9 图2所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自增功能），M为主存（受R/W#信号控制），AR为地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器，ALU由加、减控制信号决定完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路。另外，线上标注有小圈表示有控制信号，例中yi表示y寄存器的输入控制信号，R1o为寄存器R1的输出控制信号，未标字符的线为直通线，不受控制。
① “ADD R2,R0”指令完成(R0)+(R2)→R0的功能操作，画出其指令周期流程图，假设该指令的地址已放入PC中。并在流程图每一个CPU周期右边列出相应的微操作控制信号序列。
② 若将（取指周期）缩短为一个CPU周期，请先画出修改数据通路，然后画出指令周期流程图。
解：（1）“ADD R2，R0”指令是一条加法指令，参与运算的两个数放在寄存器R2和R0中，指令周期流程图包括取指令阶段和执行指令阶段两部分（为简单起见，省去了“→”号左边各寄存器代码上应加的括号）。根据给定的数据通路图，“ADD R2，R0”指令的详细指令周期流程图下如图a所示，图的右边部分标注了每一个机器周期中用到的微操作控制信号序列。（2）SUB减法指令周期流程图见下图b所示。
14 某机的指令格式如下所示
X为寻址特征位：X=00：直接寻址；X=01：用变址寄存器RX1寻址；X=10：用变址寄存器RX2寻址；X=11：相对寻址 设(PC)=1234H,(RX1)=0037H,(RX2)=1122H（H代表十六进制数），请确定下列指令中的有效地址： ①4420H ②2244H ③1322H ④3521H
解: 1）X=00 , D=20H ,有效地址E=20H 2) X=10 , D=44H ,有效地址E=1122H+44H=1166H 3) X=11 , D=22H ,有效地址E=1234H+22H=1256H 4) X=01 , D=21H ,有效地址E=0037H+21H=0058H 5）X=11 , D=23H ,有效地址 E=1234H+23H=1257H
15 图1为某机运算器框图，BUS1～BUS3为3条总线，期于信号如a、h、LDR0～LDR3、S0～S3等均为电位或脉冲控制信号。
① 分析图中哪些是相容微操作信号？哪些是相斥微操作信号？
② 采用微程序控制方式，请设计微指令格式，并列出各控制字段的编码表。
解：1）相容微操作信号LRSN 相斥微操作信号 a,b,c,d
2）当24个控制信号全部用微指令产生时，可采用字
段译码法进行编码控制，采用的微指令格式如下（其中目地操作数字段与打入信号段可结合并公用，后者加上节拍脉冲控制即可）。
3位 3位 5位 4位 3位 2位 ××× ××× ××××× ×××× ××× ×× X 目的操作数 源操作数 运算操作 移动操作 直接控制 判别 下址字段 编码表如下：
目的操作数字段 001 LDR0 010 LDR1 011 LDR2 100 LDR3 a, b, c, d, 源操作数字段 001 e 010 f 011 g 100 h 运算操作字段 MS0S1S2S3 移位门字段 L, R, S, N 直接控制字段 i, j, +1 19 CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成的次数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为200ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。P94例6
20 某机器单字长指令为32位，共有40条指令，通用寄存器有128个，主存最大寻址空间为64M。寻址方式有立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基值寻址、相对寻址六种。请设计指令格式，并做必要说明。
21 一条机器指令的指令周期包括取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、写回（WB）四个过程段，每个过程段1个时钟周期T完成。
先段定机器指令采用以下三种方式执行：①非流水线（顺序）方式，②标量流水线方式，③超标量流水线方式。 请画出三种方式的时空图，证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。P163
22 CPU的数据通路如
图1所示。运算器中R0～R3为通用寄存器，DR为数据缓冲寄存器，PSW为状态字寄存器。D-cache为数据存储器，I-cache为指令存储器，PC为程序计数器（具有加1功能），IR为指令寄存器。单线箭头信号均为微操作控制
信号（电位或脉冲），如LR0表示读出R0寄存器，SR0表示写入R0寄存器。
机器指令“STO R1,(R2)”实现的功能是：将寄存器R1中的数据写入到以（R2）为地址的数存单元中。
请画出该存数指令周期流程图，并在CPU周期框外写出所需的微操作控制信号。（一个CPU周期含T1～T4四个时钟信号，寄存器打入信号必须注明时钟序号）
27 某计算机的存储系统由cache、主存和磁盘构成。cache的访问时间为15ns；如果被访问的单元在主存中但不在cache中，需要用60ns的时间将其装入cache，然后再进行访问；如果被访问的单元不在主存中，则需要10ms的时间将其从磁盘中读入主存，然后再装入cache中并开始访问。若cache的命中率为90%，主存的命中率为60%，求该系统中访问一个字的平均时间。
解：ta=90%tc+10%*60%(tm+tc)+10%*40%（tk+tm+tc）(m表示未命中时的主存访问时间；c表示命中时的cache访问时间；k表示访问外存时间)