計(jì)算機(jī)組成原理第五版-白中英(詳細(xì))第4章習(xí)題習(xí)題與講解1654

第4章習(xí)題參考答案1．ASCII碼是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長(zhǎng)為32位，指令字長(zhǎng)為12位，是否合理為什么答：不合理。指令最好半字長(zhǎng)或單字長(zhǎng)，設(shè)16位比較合適。一個(gè)字符的ASCII是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長(zhǎng)為32位，則一個(gè)單元可以放四個(gè)字符，這也是可以的，只是在存取單個(gè)字符時(shí)，要多花些時(shí)間而已，不過，一條指令至少占一個(gè)單元，但只占一個(gè)單元的12位，而另20位就浪費(fèi)了，這樣看來(lái)就不合理，因?yàn)橥ǔ巫珠L(zhǎng)指令很多，浪費(fèi)也就很大了。2．假設(shè)某計(jì)算機(jī)指令長(zhǎng)度為32位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無(wú)操作數(shù)三類指令形式，指令系統(tǒng)共有70條指令，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)滿足要求的指令格式。答：字長(zhǎng)32位，指令系統(tǒng)共有70條指令，所以其操作碼至少需要7位。雙操作數(shù)指令…12位操作數(shù)7位OP12位操作數(shù)單操作數(shù)指令無(wú)操作數(shù)指令7位OP25位操作數(shù)7位OP-3．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)。!15109-87430OP目標(biāo)寄存器源寄存器答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)單字長(zhǎng)二地址指令?！?2)操作碼字段OP可以指定2=64種操作。6(3)源和目標(biāo)都是通用寄存器（可分指向16個(gè)寄存器）所以是RR型指令，即兩個(gè)操作數(shù)均在寄存器中。(4)這種指令結(jié)構(gòu)常用于RR之間的數(shù)據(jù)傳送及算術(shù)邏輯運(yùn)算類指令。4．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)。15109109874301587430—-源寄存器變址寄存器OP偏移量(16位)答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)雙字長(zhǎng)二地址指令，用于訪問存儲(chǔ)器。(2)操作碼字段OP可以指定26=64種操作。(3)RS型指令，一個(gè)操作數(shù)在通用寄存器（選擇16個(gè)之一），另一個(gè)操作數(shù)在主存中。有效地址可通過變址尋址求得，即有效地址等于變址寄存器（選擇16個(gè)之一）內(nèi)容加上位移量。|5．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)。1512119865[320OP尋址方式源地址寄存器寄存器尋址方式目標(biāo)地址答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)該指令為單字長(zhǎng)雙操作數(shù)指令，源操作數(shù)和目的操作數(shù)均由尋址方式和寄存器構(gòu)成，寄存器均有8個(gè)，尋址方式均有8種。根據(jù)尋址方式的不同，指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；(2)因?yàn)镺P為4位，所以最多可以有16種操作?！?．一種單地址指令格式如下所示，其中為I間接特征，X為尋址模式，D為形式地址，I、X、D組成該指令的操作數(shù)有效地址E，設(shè)R為變址寄存器，R1為基值寄存器，PC為程序計(jì)數(shù)器，請(qǐng)?jiān)谙卤碇械谝涣形恢锰钊脒m當(dāng)?shù)膶ぶ贩绞矫Q。尋址方式名稱IX有效地址E①②③④⑤000110|00001E=DE=（PC）+DE=（R）+DE=（R1）+DE=(D)110010}1E=((R1)+D)，D=0⑥)答：①直接尋址②相對(duì)尋址③變址尋址④基址尋址⑤間接尋址⑥先基址后間接尋址7．某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為32位，主存容量為64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有40條指令。試采用直接、立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。答：根據(jù)題意，40種指令至少需6位OP；四種尋址方式至少需用2位表示；主存為64K，則地址需要16位，而機(jī)器字長(zhǎng)為32位，可設(shè)計(jì)如下格式：31262518171615D0【OP-尋址方式X設(shè)：尋址方式X=00為直接尋址方式，由16位的D直接給出有效地址，EA=D尋址方式X=01為立即尋址方式，由16位的D直接給出操作數(shù)，操作數(shù)=D尋址方式X=10為變址尋址方式，設(shè)變址寄存器為IR，則EA=(IR)+D尋址方式X=11為相對(duì)尋址方式，設(shè)程序計(jì)數(shù)器為PC，則EA=(PC)+D(D可正可負(fù))注：IR和PC的位數(shù)與機(jī)器的字長(zhǎng)相等，均為32位）8．某機(jī)字長(zhǎng)為32位，主存容量為1M，單字長(zhǎng)指令，有50種操作碼，采用寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即、直接等尋址方式。CPU中有PC，IR，AR，DR和16個(gè)通用寄存器。問：(1)指令格式如何安排(2)能否增加其他尋址方式答：(1)根據(jù)題意，50種操作碼至少需6位OP；尋址方式可用2位分別表示最多4種尋址方式；用4位編碼選擇16個(gè)通用寄存器之一作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)，因機(jī)器字長(zhǎng)為32位，固還剩20位可表示形式地址D^31262524232019D0OP尋址方式寄存器D字段的尋址方式由25-24位決定，如：尋址方式字段=00，表示D為寄存器尋址，實(shí)際使用D中的4位進(jìn)行寄存器選擇；尋址方式字段=01，表示寄存器間接尋址，實(shí)際使用D中的4位進(jìn)行寄存器選擇；尋址方式字段=10，表示立即尋址，可使用D的全部確定一個(gè)立即數(shù)；尋址方式字段=11，表示直接尋址，20位的D可確定一個(gè)存儲(chǔ)單元。)(2)若將形式地址的位數(shù)減少，則可以增加其他的尋址方式9．設(shè)某機(jī)字長(zhǎng)為32位，CPU中有16個(gè)32位通用寄存器，設(shè)計(jì)一種能容納64種操作的指令系統(tǒng)。如果采用通用寄存器作基址寄存器，則RS型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少答：根據(jù)題意，64種操作至少需6位OP；用2位表示四種尋址方式；寄存器16個(gè)源操作數(shù)和目的操作數(shù)各用4位，因機(jī)器字長(zhǎng)為32位，固還剩16位可表示形式地址D#312625242320191615D0OP尋址方式源寄存器目的寄存器如果采用通用寄存器作基址寄存器，因?yàn)榧拇嫫鳛?2，位所以RS型指令可尋址空間最大可達(dá)232單元。10．將表的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)成二地址格式的指令系統(tǒng)。，答：表中的指令共有29條，故操作碼字段需要5位；設(shè)這些指令支持9種尋址方式：立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、間接尋址、相對(duì)尋址、基址尋址、變址尋址、堆棧尋址，則源和目的操作數(shù)各需要4位來(lái)確定其尋址方式；因字長(zhǎng)為32位，故還剩余19位用于表示源和目的操作數(shù)的形式地址，可取形式地址為9位，多余的1位可以加在操作碼字段。即，格式如下：3126252221131298}0OP目的尋址方式目的操作數(shù)源尋址方式源操作數(shù)11．從以下有關(guān)RISC的描述中，選擇正確答案。A．采用RISC技術(shù)后，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到早期的比較簡(jiǎn)單的情況。B．為了實(shí)現(xiàn)兼容，新設(shè)計(jì)的RISC，是從原來(lái)CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實(shí)現(xiàn)的。C.RISC的主要目標(biāo)是減少指令數(shù)。D．RISC設(shè)有乘、除法指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令。答：C~答：A.寄存器C.立即）假設(shè)變量、g、h、i、j分別分配給寄存器$s0、$s1、$s2、$s3、$s4。答：該語(yǔ)句翻譯成MIPSR4000匯編語(yǔ)句如下：add$s5,$s1,$s2add$s6,$s3,$s4sub$s0,$s5,$s6;將g+h的和存入寄存器$s5中($s5=$s1+$s2);將i+j的和存入寄存器$s6中($s6=$s3+$s4);將結(jié)果存入寄存器$s0中($s0=$s5-$s6)（14．將如下MIPSR4000匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言指令。答：已知MIPS指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0$s7對(duì)應(yīng)的寄存器號(hào)為1623（十進(jìn)制），寄存器$t0$t7對(duì)應(yīng)的寄存器號(hào)為815。MIPS指令的字段值指令格式op,rtrdshamtfunct常數(shù)或地址rsadd(加)R0reg#reg03234reg0regreg…0regsub(減)R立即數(shù)加Ilw(取字)Isw(存字)I8regreg35regreg43regreg\常數(shù))address#address由此，可寫出以上3條指令翻譯成機(jī)器語(yǔ)言指令如下表所示。3條指令對(duì)應(yīng)的機(jī)器語(yǔ)言指令機(jī)器語(yǔ)言各字段各字段長(zhǎng)度6位5位5位5位!6位5位shamtR型I型op)rsrsrtrtrdfunctaddressop35！0lw$t0,1200($t1)add$t0,$s2,$t09881200818032sw$t0,1200($t1)4398》120015．將下面一條ARM匯編語(yǔ)言指令翻譯成用十進(jìn)制和二進(jìn)制表示的機(jī)器語(yǔ)言指令：ADDr5,r1,r2答：已知ARM匯編指令的指令譯碼格式如下表所示：ADD、SUB、LDR、STR指令的指令譯碼格式指令名稱condFI；SRnRdregoperand2regopcode4ADD(加)1400。0reg001101200\regregregADD(立即數(shù)加)144?constant(12位)regregLDR(取字)14142425regreg]address(12位)address(12位)STR(存字)|reg由此，可得該指令的十進(jìn)制和二進(jìn)制的機(jī)器語(yǔ)言如下表所示ADDr5,r1,r2的機(jī)器語(yǔ)言opcodeoffset12operand122condFRnRd5IopcodeS十進(jìn)制14二進(jìn)制1110000040011000001010100000000001016．將下面C語(yǔ)