【计算机组成与体系结构课程设计】上机考试

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(1) 针对图中的MIPS处理器数据通路(不考虑I/O)，用红色或蓝色描出执行sw指令时的数据通路。（将该图下载到电脑，并用画图完成描线）

(2) 写出执行sw指令时，各个元件控制端信号应该置什么值?

2

基于Minisys处理器，设计一个支持个位数加法和减法的计算器程序。

（1）需要设计哪些I/O模块？

（2）计算器程序执行的流程是什么？

3

在调试中：

(1) 你们小组出现了什么问题？

(2) 原因是什么？

(3) 如何解决的？

(本题需要列举本次课设中调试过程中的1个具体问题，详细描述你所遇到问题及解决过程细节）。

4

将MIPS伪指令bgt $t0, $t1, exit翻译为实现对应功能的MIPS指令。

5

若在Minisys处理器中增加浮点数运算功能

（1）需要增加哪些部件？

（2）需要修改哪些部件？

（3）写出实现浮点数运算功能的主要思路和关键之处。

一些参考

将MIPS伪指令bgt $t0, $t1, exit翻译为实现对应功能的MIPS指令如下：
slt $at, $t0, $t1 # 比较$t1和$t0的大小，将比较结果存储在$at寄存器中
beq $at, $zero, exit # 如果$t1小于或等于$t0，则跳转到exit标签处
其中，at寄存器是一个临时寄存器，用于存储比较结果。exit是一个标签，表示跳转目标位置。如果t1大于$t0，则不会执行跳转指令，而是继续执行下一条指令。

（1）需要增加浮点数运算部件，如浮点加法器、浮点乘法器、浮点除法器等。

（2）需要修改ALU（算术逻辑单元）部件，以支持浮点数运算。同时，还需要修改寄存器文件，以支持浮点寄存器。

（3）实现浮点数运算的主要思路是将浮点数表示为符号位、指数位和尾数位的形式，然后进行相应的运算操作。关键之处在于正确解析浮点数的表示形式，并进行适当的舍入和溢出处理。另外，还需要处理特殊情况，如零除、无穷大等。为了提高浮点数运算的效率，可以采用流水线技术和乘法累加器等优化方法。

浮点加法器：用于执行浮点数的加法运算。
浮点乘法器：用于执行浮点数的乘法运算。
浮点除法器：用于执行浮点数的除法运算。
浮点寄存器文件：用于存储浮点数的寄存器。

ALU（算术逻辑单元）：需要增加对浮点数运算的支持，包括浮点数加法、减法、乘法和除法。
控制单元：需要增加对浮点数运算指令的译码和控制信号生成。
数据通路：需要增加浮点寄存器文件和浮点运算器的连接路径，以便进行数据传输和运算。

（1）设计一个支持个位数加法和减法的计算器程序需要以下I/O模块：

输入模块：用于接收用户输入的操作数和操作符。
显示模块：用于显示计算结果。

（2）计算器程序执行的流程如下：
初始化：将输入模块和显示模块初始化。
接收输入：从输入模块接收用户输入的操作数和操作符。
执行计算：根据操作符进行加法或减法运算。
显示结果：将计算结果显示在显示模块上。
返回步骤2，等待用户继续输入操作。
整个流程是一个循环，用户可以反复输入操作数和操作符，计算器程序会根据输入执行相应的加法或减法运算，并将结果显示出来。