【分析解答】
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# 【分析解答】
(1) 因为 PC 的增量是 2，且每条指令占 2 字节，所以编址单位是字节。
(2) 根据“大于”条件判断表达式，可以看出该 bgt 指令实现的是带符号整数比较。因为无符号数比较时，其判断表达式中没有溢出标志 OF。偏移地址 Imm8 为补码表示，说明跳转目标指令可能在 bgt 指令之前，也可能在 bgt 指令之后。计算跳转目标地址时，偏移量为 $\mathrm{Imm8} \times 2$ ，说明 Imm8 不是相对地址，而是相对指令条数。Imm8 的范围为 $-128 \sim 127$ ，故跳转目标地址的范围是 $\mathrm{PC} + 2 + (-128 \times 2) \sim \mathrm{PC} + 2 + 127 \times 2$ ，即跳转目标地址的范围是相对于 bgt 指令的前 254 个单元至后 256 个单元之间，用指令条数来衡量的话，就是相对于 bgt 指令的前 127 条指令至后 128 条指令之间。
(3) 实现 bgt 指令的数据通路如图 5.12 所示。
图5.12 bgt指令的数据通路
7. 如果图 5.4 给出的单周期数据通路对应的控制逻辑发生错误，使得控制信号 RegWr、RegDst、Branch、MemWr、ExtOp 中某一个在任何情况下总是为 0，则该控制信号为 0 时哪些指令不能正确执行？要求分别对每个控制信号进行讨论。
# 【分析解答】
若 $\mathrm{RegWr} = 0$ ，则所有需写结果到寄存器的指令（如 R-型指令、Load 类指令等）都不能正确执行，因为寄存器不发生写操作。
若 $\mathrm{RegDst} = 0$ ，则所有 R-型指令都不能正确执行，因为目的寄存器指定为 Rt 而不是 Rd。
若 $\mathrm{Branch} = 0$ ，则 Branch 类指令可能出错，因为永远不会发生跳转。
若 $\mathrm{MemWr} = 0$ ，则 Store 类指令不能正确执行，因为存储器不能写入所需数据。
若 $\mathrm{ExtOp} = 0$ ，则需要符号扩展的指令（如 $\mathrm{beq}$ 、 $\mathrm{lw / sw}$ 等）发生错误，因为进行的是 0 扩展。
8. 如果图 5.4 给出的单周期数据通路对应的控制逻辑发生错误，使得控制信号 RegWr、RegDst、Branch、MemWr、ExtOp 中某一个在任何情况下总是为 1，则该控制信号为 1 时哪些指令不能正确执行？要求分别对每个控制信号进行讨论。
# 【分析解答】
若 $\mathrm{RegWr} = 1$ ，则所有不需写结果到寄存器的指令（如 sw、beq）都不能正确执行，因为
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可能错误地将某个值写入了某个寄存器。
若 $\mathrm{RegDst} = 1$，则 $1\mathrm{w}$ 等部分 I-型指令不能正确执行，因为目的寄存器指定为 Rd 而不是 Rt。
若 $\mathrm{Branch} = 1$，则非 $\mathrm{Branch}$ 类指令可能出错，因为可能会发生不必要的跳转。
若 $\mathrm{MemWr} = 1$，则除 Store 类指令外其他指令都不能正确执行，因为会写入数据到存储器。
若 $\mathrm{ExtOp} = 1$，则需要零扩展的指令（如 ori）会发生错误，因为进行的是符号扩展。
9. 如果图 5.6 给出的多周期数据通路对应的控制逻辑发生错误，使得控制信号 PCWr、IRWr、RegWr、BrWr、PCSource、MemWr、MemtoReg、PCWrCond、R-type 中某一个在任何情况下总是为 0，则该控制信号为 0 时哪些指令不能正确执行？要求分别对每个控制信号进行讨论。
## 【分析解答】
若 $\mathrm{PCWr} = 0$，则所有指令都不能正确执行，因为无法正确地更新 PC。
若 $\mathrm{IRWr} = 0$，则所有指令都不能正确执行，因为 IR 中不能写入当前指令，也就无法进行正确的指令译码，因此后续的指令执行过程都不正确。
若 $\mathrm{RegWr} = 0$，则所有需要写结果到寄存器的指令（如 R-型指令、$1\mathrm{w}$ 等部分 I-型指令）都不能正确执行，因为寄存器不发生写操作。
若 $\mathrm{PCSource} = 00$，则除 $j$ 指令之外的其他指令都不能正确得到下条指令地址。
若 $\mathrm{MemWr} = 0$，则所有 Store 类指令执行错误，因为数据不能写入存储器中。
若 $\mathrm{MemtoReg} = 0$，则所有 Load 类指令执行错误，因为写入寄存器的是 ALU 输出而不是读出的存储单元的内容。
若 $\mathrm{PCWrCond} = 0$，则 Branch 类指令执行可能出错，因为永远不会发生跳转。
若 R-type = 0，则所有 R-型指令的执行可能出错，因为控制信号 ALUctr 的取值不是来自对 R-型指令进行解释的 ALU 局部控制器。
10. 如果图 5.6 给出的多周期数据通路对应的控制逻辑发生错误，使得控制信号 PCWr、IRWr、RegWr、BrWr、PCSource、MemWr、MemtoReg、PCWrCond、R-type 中某一个在任何情况下总是为 1，则该控制信号为 1 时哪些指令不能正确执行？要求分别对每个控制信号进行讨论。
## 【分析解答】
若 $\mathrm{PCWr} = 1$，则程序执行顺序失控，因为每个时钟都会更新 PC。
若 $\mathrm{IRWr} = 1$，则所有指令都可能出错，因为每个时钟周期都会写入 IR，因此写入的不是当前指令。
若 $\mathrm{RegWr} = 1$，则所有不需写结果到寄存器的指令（如 sw、beq）都不能正确执行，因为错误地将某个值写入了某个寄存器。
若 $\mathrm{PCSource} = 01$，则 $j$ 指令和 Branch 类指令不能正确得到下条指令地址。
若 $\mathrm{MemWr} = 1$，则除 Store 类指令外的所有指令执行错误，因为在存储器写入了不该写的信息。
若 $\mathrm{MemtoReg} = 1$，则除 Load 类指令外的所有指令执行错误，因为选择了错误的信息写入寄存器。
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若 PCWrCond = 1，则除 Branch 类指令外的所有指令可能出错，因为可能会发生不必要的跳转。
若 R-type = 1，则所有非 R-型指令的执行可能出错，因为控制信号 ALUctr 的取值来自对 R-型指令进行解释的 ALU 局部控制器。
11. swap 指令的功能是实现两个寄存器内容的互换。在 MIPS 指令集中增加一条 swap 指令有两种方式，一种是采用伪指令（软件）方式，这种情况下，当执行到 swap 指令时，用若干已有指令构成的指令序列来代替实现；另一种做法是改动硬件实现 swap 指令，这种情况下，当执行到 swap 指令时，则直接在 swap 指令对应的数据通路（硬件）上执行。
(1) 写出 MIPS 中用伪指令方式实现 "swap rs, rt" 时的指令序列。
(2) 假定用硬件实现 swap 指令时会使每条指令的执行时间增加 10%，则 swap 指令在程序中占多大的比例才值得用硬件方式来实现？
(3) 采用硬件方式实现时，在不对寄存器堆进行修改的情况下，能否在单周期数据通路中实现 swap 指令？对于多周期数据通路的情况又怎样？
【分析解答】
(1) 若在伪指令 "swap rs, rt" 的指令序列中使用除 rs 和 rt 以外的额外寄存器，则额外寄存器的内容会被指令序列破坏，因此，伪指令的指令序列中一般不能用额外寄存器。伪指令 "swap rs, rt" 的指令序列包含以下三条指令，没有用到额外寄存器。
xor rs, rs, rt
xor rt, rs, rt
xor rs, rs, rt