指令格式设计举例

指令格式设计举例综合题1、若某计算机数据线、地址线均是8bit，有一条相对寻址的无条件转移指令存于内存的20H单元中，指令给出的位移量D=00010101B，设该指令占用2个字节，试计算：（1）取该指令时PC的内容。（2)该指令执行时PC的内容。答：(1)取该指令时PC的内容为20H（2）转移地址=PC+2+D=00100000+00000010+00010101=00110111B2、假设（R)=1000，（1000）=2000，（2000）=3000，（PC）=4000，问在以下方式中，访问到的操作数的值是什么？（1）寄存器寻址RDATA=(R)=1000(2)寄存器间接寻址DATA=((R))=(1000)=2000(3)直接寻址1000DATA=（1000)=2000(4)存储器间接寻址（1000）DATA=((1000))=(2000)(5)相对寻址-2000EA=(PC)-2000=2000DATA=(EA)=(2000)=3000(6)立即数寻址#2000DATA=20003、某台计算机的指令系统中共有50条指令，试问：（1）若采用固定长度编码方式，其操作码的变码长度需要多少位？（2）设该指令系统中有10条指令的使用概率为90%，其余指令为10%，若采用不等长编码方式，其操作码的平均长度为多少？（3）若原指令系统采用固定长度编码，后继产品中需增加50条指令，试设计器指令操作码，并计算器平均长度。解：（1）采用固定长度编码方式，其操作码的变码长度需要6位，即从000000—110001（2）采用不等长编码方式，常用的指令用4位，编码表示，即从0000—1001，其余用7位编码，即从1010000---1110111。平均长度=4*90%+7*10%=4.3(3)若原指令系统采用固定长度编码，后继产品中需增加50条指令，其操作码的变码长度需要6位，即从000000—110001。新增指令采用8位编码，即从11001000--111110013、某指令系统字长16位,每个操作数的地址码长6位.设系统有双操作数指令,单操作数指令和无操作数指令3类.若单操作数指令有M条,无操作数指令有N条,问双操作数指令最多有多少条?解：因指令总长度为16位,操作数地址为6位,则双操作数指令的操作码长度为(16-6×2)=4位单操作数指令的操作码长度为(16-6)=10位零操作数指令的操作码长度为16位设双操作数指令最多有X条.则三类指令的操作码范围:双操作数指令的操作码范围:0000～(X-1)

单操作数指令的操作码范围:

X•000000～X•(M-1)

零操作数指令的操作码范围:

X•M•000000～X•M•111111N=((24-X)×26-M)×26X=24-(N/26+M)/26某台计算机字长16位，主存容量为64K，采用单字长单地址指令，共有64条指令。请用四中寻址方式（直接、间接、变址、相对）设计指令格式。

64条指令占用操作码（OP）字段6位，寻址方式（X）4种，需2位，剩余8位为位移量（D）X=00直接寻址有效地址E=D（256单元）X=01直接寻址有效地址E=（D）（64K）X=10直接寻址有效地址E=D+（R）64K）X=11直接寻址有效地址E=D+（PC）（64K）OPXD15109870设有一台计算机,其指令长度为16位,指令格式如下:OPRM中,OP为操作码,占5位,R为寄存器编号,占3位,可有8个寄存器;M为寻址方式,占2位,与D一起决定元操作数,规定如下:MM=00,为立即寻址,D为立即数;MM=01,为相对寻址,D为位移量;MM=10为变址寻址,D为位移量;假定要执行的指令为加法指令,存放在001000单元中,D的值为01,该指令执行前存储器和有关寄存器的存储情况如下入所示,其中地址码和数据时八进制表示.000001050001150001250……002006002016001000001001001002001003002001002002001002000015变址寄存器R0在以下几种情况下,给出该指令执行后R0和PC内容为几?若M=00M,(R0)=?若M=01M,(R0)=?若M=10M,(R0)=?PC=?解:从001000单元中的10—8位可知,指令使用R0寄存器,指令为加法指令.(1)

M=00时,为立即寻址,D为立即数01运算结果=(R0)+D=000015+01=000016,(R0)=000016(2)

M=01时,为相对寻址,D为位移量,操作数地址=(PC)+D=001001+01=001002运算结果=(R0)+(001002)=000015+001150=001165,(R0)=001165(3)

(3)M=10时,为变址寻址,D为位移量,操作数地址=(变址寄存器)+D=001002+01=001003运算结果=(R0)+(001003)=000015+001150=001265,(R0)=001265(4)

无论寻址方式如何,指令执行后,PC的内容自动加1,指向下一单元的指令.所以(PC)=001001某计算机字长16位,直接寻址空间128字,变址时的位移量为-64~+63,16个通用寄存器都可以作为变址寄存器.设计一套指令系统,满足下列寻址类型的要求:(1).直接寻址的二地址指令3条.(2).变址寻址的一地址指令6条.(3).寄存器寻址的二地址指令8条.(4).直接寻址的一地址指令12条.(5).零地址指令32条.OP地址码1地址码22位7位7位操作码000110(2).变址寻址的一地址指令6条,故操作码需要2+3位;而变址时的位移量为-64~+63,其地址码需7位;由于16个通用寄存器都可以作为变址寄存器,寄存器需4位.指令长度为16位.OP寄存器索引操作数5位4位7位操作码1100011001….6条共3条解：(1).直接寻址的二地址指令3条,故操作码需要2位;而直接寻址空间128字,故地址码需log227=7位,指令长度为16位.(3).寄存器寻址的二地址指令8条,操作码需5+3位;因有16个通用寄存器,寄存器需4位,故指令字长为16位.OP寄存器索引1寄存器索引28位4位4位操作码1111000011110111…..(4).直接寻址的一地址指令12条,操作码需5+4位;直接寻址空间128字,地址码需7位;指令字长为16位.OP地址码9位7位操作码111110000111111011…..(5).零地址指令32条,需要5位;但上述指令均为16位,所以,也将此指令的字长增至16位.OP16位操作码1111111000000000…..1111111000011111ASCll码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？

解：指令字长设计为12位不是很合理。主存单元字长为32位，一个存储单元可存放4个ASCII码，余下4位可作为ASCII码的校验位（每个ASCII码带一位校验位），这样设计还是合理的。

但是，设计指令字长为12位就不合理了，12位的指令码存放在字长32位的主存单元中，造成19位不能用而浪费了存储空间。指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点如下：

①单字长二地址指令；

②操作码OP可指定=64条指令；

③RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目标都是通用寄存器（可分别指定16个寄存器之一）；

④这种指令格式常用于算术逻辑类指令。

指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点

解：指令格式及寻址方式特点如下：

①双字长二地址指令；

②操作码OP可指定=64条指令；

③RS型指令，两个操作数一个在寄存器中（16个寄存器之一），另一个在存储器中；

④