________________________________________6.1解释下列名词指令周期[1]数据通路[2]时钟周期[3]同步控制异步控制[4]联合控制单周期处理器多周期处理器微操作相容性微命令[5]互斥性微命令微指令[6]微程序微程序控制[7]器控制存储器[8]硬布线控制器6.1.答：指令周期：取指令并执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期[9]组成，包括从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。数据通路：数据在功能部件之间传送的路径。时钟周期：由CPU时钟定义的定长时间间隔，是CPU工作的最小时间单位，也称节拍脉冲[10]或T周期。同步控制：选取部件中最长的操作时间作为统一的时间间隔标准，使所有部件都在这个时间间隔内启动并完成操作。异步控制：系统不设立统一的时间间隔标准(基准时钟除外)，各部件按各自的时钟工作，分别实现各自的时序控制，时间衔接通过应答通讯方式(又称握手方式)实现。联合控制：同步控制与异步控制相结合。对大多数节拍数相近的指令，采用同步控制；而对少数节拍数多不固定的指令，采用异步控制。单周期处理器：所有指令在一个时钟周期内完成的处理器。多周期处理器：每条指令的执行分成多个阶段，每个时钟周期完成一个阶段的工作。微操作：执行部件收到微命令后所进行的操作。相容性微命令：能同时并行执行的微命令。互斥性微命令：不能并行执行的微操作。微指令：由微指令产生的一组实现一定微操作功能的微命令的组合。微程序：实现一条指令功能的若干条微指令的集合。微程序控制器：采用微程序设计[11]方法设计的控制器。指令执行过程中所需要的所有控制信号以微指令的方式存在在控制存储器中，指令执行时，逐条读出微指令，以产生执行执行过程中所需要的控制信号。控制存储器：微程序控制器中用于存放解释所有指令微程序的存储器。硬布线控制器：又称为组合逻辑[12]控制器，指令执行所需要的控制信号直接由逻辑门[13]电路[14]和触发器[15]等构成的电路产生，与微程序控制器相比，具有结构复杂但速度快的特点。6.2回答下列问题1)中央处理器[16]的基本功能是什么?从实现其功能的角度分析，它应由哪些部件组成?答：五方面的功能：指令执行顺序的控制。即控制程序中的指令按事先规定的顺序自动地执行，从而保证程序执行过程中，指令在逻辑上的相互关系不被改变。指令的操作控制。即产生指令执行过程中所需要的信号，以控制执行部件按指令规定的操作运行。时间控制，即对每个控制信号进行定时，以便按规定的时间顺序启动各操作。对于任何一条指令而言，如果操作控制信号的时间不正确，则指令的功能也就不能正确实现。数据加工处理。即对数据进行算术、逻辑运算，或将数据在相关部件之间传送。异常和中断处理[17]。如处理运算中的异常及处理外部设备的中断服务请求等。组成：中央处理器主要由控制器和运算器[18]两部分构成。控制器的主要功能包括：取指令、计算下一条指令的地址、对指令译码、产生相应的操作控制信号、控制指令执行的步骤和数据流动的方向。运算器是执行部件，由算术逻辑单元[19]和各种寄存器[20]组成。2)CPU内部有哪些寄存器?它们的功能分别是什么?答：(1)指令寄存器[21](IR)：IR用于保存指令。从主存储器[22]取出的指令存放在IR中，直到新的指令从主存中取出为止。(2)程序计数器[23](PC)：PC保存将要执行的指令地址，故又称指令地址寄存器[24]。CPU取指令时，将PC的内容送到主存地址寄存器[25]，然后修改PC的值形成下一条将要执行的指令地址(3)地址寄存器(AR)：AR用来保存当前CPU所要访问的主存单元地址，无论CPU是取指令还是存取数据，都必须先将要访问的主存单元地址送AR，直到读/写操作完成。(4)通用寄存器[26]组(GR)：通用的含义是指寄存器的功能有多种用途，GR可作为ALU的累加器[27]、变址寄存器[28]、地址指针、指令计数器[29]、数据缓冲器，用于存放操作数[30](包括源操作数、目的操作数及中间结果)和各种地址信息等。(5)数据缓冲寄存器(DR)DR作为CPU和主存之间的数据缓冲寄存器用于存放操作数、运算结果或中间结果，以减少访问主存的次数；也可存放从主存中读出的数据，或准备写入主存的数据。(6)程序状态字寄存器(PSW)PSW用于保存由算术运算指令、逻辑运算指令、测试结果等建立的各种条件标志。常见的状态信息包括进位标志(C)、溢出标志(V)、结果为负数标志(S)及结果为零标志(Z)等。3)什么是取指周期?取指周期内应完成哪些操作?答：取指周期就是从开始取指令到取指令完成所需要的时间。取指周期要完成两方面的操作，一是将PC的值送存储器地址寄存器MAR，并完成储单元去取指令；二是如何形成后续指令地址：顺序执行指令时，将PC内容加当前指令所占用的主存单元数(以字节为单位)；当出现转移时，根据寻址方式[31]、转移条件、转移的目标地址等内容计算得到。4)指令有几种执行方式?说明各自的特点。答：指令的执行方式有顺序执行方式、重叠执行方式和流水执行三种方式。顺序执行方式：是一种串行执行方式，取出一条指令的操作全部结束后才能开始下一条指令的指令周期，这种方式控制简单，程序的执行速度慢。重叠执行方式：是一种局部并行方式，通常将当前指令的执行阶段与下一条指令的取指阶段重叠进行，这种方式控制较复杂，但可以提高程序的执行速度；流水执行方式：是一种并行执行方式，它将指令的执行分多个阶段（每个阶段的任务由特定的功能部件完成），一般而言，在该执行方式下，指令间的并行程度比重叠执行方式要高，控制更为复杂，可以更快地提高程序的执行速度。5)计算机为什么要设置时序系统?说明指令周期、机器周期、和时钟周期的含义。答：指令执行过程中的所有操作必须按照一定的次序完成，而且这些操作持续的时间也有严格的限制，因此，在计算机系统中需要设置时序系统，对指令执行过程中的所有控制信号进行时间控制，以保证指令功能的正确实现。通常将一条指令从取出到执行完成所需要的时间称为指令周期，包括取指周期和执行周期，指令周期通过右若干和机器周期组成，所包含的机器周期的数量随指令功能和寻址方式的不同而不同。1.9控制器产生控制信号由哪些因素决定？1.10解释下列术语：位字节字双字字长存储单元[32]地址ALUCPU主机外设固件
________________________________________
6.1解释下列名词
指令周期[1]数据通路[2]时钟周期[3]同步控制异步控制[4]联合控制单周期处理器多周期处理器微操作相容性微命令[5]互斥性微命令微指令[6]微程序微程序控制[7]器控制存储器[8]硬布线控制器
6.1.答：
指令周期：取指令并执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期[9]组成，包括从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。
数据通路：数据在功能部件之间传送的路径。
时钟周期：由CPU时钟定义的定长时间间隔，是CPU工作的最小时间单位，也称节拍脉冲[10]或T周期。
同步控制：选取部件中最长的操作时间作为统一的时间间隔标准，使所有部件都在这个时间间隔内启动并完成操作。
异步控制：系统不设立统一的时间间隔标准(基准时钟除外)，各部件按各自的时钟工作，分别实现各自的时序控制，时间衔接通过应答通讯方式(又称握手方式)实现。
联合控制：同步控制与异步控制相结合。对大多数节拍数相近的指令，采用同步控制；而对少数节拍数多不固定的指令，采用异步控制。
单周期处理器：所有指令在一个时钟周期内完成的处理器。
多周期处理器：每条指令的执行分成多个阶段，每个时钟周期完成一个阶段的工作。
微操作：执行部件收到微命令后所进行的操作。
相容性微命令：能同时并行执行的微命令。
互斥性微命令：不能并行执行的微操作。
微指令：由微指令产生的一组实现一定微操作功能的微命令的组合。
微程序：实现一条指令功能的若干条微指令的集合。
微程序控制器：采用微程序设计[11]方法设计的控制器。指令执行过程中所需要的所有控制信号以微指令的方式存在在控制存储器中，指令执行时，逐条读出微指令，以产生执行执行过程中所需要的控制信号。
控制存储器：微程序控制器中用于存放解释所有指令微程序的存储器。
硬布线控制器：又称为组合逻辑[12]控制器，指令执行所需要的控制信号直接由逻辑门[13]电路[14]和触发器[15]等构成的电路产生，与微程序控制器相比，具有结构复杂但速度快的特点。
6.2回答下列问题
1)中央处理器[16]的基本功能是什么?从实现其功能的角度分析，它应由哪些部件组成?
答：五方面的功能：
指令执行顺序的控制。即控制程序中的指令按事先规定的顺序自动地执行，从而保证程序执行过程中，指令在逻辑上的相互关系不被改变。
指令的操作控制。即产生指令执行过程中所需要的信号，以控制执行部件按指令规定的操作运行。
时间控制，即对每个控制信号进行定时，以便按规定的时间顺序启动各操作。对于任何一条指令而言，如果操作控制信号的时间不正确，则指令的功能也就不能正确实现。
数据加工处理。即对数据进行算术、逻辑运算，或将数据在相关部件之间传送。
异常和中断处理[17]。如处理运算中的异常及处理外部设备的中断服务请求等。
组成：中央处理器主要由控制器和运算器[18]两部分构成。控制器的主要功能包括：取指令、计算下一条指令的地址、对指令译码、产生相应的操作控制信号、控制指令执行的步骤和数据流动的方向。运算器是执行部件，由算术逻辑单元[19]和各种寄存器[20]组成。
2)CPU内部有哪些寄存器?它们的功能分别是什么?
答：(1)指令寄存器[21](IR)：IR用于保存指令。从主存储器[22]取出的指令存放在IR中，直到新的指令从主存中取出为止。
(2)程序计数器[23](PC)：PC保存将要执行的指令地址，故又称指令地址寄存器[24]。CPU取指令时，将PC的内容送到主存地址寄存器[25]，然后修改PC的值形成下一条将要执行的指令地址
(3)地址寄存器(AR)：AR用来保存当前CPU所要访问的主存单元地址，无论CPU是取指令还是存取数据，都必须先将要访问的主存单元地址送AR，直到读/写操作完成。
(4)通用寄存器[26]组(GR)：通用的含义是指寄存器的功能有多种用途，GR可作为ALU的累加器[27]、变址寄存器[28]、地址指针、指令计数器[29]、数据缓冲器，用于存放操作数[30](包括源操作数、目的操作数及中间结果)和各种地址信息等。
(5)数据缓冲寄存器(DR)
DR作为CPU和主存之间的数据缓冲寄存器用于存放操作数、运算结果或中间结果，以减少访问主存的次数；也可存放从主存中读出的数据，或准备写入主存的数据。
(6)程序状态字寄存器(PSW)
PSW用于保存由算术运算指令、逻辑运算指令、测试结果等建立的各种条件标志。常见的状态信息包括进位标志(C)、溢出标志(V)、结果为负数标志(S)及结果为零标志(Z)等。
3)什么是取指周期?取指周期内应完成哪些操作?
答：取指周期就是从开始取指令到取指令完成所需要的时间。取指周期要完成两方面的操作，一是将PC的值送存储器地址寄存器MAR，并完成储单元去取指令；二是如何形成后续指令地址：
顺序执行指令时，将PC内容加当前指令所占用的主存单元数(以字节为单位)；
当出现转移时，根据寻址方式[31]、转移条件、转移的目标地址等内容计算得到。
4)指令有几种执行方式?说明各自的特点。
答：指令的执行方式有顺序执行方式、重叠执行方式和流水执行三种方式。
顺序执行方式：是一种串行执行方式，取出一条指令的操作全部结束后才能开始下一条指令的指令周期，这种方式控制简单，程序的执行速度慢。
重叠执行方式：是一种局部并行方式，通常将当前指令的执行阶段与下一条指令的取指阶段重叠进行，这种方式控制较复杂，但可以提高程序的执行速度；
流水执行方式：是一种并行执行方式，它将指令的执行分多个阶段（每个阶段的任务由特定的功能部件完成），一般而言，在该执行方式下，指令间的并行程度比重叠执行方式要高，控制更为复杂，可以更快地提高程序的执行速度。
5)计算机为什么要设置时序系统?说明指令周期、机器周期、和时钟周期的含义。
答：指令执行过程中的所有操作必须按照一定的次序完成，而且这些操作持续的时间也有严格的限制，因此，在计算机系统中需要设置时序系统，对指令执行过程中的所有控制信号进行时间控制，以保证指令功能的正确实现。
通常将一条指令从取出到执行完成所需要的时间称为指令周期，包括取指周期和执行周期，指令周期通过右若干和机器周期组成，所包含的机器周期的数量随指令功能和寻址方式的不同而不同。
1.9控制器产生控制信号由哪些因素决定？
1.10解释下列术语：
位字节字双字字长存储单元[32]
地址ALUCPU主机外设固件
题目解答
答案
第六章 控制器 习 题 六
解析
本次题目主要考查计算机组成原理中控制器及相关概念的理解，包括名词解释和问题回答两部分。名词解释部分需准确阐述指令周期、数据通路、时钟周期等核心概念的定义；问题回答部分则需深入分析CPU功能、寄存器组成、指令执行方式等内容，要求结合计算机系统的工作原理，清晰表述各组成部分的作用及相互关系。