【考研408计算机组成原理】微程序设计重要考点指令流水线考研真题+考点分析
苏泽
“弃工从研”的路上很孤独,于是我记下了些许笔记相伴,希望能够帮助到大家
目录
微指令的形成方式
微指令的地址形成方式
对应考题
题目:微指令的地址形成方式 - 断定方式
解题思路:
答题:
分析考点:
微程序控制单元设计
静态微程序设计和动态微程序设计(小知识点 )
静态
动态
指令流水线
在设计指令流水线时,需要考虑以下几个方面:
易错点
考题
示例问题
微指令的形成方式
微指令的地址形成方式
-
断定方式
- 微指令格式中包含下地址字段。
- 后继微指令的地址由该字段直接指定。
-
根据操作码形成
- 机器指令加载到指令寄存器后,微指令地址由操作码决定。
- 通过微地址形成部件来生成微指令地址。
-
增量计数器法
- 微指令地址寄存器(CMAR)的当前值加1。
- 公式表示为:(𝐶𝑀𝐴𝑅)+1→𝐶𝑀𝐴𝑅(CMAR)+1→CMAR。
-
分支转移
- 转移方式:根据特定的判别条件进行转移。
- 转移地址:指明转移成功后的微指令地址。
-
操作控制字段
- 包含转移方式和转移地址。
-
通过测试网络
- 微指令地址的形成可能依赖于测试网络的结果。
-
硬件产生微程序入口地址
- 第一条微指令地址由专门的硬件产生。
- 取指周期和中断周期的微程序首地址由硬件记录。
对应考题
题目:微指令的地址形成方式 - 断定方式
题目描述: 某计算机采用微程序控制器,共有32条指令。公共的取指令微程序包含2条微指令,各指令对应的微程序平均由4条微指令组成。采用断定法(下地址字段法)确定下条微指令地址。求:
- 微指令中下地址字段可以没有的位数至少是多少位?
- 总共需要存储多少条微指令?
- 标注出130个不同的位置至少需要多少个二进制位?
解题思路:
-
理解题目要求:
- 确定微指令的下地址字段位数。
- 计算总共需要存储的微指令数量。
- 计算标注130个不同位置所需的二进制位数。
-
计算微指令数量:
- 取指令微程序固定为2条微指令。
- 每条指令对应的微程序平均有4条微指令,共有32条指令。
-
计算下地址字段位数:
- 使用断定法,需要足够位数的下地址字段来唯一标识每一条微指令。
-
计算二进制位数:
- 需要的位数能够表示从1到130的所有微指令地址。
答题:
-
计算微指令数量:
- 取指令微程序:2条
- 每条指令对应的微程序:32条指令 × 4条微指令/指令 = 128条
- 总共:2 + 128 = 130条微指令
-
计算下地址字段位数:
- 由于需要唯一标识130条微指令,使用二进制表示需要的位数为 ⌈log2(130)⌉⌈log2(130)⌉。
- 计算得 27=12827=128,28=25628=256,因此至少需要8位。
-
计算二进制位数:
- 130个不同位置至少需要的二进制位数为 ⌈log2(130)⌉⌈log2(130)⌉。
- 由于 27=12827=128 不足以表示130,所以需要 28=25628=256,即8位。
分析考点:
- 考点1: 微程序控制器的工作原理和微指令的地址形成方式。
- 考点2: 断定法的理解和应用。
- 考点3: 二进制数的位数计算,以及如何确定能够表示特定数量的唯一值所需的位数。
微程序控制单元设计
与硬布线控制单元设计做对比
绝大多数都一样,但唯一的区别在最后:把形成的微命令 交给 微地址形成部件 最后形成微命令+微地址的形式组成微指令
而硬布线是直接把这样的微命令做成电路去实现
也正是因为这个特性 他的每一个微命令段(由若干微命令形成的微命令段)多一个节拍 用于把下一次的微命令存到CMAR 作用是为了让机器知道 “下一步”执行谁
这也是他跟硬布线控制器最大的区别
静态微程序设计和动态微程序设计(小知识点 )
静态
动态
指令流水线
是CPU中的一种技术,它允许多个指令在不同的阶段同时进行处理,从而提高执行效率。指令流水线的基本步骤包括:
- 取指周期:根据程序计数器(PC)中的内容从指定地址读出指令代码并放在指令寄存器(IR)中。
- 译码周期:对指令进行译码,确定需要的操作和操作数。
- 执行周期:根据指令的操作码和操作数执行相应的操作。
- 访存周期:如果需要,访问内存以获取或存储数据。
- 写回周期:将执行结果写回寄存器或内存。
流水线技术可以并行处理多个指令,但也可能遇到一些问题,如数据冲突、控制冲突等,需要采取相应的策略来解决。
指令流水线的本质
就是把一个动作拆解成无数个细小的动作 (由不同的部件完成不同的动作) 然而流水线就体现在 异步 通俗点讲就是你是切菜的 你不用上一个菜做完 你就一直切菜 你的任务不需要等到别人执行完成你才能够开始 这就叫异步 流水线的本质 就是希望将各种部件最大异步化 仅此而已
在设计指令流水线时,需要考虑以下几个方面:
- 指令的顺序:指令顺序不能改变,以确保程序的正确性。
- 指令的并行性:编译器可以通过分析指令之间的依赖关系,将能够并行执行的指令合并成一条超长指令字,以提高执行效率
指令流水线是一种在CPU中用于提高指令执行效率的技术,它将指令的执行过程分解成多个子过程,这些子过程可以并行执行。然而,在指令流水线的设计和实现中存在一些易错点,这些易错点在考题中也经常被考察。以下是一些指令流水线中的易错点和相关问题:
易错点
-
资源冲突(结构相关):当多条指令同时争用同一资源时会发生结构相关,导致流水线中断或效率降低。
-
数据相关(数据冒险):某些指令依赖于前一条指令的结果,如果前一条指令的结果尚未计算完成,后一条指令就无法执行。
-
控制相关(控制冒险):转移指令和程序计数器的改变可能导致流水线中断。
-
流水线的启动和排空:流水线在开始时需要一定的时间来填满各个阶段,称为启动时间;在最后一条指令执行完毕后,流水线需要一段时间来清空,称为排空时间。
-
超标量流水线的指令乱序发射:超标量流水线允许在一个时钟周期内发射多条指令,但需要处理指令乱序执行带来的问题。
-
异常和中断的处理:流水线需要能够处理异常和中断,这可能会影响流水线的效率。
考题
-
计算流水线的性能指标:如吞吐率、加速比、效率等。
- 吞吐率:单位时间内完成的指令数量。
- 加速比:引入流水线后与未引入流水线的执行时间之比。
- 效率:流水线中各功能的利用率。
-
分析流水线中的相关类型:确定指令流水线中可能发生的数据相关、控制相关和结构相关。
-
设计超标量流水线:设计一个超标量流水线,并分析其CPI(每条指令的时钟周期数)。
-
处理异常和中断:设计流水线的异常和中断机制,确保流水线在遇到异常情况时能够正确处理。
-
流水线的优化:提出方法来减少流水线的启动时间和排空时间,提高流水线的效率。
-
指令流水线的实现:给出指令流水线的具体实现方式,包括数据通路的设计、控制信号的生成等。
示例问题
假设有一个五段式指令流水线,包括取指、译码、执行、访存和写回五个阶段。请计算以下情况:
- 吞吐率:如果有8条指令需要执行,每个时钟周期完成一个阶段,那么吞吐率是多少?
- 加速比:如果没有流水线,执行这8条指令需要多少时钟周期?引入流水线后,加速比是多少?
- 效率:如果流水线的设备利用率是80%,那么流水线的效率是多少?
可以尝试自己根据理解做一下哦 下一期把做题笔记发出来
答案:
另外,利用了工作之余的一点点时间,整理了一套考研408的知识图谱,
我根据这一套知识图谱打造了这样一个408知识图谱问答系统
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运算放大器(运放)带宽和带宽平坦度
运算放大器带宽和带宽平坦度 电压反馈型运算放大器的带宽 下图1显示电压反馈型运算放大器的开环频率响应。有两种可能:图1A是最常见的情况,高直流增益以6dB/倍频程从极低频率下降至单位增益,也就是典型的单极点响应。相比之下,图…...
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npm常用命令使用与事件案例
概述 npm(Node Package Manager)是一个JavaScript编程语言的包管理器,用于Node.js应用程序。它允许用户安装、共享和管理具有重复使用价值的代码(包),这些代码可以是库、工具或应用程序。 npm常用命令详解…...
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Spring Boot中的定时任务调度
Spring Boot中的定时任务调度 大家好,我是免费搭建查券返利机器人省钱赚佣金就用微赚淘客系统3.0的小编,也是冬天不穿秋裤,天冷也要风度的程序猿!今天我们将深入探讨如何在Spring Boot应用中实现定时任务调度,这在实际…...
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Hadoop3:MapReduce中的ETL(数据清洗)
一、概念说明 “ETL,是英文Extract-Transform-Load的缩写,用来描述将数据从来源端经过抽取(Extract)、转换(Transform)、加载(Load)至目的端的过程。ETL一词较常用在数据仓库&#…...
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python解锁图片相似度的神奇力量
在这个信息爆炸的时代,图片成为了我们传递信息、表达情感和记录生活的重要方式。然而,面对海量的图片资源,如何快速准确地找到相似的图片,成为了一个亟待解决的问题。现在,让我们为您揭开图片相似度的神秘面纱,带您领略这一创新技术的魅力! 图片相似度技术,就像是一位…...
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制作Ai 数字人和数字人带货全面拆解复盘
看了后不用再花高价钱去买怎么制作数字人 .数字人带货的相关教程了 市面上基本都是通过这几个方法制作的数字人 超级详细 值得注意的是 拆解的太详细 仅供正规个人用途哦 请勿用于任何非法操作 否则 就不用接着往下看了 点击获取完整版资料...
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Apache Flink架构介绍
目录 一、Apache Flink架构组件栈 1.1 概述 1.2 架构图 1.3 架构分层组件说明 1.3.1 物理部署层 1.3.2 Runtime 核心层 1.3.3 API & Libraries层 二、Flink运行时架构 2.1 概述 2.2 架构图 2.3 架构角色和组件 2.3.1 Flink Clients客户端 2.3.2 JobManager 2.…...
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2.3.2 主程序和外部IO交互 (文件映射方式)----IO Client实现
2.3.2 主程序和外部IO交互 (文件映射方式)----IO Client C实现 和IOServer主要差别: 1 使用Open_Client 连接 2 一定要先打开IOServer,再打开IO_Client 效果显示 1 C 代码实现 1.1 shareddataClient.h 头文件中引用 和sharedd…...
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React Hooks --- 分享自己开发中常用的自定义的Hooks (1)
为什么要使用自定义 Hooks 自定义 Hooks 是 React 中一种复用逻辑的机制,通过它们可以抽离组件中的逻辑,使代码更加简洁、易读、易维护。它们可以在多个组件中复用相同的逻辑,减少重复代码。 1、useThrottle 代码 import React,{ useRef,…...
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第一篇——导论:数学通识课的体系和学习攻略
目录 一、背景介绍二、思路&方案三、过程1.思维导图2.文章中经典的句子理解3.学习之后对于投资市场的理解4.通过这篇文章结合我知道的东西我能想到什么? 四、总结五、升华 一、背景介绍 数学的认知大厦;之前听的时候就觉得很重要,本次又…...
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昆虫学(书籍学习资料)
包括昆虫分类(上下册)、昆虫生态大图鉴等书籍资料。...
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比亚迪海豹登陆日本市场,预计7月末交付
据比亚迪品牌及公关处副总经理杜国忠在社交平台表示,比亚迪近日在日本市场推出第三款电动汽车——seal,版图扩展至日本轿车市场。据介绍,海豹在日本市场将推出两个版本,都搭载82.56千瓦时电池。其中,基础型号后轮驱动版本售价528万日元,续航里程约640公里;四轮驱动awd版…...
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国际儿童慈善组织:苏丹超1800万儿童失学超过一年
当地时间5月28日,国际儿童慈善组织救助儿童会发表声明称,自苏丹武装冲突爆发以来,针对苏丹学校和教育设施的暴力袭击事件增长了三倍。截至目前,苏丹国内已发生88起此类暴力事件。这些暴力袭击包括:对学校的空袭,造成师生伤亡;对教师施加酷刑,杀害和绑架老师以及在教育设…...
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国产PS插件新选择;StartAI平替中的佼佼者!
前言 在设计的世界里,每一个细节都至关重要。设计师们常常面临时间紧迫、创意受限、工具复杂等挑战。Photoshop虽强大,但繁琐的操作和高昂的成本往往令人望而却步。今天我就为大家介绍一款PSAI插件——StartAI,一款专为Photoshop设计的国产A…...
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NGINX启动停止与各种常见问题
很多项目代理工具都是NGINX,这个工具也确实很牛。据说是俄罗斯人研发出来的。 NGINX的配置文件通常是../xx/conf/nginx.conf,在里面做后端服务器IP或者网关IP的代理,加载前端页面的同时,获取后端数据。 NGINX的启动文件在../xx/…...
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React18 apexcharts数据可视化之甜甜圈图
03 甜甜圈图 apexcharts数据可视化之甜甜圈图。 有完整配套的Python后端代码。 本教程主要会介绍如下图形绘制方式: 基本甜甜圈图个性图案的甜甜圈图渐变色的甜甜圈图 面包圈 import ApexChart from react-apexcharts;export function DonutUpdate() {// 数据…...
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k8s cephfs(动态pvc)
官方参考文档:GitHub - ceph/ceph-csi at v3.9.0 测试版本 Ceph Version Ceph CSI Version Container Orchestrator Name Version Tested v17.2.7 v3.9.0 Kubernetes v1.25.6 安装Ceph-csi Step 1 Download GitHub - ceph/ceph-csi at v3.9.0 rootsd-k8s…...