计算机组成原理课本chapter 7 answer

1、1第七章7.7设指令字长设指令字长16位，采用操作数扩展技术，每个操作数的地位，采用操作数扩展技术，每个操作数的地址为址为6位，如果定义了位，如果定义了13条二地址指令，试问还可以安排多条二地址指令，试问还可以安排多少条一地址指令？少条一地址指令？解：指令格式如下：解：指令格式如下：OPA1A2 4 6 6最多可安排最多可安排16条二地址指令，现安排条二地址指令，现安排13条二地址指令，余条二地址指令，余下下3种情况用于把操作码扩展到种情况用于把操作码扩展到A1，因此最多可以安排的一，因此最多可以安排的一地址指令为：地址指令为：3*26=3*64=192条条27.8某机指令字长某机指令字长16

2、位，每个操作数的地址码为位，每个操作数的地址码为6位，设操作码位，设操作码长度固定，指令分为零地址、一地址和二地址三种格式。若长度固定，指令分为零地址、一地址和二地址三种格式。若零地址指令有零地址指令有M条，一地址指令有条，一地址指令有N种，则二地址指令最多有种，则二地址指令最多有几种？若操作码位数可变，则二地址指令最多允许有几种？几种？若操作码位数可变，则二地址指令最多允许有几种？解：指令格式如下：解：指令格式如下：OPA1A2 4 6 6(1)若采用固定操作码，最多可以设计若采用固定操作码，最多可以设计16条指令，所以二地条指令，所以二地址指令最多有：址指令最多有：16-M-N 条。条。(

3、2)若采用可变操作码，最多可以设计若采用可变操作码，最多可以设计16条二地址指令，假设二条二地址指令，假设二地址指令地址指令X条，则最多可以设计（条，则最多可以设计（16-X）*26条一地址指令，现条一地址指令，现有一地址指令有一地址指令N条，则最多可设计条，则最多可设计(16-X)*26-N* 26条零地址，条零地址，则：则：(16-X)*26-N* 26MX 16-( M* 2-6+N)*2-637.16 某机主存容量为某机主存容量为4M 16位，且存储字长等于指令字长，若位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成该机指令系统可完成108种操作，操作码位数固定，且具有直种操作，操作码

4、位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，试回答：接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，试回答： （1）画出一地址指令格式并指出各字段的作用；）画出一地址指令格式并指出各字段的作用； （2）该指令直接寻址的最大范围；）该指令直接寻址的最大范围； （3）一次间址和多次间址的寻址范围；）一次间址和多次间址的寻址范围； （4）立即数的范围（十进制表示）；）立即数的范围（十进制表示）； （5）相对寻址的位移量（十进制表示）；）相对寻址的位移量（十进制表示）； （6）上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪一种）上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪一种最长？

5、为什么？哪一种便于程序浮动？哪一种最适合处理数组最长？为什么？哪一种便于程序浮动？哪一种最适合处理数组问题？问题？ （7）如何修改指令格式，使指令的寻址范围可扩大到）如何修改指令格式，使指令的寻址范围可扩大到4M？ （8）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什么措施？简要说明之。么措施？简要说明之。4 解：（解：（1）画出一地址指令格式并指出各字段的作用）画出一地址指令格式并指出各字段的作用.OPMAOP为操作码字段，共为操作码字段，共7位，可反映位，可反映108种操作；种操作； M为寻址方式字段，共为寻址方式字段，共3位，可反映位，

6、可反映6种寻址操作；种寻址操作； A为地址码字段，共为地址码字段，共16-7-3=6位。位。 7 3 6 （2）该指令直接寻址的最大范围：）该指令直接寻址的最大范围：26=64（3）由于存储字长为）由于存储字长为16位，故一次间址的寻址范围为位，故一次间址的寻址范围为216；若；若多次间址，需用存储字的最高位来区别是否继续间接寻址，故多次间址，需用存储字的最高位来区别是否继续间接寻址，故寻址范围为寻址范围为215。（4）立即数的范围为）立即数的范围为-3231（有符号数），或（有符号数），或063（无符（无符号数）。号数）。 5（5）相对寻址的位移量为）相对寻址的位移量为-3231。 （6）上

7、述六种寻址方式中，因立即数由指令直接给出，故）上述六种寻址方式中，因立即数由指令直接给出，故立即立即寻址寻址的指令执行时间最短。的指令执行时间最短。 在指令的执行阶段要多次访存在指令的执行阶段要多次访存(一次一次间接寻址间接寻址要两次访存，要两次访存，多次间接寻址要多次访存多次间接寻址要多次访存)，故执行时间最长。，故执行时间最长。 相对寻址相对寻址操作数的有效地址只与当前指令地址相差一定的操作数的有效地址只与当前指令地址相差一定的位移量，与直接寻址相比，更有利于程序浮动。位移量，与直接寻址相比，更有利于程序浮动。 变址寻址变址寻址由于变址寄存器的内容由用户给定，而且在程序由于变址寄存器的内容

8、由用户给定，而且在程序的执行过程中允许用户修改，而其形式地址始终不变，故变址的执行过程中允许用户修改，而其形式地址始终不变，故变址寻址的指令便于用户编制处理数组问题的程序。寻址的指令便于用户编制处理数组问题的程序。6(7)(7)方案一：为使指令寻址范围可扩大到方案一：为使指令寻址范围可扩大到4M4M，需要有效地址，需要有效地址2222位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，如位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，如下图示：下图示： OP（7位）M（3位） A（高6位）A（低16位）方案二：如果仍采用单字长指令（方案二：如果仍采用单字长指令（16位）格式，为使指令寻位）格式，为使指

9、令寻址范围扩大到址范围扩大到4M，可通过段寻址方案实现。安排如下：，可通过段寻址方案实现。安排如下： 硬件设段寄存器硬件设段寄存器DS（16位），用来存放段地址。在完成位），用来存放段地址。在完成指令寻址方式所规定的寻址操作后，得形式地址指令寻址方式所规定的寻址操作后，得形式地址A（6位），位），再由硬件自动完成段寻址，段地址左移再由硬件自动完成段寻址，段地址左移6位，加形式地址，位，加形式地址，最后得最后得22位物理地址。位物理地址。 即：物理地址即：物理地址=（DS） 26 + A 7(8)(8)方案一：为使转移指令能转移到主存任一位置，需要有方案一：为使转移指令能转移到主存任一位置，需要

10、有效地址效地址2222位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，如下图示：长，如下图示： OP（7位）M（3位） A（高6位）A（低16位）方案二：方案二： 硬件设基址寄存器（硬件设基址寄存器（22位），用来存放基地址。位），用来存放基地址。在完成指令寻址方式所规定的寻址操作后，得形式地址在完成指令寻址方式所规定的寻址操作后，得形式地址A（6位），再由硬件自动完成段寻址，物理地址位），再由硬件自动完成段寻址，物理地址=基址寄存基址寄存器器+ A。或者设计基址寄存器或者设计基址寄存器16位，物理地址位，物理地址= 基址寄存器基址寄存器 26 + A

11、87.197.19某某CPUCPU内有内有3232个个3232位的通用寄存器，设计一种位的通用寄存器，设计一种能容纳能容纳6464种操作的指令系统。假设指令字长等于种操作的指令系统。假设指令字长等于机器字长，试回答以下问题：机器字长，试回答以下问题： （1 1）如果主存可直接或间接寻址，采用寄存）如果主存可直接或间接寻址，采用寄存器器存储器型指令，能直接寻址的最大存储空间存储器型指令，能直接寻址的最大存储空间是多少？画出指令格式并说明各字段的含义。是多少？画出指令格式并说明各字段的含义。 （2 2）在满足（）在满足（1 1）的前提下，如果采用通用寄）的前提下，如果采用通用寄存器作基址寄存器，则

12、上述寄存器存器作基址寄存器，则上述寄存器存储器型指存储器型指令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这类指令可访问多大的存储空间？类指令可访问多大的存储空间？9 解：（解：（1）画出一地址指令格式。）画出一地址指令格式。OPRMAOP为操作码字段，共为操作码字段，共6位，可反映位，可反映64种操作；种操作；R为寄存器的地址，共为寄存器的地址，共5位，可以表示位，可以表示32个通用寄存器。个通用寄存器。 M为寻址方式字段，共为寻址方式字段，共1位，可反映直接或间接寻址；位，可反映直接或间接寻址； A为地址码字段，共为地址码字段，共32-6-5-1=20位。位。能直接寻址的最大存储空间是能直接寻址的最大存储空间是220=1M 6 5 1 20 OPRM XRBA 6 5 1 1 5 14 （2）若采用通用寄存器作为基址寄存器，则指令格式如）若采用通用寄存器作为基址寄存器，则指令格式如下图所示下图所示.10OP、R、 M字段字段意义同（字段字段意义同（1）增加寻址特征位增加寻址特征位