（一） CPU的功能和基本结构
（二） 指令执行过程
（三） 数据通路的功能和基本结构
（四） 控制器的功能和工作原理
1. 硬布线控制器
2. 微程序控制器
微程序、微指令和微命令；
微指令的编码方式；
微地址的形式方式。
（五） 指令流水线
1. 指令流水线的基本概念
2. 指令流水线的基本实现
3. 超标量和动态流水线的基本概念
（六）多核处理器的基本概念
（2009）
18.某计算机的指令流水线由四个功能段组成，指令流经各功能段的时间（忽略各功能段之
间的 缓存时间）分别是 90ns、80ns、70ns 和 60ns，则该计算机的 CPU 时钟周期至少是
A．90ns B.80ns C.70ns D.60ns
答案：A
考点：指令流水线的阶段设置
为了充分发挥流水线的作用，CPU时钟周期应取各功能段时间的最大值，使得各功能段能在CPU的统一时钟控制下执行。这样，流水线的各功能段的执行时间才能相等，不会引起“堵塞”或“断流”现象，使得时间长的段成为整个流水线的“瓶颈”。
19.相对于微程序控制器，硬布线控制器的特点是
A．指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展容易
B．指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展难
C．指令执行速度快，指令功能的修改和扩展容易
D．指令执行速度快，指令功能的修改和扩展难
答案：D
考查硬布线控制器的特点。
硬布线控制：
由于控制器的速度取决于电路延迟，所以速度较快。
一旦设计完成，不可能通过其他的修改添加新功能。
微程序控制：
同硬布线控制器相比，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点。
由于微程序控制器采用了存储程序原理，所以每条指令都要从控制存储器中取一次，
因此影响了速度。
（2010）
19.下列不会引起指令流水阻塞的是()
A.数据旁路
B.数据相关
C.条件转移
D.资源冲突
答案：A
考点：引起指令流水的原因。数据旁路的引入是为了解决指令流水阻塞的。
（2012）
18．某计算机的控制器采用微程序控制方式，微指令中的操作控制字段采用字段直接编码法，共有 33 个微命令，构成 5 个互斥类，分别包含 7、3、12、5 和 6 个微命令，则操作控制字段至少有
A. 5 位 B. 6 位 C.15 D. 33 位
答案：C
考点：互斥的概念，由于还需要考虑一种不发命令的情况，所以每组还要加上1，所以有8，4，13，6，7个微命令，取对数取整后得到最少操作控制字段为3+2+4+3+3=15
(2013)
某 CPU 主频为 1.03 GHz，采用 4 级指令流水线，每个流水段的执行需要 1 个时钟周期。假定 CPU 执行了 100 条指令，在其执行过程中，没有发生任何流水线阻塞，此时流水线的吞吐率为
A. 0.25×109条指令/秒 B. 0.97×109条指令/秒
C. 1.0×109条指令/秒 D. 1.03 ×109条指令/秒
答案：C
解析：采用 4 级流水执行 100 条指令，在执行过程中共用4 +(100-1) =103 个时钟周期（k+(n-1)）。
CPU 主频是1.03 GHz，即每秒1.03 G个时钟周期
流水线的吞吐率为100*1.03G/103
(2014)
18. 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（下址字段法）确定下条微指令的地址，则微指令中下址字段的位数至少是：
A 5 B 6 C 8 D 9
答案：C
解析：微指令条数=2+32=130，取一下对数可以得到需要8二进制数才能用来表示这些微指令。
（2016）
19、已知无转发机制的五段基本流水线（取指、译码/读寄存器、运算、访存、写回寄存器）中，下列指令序列存在数据冒险的指令对是（）
I1: add R1,R2,R3; (R2)+(R3)->R1
I2: add R5,R2,R4; (R2)+(R4)->R5
I3: add R4,R5,R3; (R3)+(R5)->R4
I4: add R5,R2,R6; (R2)+(R6)->R5
A、I1和I2 B、I2和I3 C、I2和I4 D、I3和I4
答案：B
解析：流水线包括3种冒险：结构冒险 、数据冒险 、控制冒险。这里的数据冒险，通俗点说就是前一条指令产生的后果是下一条指令的输入
流水线冒险
结构冒险
由于硬件资源的竞争，操作无法同时执行的冒险情况。如内存访问会造成构造冒险。IF阶段和MEM 阶段都要涉及内存访问。由于访问内存使用的总线是共享资源，无法同时进行操作。
数据冒险
当即将执行的指令依赖于还未处理完成的数据时，会导致指令无法立刻开始执行，引发数据冒险。 直通（Forwarding）：原本回写运算结果是在WB 阶段，直通是指在运算结果确定的EX 阶段，将数据直接传递给下一个指令。
控制冒险
程序存在跳转语句，如果程序的实际执行路径是要跳转到其他的地址去执行，那么流水线中已经做的这些取指和译码工作就白做了，这就是流水线的控制冒险。此时，处理器需要排空流水线，跳转到新的地址处重新进入流水线。
（2016）
2.静态流水线是指（ ）
A．只有一种功能的流水线
B．功能不能改变的流水线
C．同时只能完成一种功能的多功能流水线
D．可同时执行多种功能的流水线
答案：C
一条流水线只能完成一种固定的功能，这种流水线称为单功能流水线。多功能流水线是指流水线的各段可以进行不同的连接，在不同时间内或同一时间内，通过不同的连接方式实现不同的功能。
在多功能流水线中，按照同一时间内是否能够连接成多种方式以同时执行多种功能，可以将其分为静态流水线和动态流水线。
所谓静态流水线，是指同一段时间内，多功能流水线中的各个功能段只能按照一种固定的方式连接，实现一种固定的功能，只有当按照该方式工作的所有任务都流出流水线之后，也就是流水线完全排空之后，多功能流水线才能重新进行连接，以实现另外的功能。
动态流水线是指同一段时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能。当然，要同时实现多种连接方式是有条件的，即流水线中各个功能部件之间不能发生冲突。
1、以下说法不正确的是（ ）
A．线性流水线是单功能流水线
B．动态流水线是多功能流水线
C．静态流水线是多功能流水线
D．动态流水线只能是单功能流水线
答案：D
4. 在流水机器中，全局性相关是指（ ）
A．先写后读相关
B．先读后写相关
C．指令相关
D．由转移指令引起的相关
答案：D
5.流水机器对全局性相关的处理不包括（ ）
A．猜测法
B. 提前形成条件码
C．加快短循环程序的执行
D. 设置相关专用通路
答案：D
设置相关专用通道是为解决局部相关而产生的一种方法。