第7章 中央处理器 - 章节测验
一、填空题
CPU主要由 __________ 和 __________ 两大部分组成。
取出并执行一条指令所需的全部时间称为 __________。
硬布线控制器是由 __________ 逻辑电路组成的，而微程序控制器中的控制信号存储在 __________ 中。
流水线技术中，因多条指令在同一时刻争用同一资源而产生的冲突称为 __________ 相关。
在微程序控制器中，存放微程序的存储器称为 __________。
解决数据相关的一种有效技术是 __________，它将计算结果从其产生的功能单元直接传送到需要它的其他功能单元。
二、单项选择题
在CPU中，用于跟踪指令地址的寄存器是 ( )。
A. 指令寄存器 (IR)
B. 程序计数器 (PC)
C. 存储器地址寄存器 (MAR)
D. 累加器 (AC)
一条机器指令的功能通常由一段微程序来解释执行，这段微程序存放在 ( )。
A. 主存储器
B. 指令寄存器
C. 控制存储器
D. 通用寄存器
在多周期处理器中，一条指令的执行被划分为多个阶段，每个阶段占用 ( )。
A. 一个指令周期
B. 一个机器周期
C. 一个时钟周期
D. 不确定时间
下列哪项不是流水线技术需要解决的相关性问题？ ( )
A. 结构相关
B. 数据相关
C. 时间相关
D. 控制相关
在微指令的编码方式中，并行性最好但指令字最长的是 ( )。
A. 直接控制法
B. 短编码法
C. 字段编码法
D. 混合编码法
三、简答题
简述CPU执行一条指令的完整过程（包含取指、分析、执行三个阶段）。
什么是流水线技术？它为什么能提高处理器性能？
比较硬布线控制器和微程序控制器的优缺点。
参考答案
一、填空题
控制器，运算器
指令周期
组合，控制存储器 (CM)
结构
控制存储器 (CM)
旁路 (或转发)
二、单项选择题
B. 程序计数器 (PC)
程序计数器存放下一条要执行的指令的地址，用于跟踪指令执行顺序。
C. 控制存储器
微程序存放在专门的控制存储器中，而不是主存储器。
C. 一个时钟周期
多周期处理器中，每个基本操作（阶段）在一个时钟周期内完成。
C. 时间相关
流水线冲突主要分为结构相关、数据相关和控制相关，没有"时间相关"这一说法。
A. 直接控制法
直接控制法每一位控制一个微命令，并行性最强，但导致微指令字非常长。
三、简答题
1. 简述CPU执行一条指令的完整过程
答：CPU执行一条指令的过程如下：
取指令阶段：CPU根据程序计数器(PC)中的地址，从主存中取出指令，放入指令寄存器(IR)，同时PC自动加1指向下一条指令。
分析取数阶段：控制器对IR中的指令进行译码，分析其操作类型和寻址方式，并根据地址信息从主存或寄存器中获取操作数。
执行阶段：控制器发出相应的微操作命令，指挥运算器(ALU)等部件对操作数执行指令规定的运算或操作，并将结果存放到指定的寄存器或主存单元中。
2. 什么是流水线技术？它为什么能提高处理器性能？
答：
流水线技术是一种将指令执行过程分解为多个独立的子阶段（如取指、译码、执行、访存、写回），并让不同指令的各个子阶段在时间上重叠执行的技术。
提高性能的原因：
- 通过并行处理多个指令的不同阶段，而不是串行地完成一条指令再开始下一条
- 在流水线充满后，每个时钟周期可以完成一条指令（理想情况）
- 提高了指令的吞吐率和处理器的整体性能
- 充分利用了硬件资源，提高了硬件利用率
3. 比较硬布线控制器和微程序控制器的优缺点
答：
硬布线控制器：
优点：
- 速度快，因为控制信号由组合逻辑电路直接产生
- 不需要访问控制存储器，延迟小
缺点：
- 设计复杂，实现难度大
- 一旦设计完成，修改或增加指令非常困难，灵活性差
- 控制逻辑不规整，难以维护
微程序控制器：
优点：
- 设计规整、简单，易于实现
- 修改和扩展指令系统方便，只需修改或增加微程序即可
- 有利于实现系列机的兼容
- 控制逻辑清晰，易于维护和调试
缺点：
- 由于需要从控制存储器中读取微指令，其执行速度相对硬布线控制器较慢
- 需要额外的控制存储器，增加了硬件成本
建议：完成测验后对照参考答案，查漏补缺，重点复习错题涉及的知识点。