2022-43
某 CPU 中部分数据通路如题 43 图所示，其中，GPRs 为通用寄存器组；FR 为标志寄存器，用于存放 ALU 产生的标志信息；带箭头虚线表示控制信号，如控制信号 Read、Write 分别表示主存读、主存写，MDRin 表示内部总线上数据写入 MDR，MDRout 表示 MDR 的内容送内部总线。
请回答下列问题。
1）设 ALU 的输入端 A、B 及输出端 F 的最高位分别为 A15、B15 及 F15，FR 中的符号标志和溢出标志分别为 SF 和 OF，则 SF 的逻辑表达式是什么？A 加 B、A 减 B 时 OF 的逻辑表达式分别是什么？要求逻辑表达式的输入变量为 A15、B15 及 F15。
2）为什么要设置暂存器 Y 和 Z？
3）若 GPRs 的输入端 rs、rd 分别为所读、写的通用寄存器的编号，则 GPRs 中最多有多少个通用寄存器？rs 和 rd 来自图中的哪个寄存器？已知 GPRs 内部有一个地址译码器和一个多路选择器，rd 应连接地址译码器还是多路选择器？
4）取指令阶段（不考虑 PC 增量操作）的控制信号序列是什么？若从发出主存读命令到主存读出数据并传送到 MDR 共需 5 个时钟周期，则取指令阶段至少需要几个时钟周期？
5）图中控制信号由什么部件产生？图中哪些寄存器的输出信号会连到该部件的输入端？
（1）SF=F15。
- 加法：OF=A15 · B15 · F15 + A15 · B15 · F15
- 减法：OF=A15 · B15 · F15 + A15 · B15 · F15
（2）单总线同一时刻只能传送一个数据。Y 用于暂存 ALU 的一个输入，Z 用于暂存 ALU 的输出，等待总线空闲后再送出。
（3）rs、rd 均为 4 位，因此最多有 16 个通用寄存器；二者来自 IR；rd 应连接地址译码器。
（4）控制信号序列：
PCout, MARinReadMDRout, IRin
三个步骤分别需 1、5、1 个时钟周期，取指阶段至少需 7 个时钟周期。
（5）控制信号由控制部件 CU 产生；IR 和 FR 的输出信号连接到 CU 的输入端。