指令格式設(shè)計(jì)舉例

1、指令格式設(shè)計(jì)舉例綜合題綜合題1、若某計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線、地址線均是、若某計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線、地址線均是8bit，有一條相對(duì)尋，有一條相對(duì)尋址的無條件轉(zhuǎn)移指令存于內(nèi)存的址的無條件轉(zhuǎn)移指令存于內(nèi)存的20H單元中，指令給出的單元中，指令給出的位移量位移量D=00010101B，設(shè)該指令占用，設(shè)該指令占用2個(gè)字節(jié)，試計(jì)算：個(gè)字節(jié)，試計(jì)算：（1）取該指令時(shí)）取該指令時(shí)PC的內(nèi)容。的內(nèi)容。（2) 該指令執(zhí)行時(shí)該指令執(zhí)行時(shí)PC的內(nèi)容。的內(nèi)容。答： (1)取該指令時(shí)PC的內(nèi)容為20H（2）轉(zhuǎn)移地址=PC+2+D=00100000+00000010+00010101=00110111B2、假設(shè)（、假設(shè)（R)=1000，（，

2、（1000）=2000，（，（2000）=3000，（PC）=4000，問在以下方式中，訪問到的操作數(shù)的值，問在以下方式中，訪問到的操作數(shù)的值是什么？是什么？（1）寄存器尋址）寄存器尋址 RDATA=(R )=1000(2)寄存器間接尋址寄存器間接尋址DATA=(R) =(1000)=2000(3)直接尋址直接尋址 1000DATA=（1000) =2000(4)存儲(chǔ)器間接尋址存儲(chǔ)器間接尋址 （1000）DATA=(1000)=(2000)(5)相對(duì)尋址相對(duì)尋址 -2000EA=(PC )-2000=2000DATA=(EA)=(2000)=3000(6)立即數(shù)尋址立即數(shù)尋址 #2000 DA

3、TA=20003、某臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中共有、某臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中共有50條指令，試問：條指令，試問：（1）若采用固定長(zhǎng)度編碼方式，其操作碼的變碼長(zhǎng)度需）若采用固定長(zhǎng)度編碼方式，其操作碼的變碼長(zhǎng)度需要多少位？要多少位？（2）設(shè)該指令系統(tǒng)中有）設(shè)該指令系統(tǒng)中有10條指令的使用概率為條指令的使用概率為90%，其，其余指令為余指令為10%，若采用不等長(zhǎng)編碼方式，其操作碼的平均，若采用不等長(zhǎng)編碼方式，其操作碼的平均長(zhǎng)度為多少？長(zhǎng)度為多少？（3）若原指令系統(tǒng)采用固定長(zhǎng)度編碼，后繼產(chǎn)品中需增）若原指令系統(tǒng)采用固定長(zhǎng)度編碼，后繼產(chǎn)品中需增加加50條指令，試設(shè)計(jì)器指令操作碼，并計(jì)算器平均長(zhǎng)度。條指令，試設(shè)計(jì)

4、器指令操作碼，并計(jì)算器平均長(zhǎng)度。解：解： （1）采用固定長(zhǎng)度編碼方式，其操作碼的變碼長(zhǎng)度需要6位，即從000000110001（2）采用不等長(zhǎng)編碼方式，常用的指令用4位，編碼表示，即從00001001，其余用7位編碼，即從1010000-1110111。平均長(zhǎng)度=4*90%+7*10%=4.3(3)若原指令系統(tǒng)采用固定長(zhǎng)度編碼，后繼產(chǎn)品中需增加50條指令，其操作碼的變碼長(zhǎng)度需要6位，即從000000110001。新增指令采用8位編碼，即從11001000-111110013、某指令系統(tǒng)字長(zhǎng)、某指令系統(tǒng)字長(zhǎng)16位位,每個(gè)操作數(shù)的地址碼長(zhǎng)每個(gè)操作數(shù)的地址碼長(zhǎng)6位位.設(shè)系設(shè)系統(tǒng)有雙操作數(shù)指令統(tǒng)有雙操

5、作數(shù)指令,單操作數(shù)指令和無操作數(shù)指令單操作數(shù)指令和無操作數(shù)指令3類類.若單若單操作數(shù)指令有操作數(shù)指令有M條條,無操作數(shù)指令有無操作數(shù)指令有N條條,問雙操作數(shù)指令問雙操作數(shù)指令最多有多少條最多有多少條?解：因指令總長(zhǎng)度為解：因指令總長(zhǎng)度為16位位,操作數(shù)地址為操作數(shù)地址為6位位,則則 雙操作數(shù)指令的操作碼長(zhǎng)度為雙操作數(shù)指令的操作碼長(zhǎng)度為(16-62)=4位位 單操作數(shù)指令的操作碼長(zhǎng)度為單操作數(shù)指令的操作碼長(zhǎng)度為(16-6)=10位位 零操作數(shù)指令的操作碼長(zhǎng)度為零操作數(shù)指令的操作碼長(zhǎng)度為16位位 設(shè)雙操作數(shù)指令最多有設(shè)雙操作數(shù)指令最多有X條條.則三類指令的操作碼范圍則三類指令的操作碼范圍: 雙操作

6、數(shù)指令的操作碼范圍雙操作數(shù)指令的操作碼范圍: 0000(X-1) 單操作數(shù)指令的操作碼范圍單操作數(shù)指令的操作碼范圍: X000000 X(M-1) 零操作數(shù)指令的操作碼范圍零操作數(shù)指令的操作碼范圍: XM000000 XM111111 N=(24-X)26-M)26 X=24-(N/26+M)/26某臺(tái)計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)某臺(tái)計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位，主存容量為位，主存容量為64K，采用單字長(zhǎng)單地，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有址指令，共有64 條指令。請(qǐng)用四中尋址方式（直接、間條指令。請(qǐng)用四中尋址方式（直接、間接、變址、相對(duì)）設(shè)計(jì)指令格式。接、變址、相對(duì)）設(shè)計(jì)指令格式。 64條指令占用操作碼（條指令占用操作碼（O

7、P）字段）字段6位，尋址方式（位，尋址方式（X）4種，需種，需2位，剩余位，剩余8位為位移量（位為位移量（D） X=00 直接尋址直接尋址 有效地址有效地址E=D（256單元）單元）X=01 直接尋址直接尋址 有效地址有效地址E=（D）（）（ 64K）X=10 直接尋址直接尋址 有效地址有效地址E=D+（R） 64K）X=11 直接尋址直接尋址 有效地址有效地址E=D+（PC）（）（ 64K）OPXD15 10 9 8 7 0設(shè)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)有一臺(tái)計(jì)算機(jī),其指令長(zhǎng)度為其指令長(zhǎng)度為16位位,指令格式如下指令格式如下:OPRMD15 11 10 8 7 6 5 0其中其中,OP為操作碼為操作碼,占

8、占5位位,R為寄存器編號(hào)為寄存器編號(hào),占占3位位,可有可有8個(gè)寄個(gè)寄存器存器;M為尋址方式為尋址方式,占占2位位,與與D一起決定元操作數(shù)一起決定元操作數(shù),規(guī)定如規(guī)定如下下:MM=00,為立即尋址為立即尋址,D為立即數(shù)為立即數(shù);MM=01,為相對(duì)尋址為相對(duì)尋址,D為位移量為位移量;MM=10為變址尋址為變址尋址,D 為位移量為位移量;假定要執(zhí)行的指令為加法指令假定要執(zhí)行的指令為加法指令,存放在存放在001000單元中單元中,D的的值為值為01,該指令執(zhí)行前存儲(chǔ)器和有關(guān)寄存器的存儲(chǔ)情況如該指令執(zhí)行前存儲(chǔ)器和有關(guān)寄存器的存儲(chǔ)情況如下入所示下入所示,其中地址碼和數(shù)據(jù)時(shí)八進(jìn)制表示其中地址碼和數(shù)據(jù)時(shí)八進(jìn)制

9、表示.000001050001150001250002006002016001000001001001002001003002001002002001002000015變址寄存器變址寄存器R0在以下幾種情況下在以下幾種情況下,給出該指令執(zhí)行后給出該指令執(zhí)行后R0和和PC內(nèi)容為幾內(nèi)容為幾?若若M=00M,(R0)=?若若M=01M,(R0)=?若若M=10M,(R0)=?PC=?解解:從從001000單元中的單元中的108位可知位可知,指令使用指令使用R0寄存器寄存器,指令為加法指令指令為加法指令.(1) M=00時(shí)時(shí),為立即尋址為立即尋址,D為立即數(shù)為立即數(shù)01運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果=(R0)+D=

10、000015+01=000016,(R0)=000016(2) M=01時(shí)時(shí),為相對(duì)尋址為相對(duì)尋址,D為位移量為位移量,操作數(shù)地址操作數(shù)地址=(PC)+D=001001+01=001002運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果=(R0)+(001002)=000015+001150=001165,(R0)=001165(3) (3) M=10時(shí)時(shí),為變址尋址為變址尋址,D為位移量為位移量,操作數(shù)地址操作數(shù)地址=(變變址寄存器址寄存器)+D=001002+01=001003運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果=(R0)+(001003)=000015+001150=001265,(R0)=001265(4) 無論尋址方式如何無論尋址方式

11、如何,指令執(zhí)行后指令執(zhí)行后,PC的內(nèi)容自動(dòng)加的內(nèi)容自動(dòng)加1,指向下一單元的指令指向下一單元的指令. 所以所以(PC)=001001某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位位,直接尋址空間直接尋址空間128字字,變址時(shí)的位移量為變址時(shí)的位移量為-64+63,16個(gè)通用寄存器都可以作為變址寄存器個(gè)通用寄存器都可以作為變址寄存器.設(shè)計(jì)一套設(shè)計(jì)一套指令系統(tǒng)指令系統(tǒng),滿足下列尋址類型的要求滿足下列尋址類型的要求:(1). 直接尋址的二地址指令直接尋址的二地址指令3條條.(2). 變址尋址的一地址指令變址尋址的一地址指令6條條.(3). 寄存器尋址的二地址指令寄存器尋址的二地址指令8條條.(4). 直接尋址的一地址

12、指令直接尋址的一地址指令12條條.(5). 零地址指令零地址指令32條條.OP地址碼1地址碼2 2位位 7位位 7位位操作碼操作碼000110 (2). 變址尋址的一地址指令變址尋址的一地址指令6條條,故操作碼需要故操作碼需要2+3位位;而而變址時(shí)的位移量為變址時(shí)的位移量為-64+63,其地址碼需其地址碼需7位位;由于由于16個(gè)通個(gè)通用寄存器都可以作為變址寄存器用寄存器都可以作為變址寄存器,寄存器需寄存器需4位位.指令長(zhǎng)度指令長(zhǎng)度為為16位位.OP寄存器索引 操作數(shù) 5位位 4位位 7位位操作碼操作碼1100011001.6條條共共3條條解：解：(1). 直接尋址的二地址指令直接尋址的二地址指

13、令3條條,故操作碼需要故操作碼需要2位位;而直接尋址空間而直接尋址空間128字字,故地址碼需故地址碼需log227=7位位,指令長(zhǎng)指令長(zhǎng)度為度為16位位. (3).寄存器尋址的二地址指令寄存器尋址的二地址指令8條條,操作碼需操作碼需5+3位位;因有因有16個(gè)通用寄存器個(gè)通用寄存器,寄存器需寄存器需4位位,故指令字長(zhǎng)為故指令字長(zhǎng)為16位位.OP 寄存器索引1 寄存器索引2 8位位 4位位 4位位操作碼操作碼1111000011110111.(4).直接尋址的一地址指令直接尋址的一地址指令12條條,操作碼需操作碼需5+4位位;直接直接尋址空間尋址空間128字字,地址碼需地址碼需7位位;指令字長(zhǎng)為指

14、令字長(zhǎng)為16位位.OP地址碼 9位位 7位位操作碼操作碼111110000111111011.(5).零地址指令零地址指令32條條, 需要需要5位位;但上述指令均為但上述指令均為16位位,所所以以,也將此指令的字長(zhǎng)增至也將此指令的字長(zhǎng)增至16位位. OP 16位位操作碼操作碼1111111000000000.1111111000011111ASCll碼是碼是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長(zhǎng)為位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長(zhǎng)為32位，指位，指令字長(zhǎng)為令字長(zhǎng)為12位，是否合理？為什么？位，是否合理？為什么？解：指令字長(zhǎng)設(shè)計(jì)為解：指令字長(zhǎng)設(shè)計(jì)為12位不是很合理。主存單元字位不是很合理。主存單元字長(zhǎng)為長(zhǎng)為32位，一

15、個(gè)存儲(chǔ)單元可存放位，一個(gè)存儲(chǔ)單元可存放4個(gè)個(gè)ASCII碼，余下碼，余下4位可作為位可作為ASCII碼的校驗(yàn)位（每個(gè)碼的校驗(yàn)位（每個(gè)ASCII碼帶一位校碼帶一位校驗(yàn)位），這樣設(shè)計(jì)還是合理的。驗(yàn)位），這樣設(shè)計(jì)還是合理的。但是，設(shè)計(jì)指令字長(zhǎng)為但是，設(shè)計(jì)指令字長(zhǎng)為12 位就不合理了，位就不合理了，12位位的指令碼存放在字長(zhǎng)的指令碼存放在字長(zhǎng)32位的主存單元中，造成位的主存單元中，造成19位位不能用而浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。不能用而浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。 指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如

16、下： 單字長(zhǎng)二地址指令；單字長(zhǎng)二地址指令； 操作碼操作碼OP可指定可指定=64條指令；條指令； RR型指令，兩個(gè)操作數(shù)均在寄存器中，型指令，兩個(gè)操作數(shù)均在寄存器中，源和目標(biāo)都是通用寄存器（可分別指定源和目標(biāo)都是通用寄存器（可分別指定16個(gè)個(gè)寄存器之一）；寄存器之一）； 這種指令格式常用于算術(shù)邏輯類指令。這種指令格式常用于算術(shù)邏輯類指令。 指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn) 解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下： 雙字長(zhǎng)二地址指令；雙字長(zhǎng)二地址指令； 操作碼操作碼OP可指定可指定=64條指令；條指令； RS型指令，兩個(gè)操作數(shù)一個(gè)在寄存器中（型指令，兩個(gè)操作數(shù)一個(gè)在寄存器中（16個(gè)個(gè)寄存器之一），另一個(gè)在存儲(chǔ)器中；寄存器之一），另一個(gè)在存儲(chǔ)器中； 有效地址通過變址求