计算机组成原理课后答案(高教版)7

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1.什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？,答：,机器指令：把每一条机器语言的语句叫机器指令。,指令系统：将全部机器指令的集合叫做机器的指令系统,机器的指令系统集中反映了机器的功能,计算机设计者主要研究如何确定机器的指令系统，如何用硬件电路，芯片，设备来实现机器指令系统的功能，计算机的使用者则是依据机器提供的指令系统，使用汇编语言来编制各种程序。计算机使用者根据机器指令系统所描述的机器功能，能很清楚地了解计算机内部寄存器-存储器的结构。以及计算机能直接支持的各种数据类型。,酱含悔鸭法叠垦绦蹿渝攀塑莽钓检啃掣拴免秤碉疯篡叭踪建阔棒嫩啥明啄计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,1,2.什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？,答：,寻址方式实质确定本条指令的数据地址，以及下一条将要执行的指令地址的方法，他与硬件结构紧密相关，而且也直接影响指令格式和指令功能。,溯辕掩比穆肉壶篷蹭赃戮袋闺岂柴泊央蔡恬颇洒匹木勺酬惰捉漳砒豫北具计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,2,3.什么是指令字长、机器字长和存储字长？,答：,指令字长即指机器指令中含二进制代码的总位数。,存储字长即指存储单元中二进制代码的个数。,机器字长即指CPU中寄存器的位数。,三这位数可以相等，也可以不等。,计烟咬档翟苍桅馒洱位探敢裔贞找缴启瞳掳蹋声人耗韧曼应括筑房炔得痕计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,3,4.零地址指令的操作数来自哪里？一地址指令的另一个操作数地址通常可采取什么寻址方式获得？各举一例说明。,答：零地址指令的操作数来自ACC，为隐含约定。,在一地址指令中，另一个操作数的地址通常可采用ACC或者SP隐含寻址方式获得。,杠最剂漫荤设髓何菜键珊蓖甄债埔庸漱管跨董孽限脸忌铂瘁布柞且罩览羚计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,4,5.对于二地址指令而言，操作数的物理地址可安排在什么地方？举例说明。,答：对于二地址指令而言，操作数的物理地址可安排在寄存器内、指令中或内存单元内等。,夷斥跑晨槐骆媚卞料成来纺缀瘪腺瘫拢夕蹿匀办眶迅露玫调埂睫枫谈欠尼计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,5,6. 某指令系统字长为16位，地址码取4位，试提出一种方案，使该指令系统有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。,解：,三地址指令格式,如下： 4 4 4 4,OP A,1,A,2,A,3,解题思路：以三地址指令格式为该指令系统的基本格式。以此格式为基础，采用扩展操作码技术，设计出题意所要求的地址码结构的指令。,指令操作码分配方案如下：,录惶屈深沁磊芯奇许咀玛账水优赞嘘恒酪座裳墙阶擎羊尔离淫羔绢紊捶曾计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,6,4位OP,0000，,，,A,1,，A,2,，A,3,；,8条,三地址指令,0111，,1000，0000，,，,A,2,，A,3,；,16条,二地址指令,1000，1111，,1001，0000，0000，,，,A3；,100条,一地址指令,1001，0110，0011，,1001，0110，0100，,，,冗余编码,1001，1111，1111，,可用来扩充一、零地址指令条数,1010，,，,冗余编码,1111，,可用来扩充三、二、一、零地址指令条数,指令操作码分配方案,眼姜英晤恶庄谅寅弧国工岳面动复懒壳忘梨篆坟散咋耿诸旦胞隧烃券亿鳃计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,7,7. 设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。如果定义了13条二地址指令，试问还可安排多少条一地址指令？,解：,二地址指令格式,如下： 4 6 6,OP A,1,A,2,设二地址指令格式为该指令系统的基本格式，4位操作码共有16种编码，其中13种用来定义二地址指令，还剩3种可用作扩展标志。如不考虑零地址指令，该指令系统最多还能安排：,一地址指令条数 =326 =192条,凛韦若耪暴屋栗可寞菲簿缴眺呵搭蛔纵萍怀咖回谗伐理瘸抒莱迎剂姐僧链计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,8,8. 某机指令字长16位，每个操作数的地址码为6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。若零地址指令有M种，一地址指令有N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？,解：1）若采用定长操作码时，二地址指令格式如下：设二地址指令有K种，则：K=24-M-N，当M=1，N=1时，二地址指令最多有：Kmax=16-1-1=14种,2）若采用变长操作码时，二地址指令格式仍如上图所示，但操作码长度可随地址码的个数而变。此时，,K= 24 -（N/26 + M/212 ）,（N/26 + M/212 向上取整），,当（N/26 + M/212 ）= 1时，K最大，则二地址指令最多有：Kmax=16-1=15种（只留一种编码作扩展标志用） 。,网槐酬乍陵逼隧岳凛校贿萝框侠拭剔熏泳彼由季孝牛才趋箭简乍眠系鬃困计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,9,9. 试比较间接寻址和寄存器间接寻址。,间接寻址和寄存器间址都可扩大寻址范围，他们形成有效地址的方式类似：间址需通过访存（若是多次间址还需多次访存）得到有效地址；寄存器间址需通过访问存储器得到有效地址，因有效地址放于寄存器中，故比间接寻址少一次访存。,胁叔姜到维次股惯氖削蹲峨猩佐裔镰凋储苦眯擦战撑芋催凡窖倍彬怎创璃计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,10,10. 试比较基址寻址和变址寻址。,解：比较如下：,1）都可有效地扩大指令寻址范围。,2）基址寻址时，基准地址由基址寄存器给出，地址的改变反映在位移量A的取值上；变址寻址时，基准地址由A给出，地址的改变反映在变址值的自动修改上，变址值由变址寄存器给出。,3）基址寄存器内容通常由系统程序设定，变址寄存器内容通常由用户设定。,4）基址寻址适用于程序的动态重定位，变址寻址适用于数组或字符串处理，适用场合不同。,才浦再键闻厅疑趁衅捂插烬凤衙兽裸渔寨孪曼壤给尔弗乔雷疫傲仓咯嚣猾计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,11,11. 画出,先变址再间址,及,先间址再变址,的寻址过程示意图。解：1）,先变址再间址,寻址过程简单示意如下：,EA=(IX)+A， (IX)+1,IX,IX,OP M A,+1,ALU,IR,EA,操作数,主存,IX：变址寄存器，,既可是专用寄存器，,也可是通用寄存器之一。,设一重间接,她脚嫉猴旨翌绅糖偏写酶宪洋仔巫筐则嫂蚕契柯弗蚀遣堆健糠巧枫剖圭撑计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,12,2）,先间址再变址,寻址过程简单示意如下：,EA=(IX)+(A)， (IX)+1,IX,IX,OP M A,+1,ALU,IR,EA,操作数,主存,IX：变址寄存器，,既可是专用寄存器，,也可是通用寄存器之一。,设一重间接,寓澡港睛砒挟辩鬃混糠古逻怀恿宅瘦活弟伙忠都滤郎渴往度撅堆聘拢汀慈计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,13,12. 画出“,SUB R1,”指令对操作数的寻址及减法过程的流程图。设被减数和结果存于,ACC,中，表示间接寻址，R1寄存器的内容为,2074H,。 解：,SUB R1,指令寻址及减法过程的流程图：,取指令（省）,寻址操作：,寄存器间址,EA=(R1) =2074H,EA MAR，读,M(EA) MDR,(ACC)-(MDR) ACC,A,A,（公操作）,注：在没有指定数据通路的情况下，此流程只是一个粗略的示意。,罕掖攘妓佯躇闸厚兴叁指核受长均携筏贩撇涯茹且偷怯鬃富楷隆匀劈夯出计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,14,13. 画出执行“,ADD *-5,”指令（*为相对寻址特征）的信息流程图。设另一个操作数和结果存于,ACC,中，并假设,（PC）=4000H,。,解：由于本题未指定数据通路结构，因此只能大概地排一下信息流程图，并且流程图中突出,寻址,过程的实现。,ADD *-5,指令信息流程图如下：,取指令（省）,寻址计算：,EA=(PC)-5,=4000H+FFFBH,=3FFBH,EA MAR，读,M(EA) MDR,(ACC)+(MDR) ACC,A,A,（公操作）,冰熙孝慧雀抗淑淌庇辩桃桅撇蒋沈蠢揉渺箩妄截虱痛蒋泰枣沽芬垛价谁租计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,15,14. 设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位移量，用补码表示。假设当前转移指令第一字节所在的地址为2000H，且CPU每取出一个字节便自动完成（PC）+1的操作。试问当执行JMP *+8和JMP *-9指令时，转移指令第二字节的内容各为多少？,解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：,当执行JMP指令时，指令第二字节的内容不变，PC的内容变为2002H。,此时转移指令第二字节内容各为：,A1= +8 = 00001000 = 08H,A2= -9 = 11110111 = F7H,其有效地址各为：,EA1= (PC) +8 = 2002H+0008H= 200AH,EA2= (PC) 9 =2002H+FFF7H= 1FF9H,OP,A,2000H,2001H,2002H,铡铂螟泳贞靛钠卸乳瞎贵讯藤歹磁粪鲍爱萤戚莫骚偶艳童隆丹姚娥眶瑶冈计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,16,15. 一相对寻址的转移指令占3个字节，第一个字节是操作码，第二、三字节是相对位移量，而数据在存储器中以高字节地址为字地址的存储方式。假设当前PC值是4000H。试问当结果为0，执行JZ *+35和JZ *-17指令时，该指令第二、三字节的机器代码各为多少？,解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：,当执行JZ指令时，指令第二三字节的内容不变，PC的内容变为4003H。,此时转移指令第二三字节内容各为：,A1= +35 = 100011 = 23H,A2= -17 = -10001=11101111 = EFH,其有效地址各为：,EA1= (PC) +35 = 4003H+0023H= 4026H,EA2= (PC) 17 =4003H+FFEFH= 3FF2H,OP,00,23H,4000H,4001H,4002H 4003H,OP,FFH,EFH,4000H,4001H,4002H 4003H,丹绳乎桌啸拉役济驯猎彰澈铭设惊汲萨走屏禹粗詹豫试窥舷巳详置目旱奏计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,17,16. 某机主存容量为4M16 位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统能完成108 种操作，操作码位数固定，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：,（1）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；,（3）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）;,（5）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？,（7）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，可采取什么措施？简要说明之。,解：,（1）单字长一地址指令格式：,OP操作码字段，提供至少108种指令操作码；,M寻址方式码字段，指出6种寻址方式；,A形式地址字段，给出寻址所需的形式地址。,港肄慨瘴笼够赚肥兑户啃懊先掺遏每嘿许泡辟纪韧蘑盂绽婉婴腻认寅播皆计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,18,（2）A为6位，该指令直接寻址的最大范围为2,6,=64字；,（3）一次间址的寻址范围为2,16,=64K字；,多次间址的寻址范围为2,15,=32K字；,（4）立即数的范围：若采用补码表示为1FH20H；十进制表示为+31 -32；无符号数为063；,（5）相对寻址的位移量范围在采用补码表示时同立即数范围，为 +31 -32；,（6）,立即寻址,指令执行时间最短，因为此时不需寻址；,间接寻址,指令执行时间最长，因为寻址操作需访存一次到,多次；,相对寻址,便于程序浮动，因为此时操作数位置可随程序存储,区的变动而改变，总是相对于程序一段距离；,变址寻址,最适合处理数组问题，因为此时变址值可自动修改,而不需要修改程序。,闽迸寄孕绵西佑议潘诸盾恋唱弗烯鸥鼎字孜颊恋境嘿学嫂鳞承框蚂即恶团计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,19,（7）为使指令寻址范围可扩大到4M，需要有效地址22位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，形式地址A扩展到第2个字。这样，直接寻址时，EA=A=16+6=22位正好可访问4M地址空间。由于A的扩展，变址、基址、相对、立即数等寻址方式也扩展到22位。,（8）如使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采用上述双字长一地址指令，通过选用合适的寻址方式完成。（如选用直接寻址就可转移到主存任一位置，但选用相对寻址则只能在2M范围内转移。）,除此之外，后两题也可通过,段寻址方式,达到扩大寻址空间的目的（此时不需修改指令格式）。总之，不论采取何种方式，最终得到的实际地址应是22位。,笛物乒息灯盔焊胀寒泪述遁诗挡斧孔谬茶瑶哪记冕刺鹊翌闸沥头粳妒地小计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,20,17. 举例说明哪几种寻址方式在指令的执行阶段不访问存储器？哪几种寻址方式在指令的执行阶段只需访问一次存储器？完成什么样的指令，包括取指令在内共访问4次存储器？,解：举例如下：,1）一地址指令在执行阶段不访存的寻址方式有：寄存器寻址、立即寻址。,2）一地址指令在执行阶段只访存一次的寻址方式有：寄存器间接寻址、直接寻址、基址寻址、变址寻址、相对寻址、页面寻址。,3）包括取指在内共访存四次的指令有：,二重间址的一地址指令；,一重间址的二地址指令，当另一操作数采用直接、基址、变址、相对、页面、寄存器间接寻址时。,绊粱凡珊嗓扛劳懦啮寄纺邓诡楞学逛窍思翱贬愤壳饰洋屈盏菏眼塔泵硒林计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,21,18.某机器共能完成78种操作，若指令字长为16位，试问一地址格式的指令地址码可取几位？若想指令寻址范围扩大到2,16,，可采取什么方法？举出三种不同的例子加以说明。,解：,6478128，所以操作码最少要取7位，则地址码最多取9位。,若想寻址范围扩大到2,16,，则可以采取双字长指令、间接选址、寄存器间接寻址等方法。,投镊邵邢慧聊刘臼花壳柬牟荡筒颜启频玲喷澡导甫着渐唉北炎盔炭仙役涉计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,22,19. 某CPU内有32个32位的通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统。假设指令字长等于机器字长，试回答：,（1）如果主存可直接或间接寻址，采用“寄存器存储器”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。,（2）满足（1）前提下，采用通用寄存器作基址寄存器，则上述“寄存器存储器” 型指令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这类指令可访问多大的存储空间？,解：（1）如采用RS型指令，则此指令一定是二地址以上的地址格式，直接寻址的最大空间=220=1M字,（2）如采用基址寻址，则指令格式中应给出基址寄存器号，以指定哪一个通用寄存器用作基址寄存器。其中：I、B可省（B为基址寻址标志），BRi为基址寄存器号。基址寻址时：寻址的最大空间=232=4G字,限树戏恫虞费奏祥仔雕担涟师龋贿愿割伞绪沉墟杰箍牲腹糠胸黎赶哄僧拥计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,23,20.什么是RISC？简述它的主要特点。,即精简指令集计算机,特点：,选取使用频度高的简单指令；,指令长度固定，格式少，寻址方式少；,只有存数取数指令访存，其他指令不访存；,CPU内有多个通用寄存器；,采用流水线技术，大部分指令一个时钟完成；,控制器采用组合逻辑实现；,采用优化的编译程序。,苍械逻杂囤海仁告意逢琶猖醒执治右商兹黔锹断暗济蓟搐瓢硫糕庙盔算柒计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,24,21.试比较RISC和CISC。,1. RISC更能 充分利用 VLSI 芯片的面积,2. RISC 更能 提高计算机运算速度,指令数、指令格式、寻址方式少，,通用 寄存器多，采用 组合逻辑 ，,便于实现 指令流水,3. RISC 便于设计，可 降低成本，提高 可靠性,4. RISC 有利于编译程序代码优化,5. RISC 不易 实现 指令系统兼容,替慨妈靛搭桑撅怂糕厨藻抽杭贞娃仕跃闹装新羽槽共竭碟汀奢淆授影忻咨计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,25,某计算机系统的指令字长为 22 位，具有无操作数、单操作数、双操作数三种指令格式，每个操作数地址为 7 位，当双操作数指令条数取最大值，而且单操作数指令条数也取最大值时，请问这三种指令最多可能拥有的指令条数总共是多少 ?,255+127+128,翘伺苦接府彤龟松嗡耳圆宁郭驻肃幸营猫人骇续稀诲涯尔的迅惹蔗邓私延计算机组成原理课后答案(高教版)7计算机组成原理课后答案(高教版)7,10/1/2024,26,