计算机组成原理第五章答案PPT学习教案.pptx

《计算机组成原理第五章答案》PPT学习教案主要涵盖了计算机硬件系统中的数据通路设计、指令执行流程以及流水线计算等内容。以下是对这些知识点的详细解释： 1. **数据通路设计**： - 存数指令（STO R1, (R2)）：这个指令将寄存器R1中的内容存储到由寄存器R2所指定的内存地址中。流程图显示了从程序计数器（PC）获取指令地址，解码后将R2的值作为数据地址，然后从R1读取数据并写入内存的过程。 - 取数指令（LAD (R3), R0）：该指令将内存中R3地址处的数据加载到寄存器R0。流程图描绘了从PC获取指令地址，解码后使用R3的值作为内存地址，读取数据并将其存入R0的过程。 2. **微指令和控制存储器**： - 在一个有80条指令的系统中，平均每个指令由4条微指令组成，其中一条是公共的。如果微指令长度为32位，那么控制存储器的容量估算为：(80 * 4 + 1) * (32位/8位/字节) = 964字节。这是控制存储器的最小容量，因为还需要考虑控制信号的复杂性和额外的微指令。 3. **指令流水线**： - 流水线包含取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、访存（MEM）和写回寄存器堆（WB）五个阶段。20条指令连续输入流水线，时空图展示了每个阶段在时间轴上的分布。 - 流水线的实际吞吐量是指单位时间内完成的指令数。对于20条指令，如果时钟周期为100ns，那么没有流水线的情况下，执行完所有指令所需的时间是20 * 5 * 100ns = 10000ns。而流水线的吞吐量τn = 20条指令 / (20 * 5 - 4)个时钟周期 = 8.33条指令/秒。 - 流水线的加速比（Speedup）表示流水线与非流水线执行效率的对比，这里计算为(没有流水线的时间/有流水线的时间) = (10000ns/8330ns) = 1.2，即加速比为1.2。 4. **数据相关类型**： - **写后读相关**（Write-after-Read,WAR）：指令I2试图在I1写入R1之后立即读取R1，例如`I1: LDA R1, A; M(A) -> R1` 和 `I2: ADD R2, R1; (R2)+(R1) -> R2`。 - **读后写相关**（Read-after-Write, RAW）：指令I4试图在I3写入R4之后立即写入R4，例如`I3: ADD R3, R4; (R3)+(R4) -> R3` 和 `I4: MUL R4, R5; (R4) * (R5) -> R4`。 - **写后写相关**（Write-after-Write,WAW）：指令I6试图在I5写入R6之后立即写入R6，例如`I5: LDA R6, B; M(B) -> R6` 和 `I6: MUL R6, R7; (R6) * (R7) -> R6`。 这些内容展示了计算机组成原理中关键的硬件设计概念，包括指令执行流程、微指令的组织和流水线技术，以及指令执行过程中可能出现的数据相关问题。理解和掌握这些知识对深入理解计算机系统的运作至关重要。