分析：
- 由题目可知操作码占4位，所以支持的操作指令为 2 4 2^4 24种指令
- 操作数占6位，其中寻址3位，寄存器编号3位，所以最多有 2 3 2^3 23个通用寄存器
- 主存大小为128KB，机器字长为16位，且按字编址，所以有 128 K B 2 B = 2 16 \frac{128KB}{2B} \quad = 2^{16} 2B128KB=216个存储单元，即MAR至少16位
- 机器字长为16为，那么MDR至少也是16位
- 存器字长为16 位，PC 可表示的地址范围为 [ 0 , 2 16 − 1 ] [0, 2^{16}-1] [0,216−1]，Rn可表示的相对偏移量为 [ − 2 15 , 2 15 − 1 ] [-2^{15} ,2^{15}-1] [−215,215−1]，而主存地址空间为 2 16 2^{16} 216，因此转移指令的目标地址范围为[0000H, FFFFH] ( [ 0 , 2 16 − 1 ] ) ([0, 2^{16}-1]) ([0,216−1])
- add：0010，寄存器间接寻址：001，R4：100，寄存器间接寻址且自增：010，R5：101，0010 0011 0001 0101B = 2315H
- 指令的功能是将 R4 的内容所指的存储单元的数据与 R5的内容所指的存储单元的数据相 加，并将结果送入 R5的内容所指的存储单元中。（R4）=1234H，（1234H）=5678H;（R5）= 5678H，（5678H）=1234H;执行加法操作5678H+1234H=68ACH。之后R5自增；
该指令执行后，R5和存储单元5678H的内容会改变，R5的内容从5678H变为5679H,存 储单元 5678H中的内容变为该指令的计算结果68ACH
分析：
1.由题意，执行周期内有间址和执行指令两种微操作
2.
C
1
到
C
4
为取指令和指令译码，
C
5
到
C
7
为间址，
C
8
到
C
10
为执行阶段
C_1到C_4为取指令和指令译码，C_5到C_7为间址，C_8到C_{10}为执行阶段
C1到C4为取指令和指令译码，C5到C7为间址，C8到C10为执行阶段
时钟
功能
有效控制信号
C
1
(
P
C
)
−
>
M
A
R
P
C
o
u
t
,
M
A
R
i
n
C
2
(
M
A
R
)
−
>
M
D
R
,
P
C
+
1
M
D
R
i
n
,
M
e
m
R
,
P
C
+
1
C
3
(
M
D
R
)
−
>
I
R
M
D
R
o
u
t
,
I
R
i
n
C
4
指令译码
−
−
C
5
(
R
1
)
−
>
M
A
R
R
1
o
u
t
,
M
A
R
i
n
C
6
M
(
M
A
R
)
−
>
M
D
R
M
e
m
R
,
M
D
R
i
n
E
C
7
M
(
M
D
R
)
−
>
A
M
D
R
o
u
t
,
A
i
n
C
8
(
A
)
+
(
R
1
)
−
>
A
C
R
0
o
u
t
,
A
C
i
n
,
C
U
向
A
L
U
发送
A
D
D
信号
C
9
(
A
C
)
−
>
M
D
R
A
C
o
u
t
,
M
D
R
i
n
C
10
(
M
D
R
)
−
>
M
(
M
A
R
)
M
D
R
o
u
t
,
M
e
m
W
\begin{array}{c|c|c} 时钟&功能&有效控制信号\\ \hline C_1&(PC)->MAR&PC_{out},MAR_{in}\\ \hline C_2&(MAR)->MDR,PC + 1&MDR_{in},MemR,PC + 1\\ \hline C_3&(MDR)->IR&MDR_{out}, IR_{in}\\ \hline C_4&指令译码&--\\ \hline C_5&(R_1)->MAR&R1_{out},MAR_{in}\\ \hline C_6&M(MAR)->MDR&MemR,MDR_{in}E\\ \hline C_7&M(MDR)->A&MDR_{out},A_{in}\\ \hline C_8&(A) + (R_1)->AC&R0_{out},AC_{in},CU向ALU发送ADD信号\\ \hline C_9&(AC)->MDR&AC_{out},MDR_{in}\\ \hline C_{10}&(MDR)->M(MAR)&MDR_{out},MemW \end{array}
时钟C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10功能(PC)−>MAR(MAR)−>MDR,PC+1(MDR)−>IR指令译码(R1)−>MARM(MAR)−>MDRM(MDR)−>A(A)+(R1)−>AC(AC)−>MDR(MDR)−>M(MAR)有效控制信号PCout,MARinMDRin,MemR,PC+1MDRout,IRin−−R1out,MARinMemR,MDRinEMDRout,AinR0out,ACin,CU向ALU发送ADD信号ACout,MDRinMDRout,MemW
分析：
- [ − 513 ] 补 [-513]_补 [−513]补 = 1111 1101 1111 1111，负数补码右移数值位从高填1，为1111 1110 1111 1111，转16进制后，(R1) = FEFFH
- 由于是5段流水线方式，周期为5，有4条指令，5 + 4 - 1 = 8个周期
-
I
3
I_3
I3的ID段被阻塞是由于
I
3
I_3
I3与
I
2
I_2
I2存在数据相关，
I
3
I_3
I3要等到
I
2
I_2
I2执行结束将结果回写到寄存器后，
I
3
I_3
I3才能读取寄存器的内容；
I
4
I_4
I4的IF段被阻塞是由于下一条指令的IF段必须与上一条指令的ID段并行执行，而
I
3
I_3
I3的ID段被阻塞；
4.分析：取数a，x，x左移一位，相加后存到x中
指令 过程 I 1 L O A D R 1 , [ x ] I 2 L O A D R 2 , [ a ] I 3 S H I R 1 I 4 A D D R 1 , R 2 I 5 S T O R E R 2 , [ x ] \begin{array}{c|c|c} &指令&过程\\ \hline I_1&LOAD&R_1,[x]\\ \hline I_2&LOAD&R_2,[a]\\ \hline I_3&SHI&R_1\\ \hline I_4&ADD&R_1,R_2\\ \hline I_5&STORE&R_2,[x]\\ \end{array} I1I2I3I4I5指令LOADLOADSHIADDSTORE过程R1,[x]R2,[a]R1R1,R2R2,[x]
由于 I 3 I_3 I3的ID段需要访问寄存器，所以要等到 I 1 I_1 I1的WB段结束后才可以执行
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