指令直接寻址的最大范围;(3)一次间址和多次间址的寻址范围；(4)立即数的范围(十进制数表示):(5)相对寻址的位移量(十进制数表示)；(6)上述6种寻址方式的指令哪一种执行时间最短?哪一种最长?为什么?哪一种便子程序浮动?哪一种最适合处理数组问题?

假定我们有一台计算机，如果所有的Cache 访问都命中的话，它的CPI是2.0。唯一的数据访问指令是Store和Load，它们占指令总数的40%，不命中的损失是25个时钟周期，不命中率是2%。如果所有的指令访问Cache都命中的话，那么机器的速度是存在Cache不命中的多少倍？

某台计算机只有Load/Store指令能对存储器进行读/写操作，其他指令只对寄存器进行操作。根据程序跟踪实验结果，已知每种指令所占比例及CPI为：逻辑指令：CPI为1，占比43%Load指令：CPI为2，占比21%Store指令：CPI为2，占比12%转移指令：CPI为2，占比24%① 求上述情况下的平均CPI；② 假设程序由M条指令组成。算术逻辑运算中25%的指令的两个操作数中的一个已在寄存器中，另一个必须在算术逻辑指令执行前用Load指令从存储器取到寄存器中。因此有人建议增加另一种算术逻辑指令，其特点是一个操作数取自寄存器，另一个操作数取自存储顺，即寄存器-存储器型，假设这种指令的CPI等于2，同时，转移指令的CPI变为3。求新指令系统的平均CPI。

某计算机系统采用浮点运算部件后，使浮点运算速度提高到原来的20倍，而系统运行一个程序的整体性能提高到原来的5倍，试计算该程序中浮点操作所占用的比例。

假定我们正在考虑两种条件转移指令的设计方法，这两种方法如下：CPU A：先通过一条比较指令设置条件码A，再用一条分支指令检测条件码；CPU B：比较操作包含在分支指令中。在两种CPU中，条件转移指令都需要两个时钟周期，所有其他指令都需要一个时钟周期。在CPU A中，全部指令的20%是条件转移指令，因为每次条件转移都需要一次比较，所以比较指令约占所有指令的20%。如果CPU A的时钟频率是 CPU B的1.25倍，问哪一种CPU更快？如果CPU A的时钟频率只是CPU B的1.1倍，结果又是多少？

假设我们有一个需要运行100秒的标准程序，其中有90秒是CPU时间，剩下的是I/O占用的时间。如果在以后的5年中，CPU 速度每年可以提高 50%且 I/0时间保持不变，那么5年后我们的程序要耗费多少时间。

用一台40MHz的处理机执行标准测试程序，它包含的混合指令数和响应所需要的时钟周期为：算术逻辑指令：CPI为1，占比60%高速缓存命中的加载与存储：CPI为2，占比18%转移指令：CPI为4，占比12%调整缓存缺失的存储访问：CPI为8，占比10%。求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。

某工作站采用时钟频率为15MHz、处理速率为10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟，试问：① 此计算机的有效CPI是多少?② 假定将处理机的时钟提高到30MHz，但存储器子系统速率不变，这样，每次存储器存取需要两个时钟周期。如果30%的指令每条只需要一次存储器存取，而另外的 5%每条需要两次存储存取，还假定已知混合程序的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处理机性能。

主频为16MHz的微处理机，平均每条指令的执行时间为两个机器周期，每个机器周期由两个时钟脉冲组成，则存储器为“零等待”时，机器运行速度为______MIPS若两个机器周期有一个访问存储器周期，需要插入两个时钟的等待时间，则机器运行速度为_______MIPS。

用于科学计算的计算机中，标志系统性能的主要参数是【】

控制器

在计算机系统中，表征系统运行状态的部件是【】。

组合逻辑控制器中，微操作控制信号的形成与哪些信号有关？

微程序控制和组合逻辑控制哪一种速度更快？为什么？

什么是指令周期、机器周期（CPU周期）和T周期？指令的解释有哪3种控制方式？

简述微程序控制器和组合逻辑控制器的异同点。在微程序控制器中，微程序计数器μPC可以用具有计数（加1）功能的微地址寄存器μMAR代替，试问程序计数器PC是否可以用具有计数功能的存储器地址寄存器MAR代替？为什么？

程序计数器(PC)是【】中的寄存器。

计算机系统中采用【】技术执行程序指令时，多条指令执行过程的不同阶段可以同时进行处理。

画出控制器的一般结构框图，详细阐述各部件的作用，并结合当前的发展趋势说明硬连线控制器和微程序控制器各自的特点。

微程序控制的计算机中，控制存储器CM是用来存入__________的。

微程序控制器中，微程序的入口地址是由【】形成的。

中央处理机

在微指令的字段编码法中，操作控制字段的分段并非是任意的，而是有必须遵循的分段原则，其中包括：①把__________性的微命令分在同一段内；一般每个小段留出一个状态，表示__________。

微指令分为__________和__________微指令两类，__________可以同时执行若干个微操作，所以执行指令的速度比__________快。

在实现微程序时，取下一条微指令和执行本条微指令一般是__________进行的，而微指令之间是__________执行的。

实现机器指令的微程序一般是存放在__________中的，而用户用户可写的控制存储器则由__________组成。

Intel【】是一个具有16位数据总线的32位CPU。

机器指令和微指令代码中的地址字段分别起【】作用。

微指令执行的顺序控制问题，实际上是如何确定下一条微指令的地址问题。通常采用的一种方法是断定方式，其基本思想是【】。

衡量计算机的性能指标主要有哪些（举主要3项指标）？并说明为什么？

结合计算机的组成与结构，详细说明一条机器指令的执行过程。

某处理机的微指令格式中有10个分离的控制字段C0 ~ C9，每个字段Ci可激活Ni条控制线组中的某一条，其中Ni字义为：字段Ci0123456789Ni4431191671822问：（1）为表示这10个控制字段至少需要多少控制位？（2）如果各字段采用纯水平编码格式，需要的最大的控制位数是多少？