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1、指令系统 CPU -练习,1.某指令系统中，指令字长为16位，指令操作码采用扩展编码法，有单地址指令、双地址指令两种指令。若每个地址码均为6位，且双地址指令为A条，则单地址指令最多有多少条？,解： 1、双地址指令操作码长为16b26b4b，由题意，空闲24A种编码 2、单地址指令操作码长为16b6b10b，可分为4b和6b两部分 则单地址指令最多有(24A)26条。,2.假设计算机约定主存按字节编址，数据在存储器中采用小端次序存放，CPU中设置有4个通用寄存器(记为R0R3)，设置有寄存器SP指向存储器堆栈的栈顶，入栈操作时SP向递减方向移动。若(SP)=1002H、(R0)=0020H、(R
2、1)=0022H、(R2)=0024H，连续进行将R0入栈、将R1入栈、出栈到R2、将R1入栈、将R2入栈、出栈到R0操作后，请画出每一个操作后的SP及堆栈内部的数据变化，同时说明R0R2的当前值。,2.若(SP)=1002H、(R0)=0020H、(R1)=0022H、(R2)=0024H，连续进行将R0入栈、将R1入栈、出栈到R2、将R1入栈、将R2入栈、出栈到R0操作后， 请画出每一个操作后的SP及堆栈内部的数据变化，同时说明R0R2的当前值。,空堆栈 R0入栈 R1入栈 出栈到R2 (SP)=1002H (SP)=1000H (SP)=0FFEH (SP)=1000H (R0)=002
3、0H (R0)=0020H (R0)=0020H (R0)=0020H (R1)=0022H (R1)=0022H (R1)=0022H (R1)=0022H (R2)=0024H (R2)=0024H (R2)=0024H (R2)=0022H,若(SP)=1002H、(R0)=0020H、(R1)=0022H、(R2)=0024H，连续进行将R0入栈、将R1入栈、出栈到R2、将R1入栈、将R2入栈、出栈到R0操作后， 请画出每一个操作后的SP及堆栈内部的数据变化，同时说明R0R2的当前值。,R1入栈 R2入栈 出栈到R0 (SP)=0FFEH (SP)=0FFCH (SP)=0FFEH (
4、R0)=0020H (R0)=0020H (R0)=0022H (R1)=0022H (R1)=0022H (R1)=0022H (R2)=0022H (R2)=0022H (R2)=0022H,3.某机器字长为16位，存储器按字编址，指令字长同机器字长。指令格式如下： 5bit 3bit 8bit,其中，MOD=000100分别表示立即寻址、直接寻址、间接寻址、变址寻址和相对寻址，变址寻址只使用唯一的变址寄存器(记为RI)，形式地址D在MOD000及100时为补码表示、其余寻址方式时为无符号编码表示。,（1）该指令格式能定义多少种不同的操作？立即寻址的操作数范围是多少？ （2）写出各种寻址方
5、式时，地址码对应的数据或地址表达式。 （3）写出MOD=001、010、100时，能访问的最大主存区为多少个机器字。,（1）由于操作码为5位，故可以定义2532种不同的操作； 由于立即寻址的D用8位补码表示，故立即寻址的操作数范围为 -128+127。,（2）设DDZ补， 立即寻址的地址码表示的是：操作数DZ； 直接寻址的地址码表示的是：操作数EAD； 间接寻址的地址码表示的是：操作数EAD； 变址寻址的地址码表示的是：操作数EA=(RI)+D； 相对寻址的地址码表示的是：下条指令EA=(PC)+DZ。,（3）MOD001(直接寻址)时，操作数EA长度D的长度8bit， 可访问的主存区为282
6、56个机器字； MOD010(间接寻址)时，操作数EA长度存储字长机器字长16bit， 可访问的主存区为21664K个机器字； MOD100(相对寻址)时，下条指令EA长度maxPC的长度，D的长度max16bit，8bit16bit，可访问的主存区为21664K个机器字。,4.设某机配有基址寄存器和变址寄存器，采用一地址格式的指令系统，允许直接和间接寻址，且指令字长、机器字长和存储字长均为16位。 （1）若采用单字长指令，共能完成105种操作，则指令可直接寻址的范围是多少？一次间址的寻址范围是多少？画出其指令格式并说明各字段的含义。 （2）若存储字长不变，可采用什么方法直接访问容量为16MB
7、的主存？,（1）在单字长指令中，根据能完成105种操作，操作码取7位。因允许直接和间接寻址，且有基址寄存器和变址寄存器，故取2位寻址特征位，其指令格式如下：,7位,2位,7位,直接寻址的范围为27128，一次间接寻址的寻址范围为21664K=65536,（2）16MB=16M*8位=8M*16位，存储字长16位，所以寻址的范围为8M，地址的位数应为23位，如果采用单字长指令是无法满足的，可以采用双字长指令，操作码和寻址特征位均不变，格式如下(其中，形式地址为D1/D2，共7+16=23位，满足要求),D2,5.CPU结构如图所示，ad为4个寄存器，各部分之间的连线为数据通路，箭头表示信息传送方
8、向。 （1）说明图中ad这4个寄存器的名称。 （2）简述从开始取指令到产生控制信号的数据流动的过程。,解： （1）a为存储器数据寄存器(MDR)，b为指令寄存器(IR)，c为存储器地址寄存器(MAR)，d为程序计数器(PC)。 （2） PCMAR； MARMM，ReadMM，(PC)+1PC； MMMDR； MDRIR； IR微操作信号形成部件。,指令系统习题,选择题： 1、指令系统中采用不同寻址方式的目的主要 是： A. 实现存储程序和程序控制。 B. 缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性。 C. 可以直接访问内存。 D. 提供扩展操作码的可能，并降低指令译码难度。,2、单地址指令中为
9、了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个数常需采用： A. 堆栈寻址方式。 B. 立即寻址方式。 C. 隐含寻址方式。 D. 间接寻址方式。 3、二地址指令中，操作数的物理位置可安排在 A. 栈顶和次栈顶。 B. 两个主存单元。 C. 一个主存单元一个寄存器。 D. 两个寄存器。,C,BCD,从操作数的物理位置来说，可把二地址指令可归结为三种类型：,存储器-存储器（SS）型指令：参与操作的数都放在内存里，从内存某单元中取操作数，操作结果存放至内存另一单元中。因此机器执行这种指令需要多次访问内存。 寄存器-寄存器（RR）型指令：需要多个通用寄存器或个别专用寄存器，从寄存器中取操
10、作数，把操作结果放到另一寄存器中。机器执行这种指令的速度很快，不需要访问内存。 寄存器-存储器（RS）型指令：执行此类指令，既要访问内存单元，又要访问寄存器,4、对某个寄存器中操作数的寻址方式称为： A. 直接寻址。 B. 间接寻址。 C. 寄存器寻址。 D. 寄存器间接寻址。 5、寄存器间接寻址方式中，操作数处在： A. 通用寄存器。 B. 主存单元。 C. 程序计数器。 D. 堆栈。 6、变址寻址方式中，操作数的有效地址等于： A. 基址寄存器内容加上形式地址。 B. 堆栈指示器内容加上形式地址。 C. 变址寄存器内容加上形式地址。 D. 程序计数器内容加上形式地址。,C,B,C,8、程序
11、控制类指令的功能是： A. 进行算术运算和逻辑运算。 B. 进行主存与CPU之间的数据传送。 C. 进行CPU和I/O设备之间的数据传送。 D. 改变程序执行的顺序。 9、下列几项中，不符合RISC指令系统的特点是： A. 指令种类少，译码简单。 B. 寻址方式种类尽量减少，指令功能尽可能强。 C. 增强寄存器的数目，以尽量减少访存次数。 D. 选取使用频率最高的一些简单指令，以及很有用但不复杂的指令。,D,B,10、下面关于RISC技术的描述中，正确的是： A. 采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单的情况。 B. 为了实现兼容新设计的RISC是从原来的CISC系统的指令
12、系统中挑选一部分实现的。 C. RISC的主要目标是减少指令数。 D. RISC设有乘除法指令和浮点运算指令。,C,填空题 1、一台计算机所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。 2、指令格式是指令用二进制代码表示的结构形式，指令格式有操作码字段和地址码字段组成。 3、指令操作码字段表征指令的操作特性与功能，而地址码字段指示操作数的地址,4、寻址方式按操作数的物理位置不同，多使用RR型和RS型，前者比后者执行速度快。 5、数据寻址方式有：隐含、立即数、直接、间接、寄存器、寄存器间接、相对、基址、变址寻址等多种。 6、堆栈是一种特殊的数据寻址方式，它采用先进后出原理。 7、隐含寻址是指令格
13、式中不明确给出操作数地址，而是隐含指定，通常以累加器作为隐含地址。立即寻址是指令的地址字段指出的不是操作数地址，而是操作数本身。,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：指令格式与寻址方式特点如下： 双字长二地址指令，用于访问存储器。操作码字段可指定64种操作。 型指令，一个操作数在寄存器中，另一个操作数在主存中。 有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器内容加上位移量。,0,3,4,7,10,15,判断题 1、执行指令时，下一条指令在内存中的地址存放在指令寄存器中。 2、没有设置乘除指令的计算机系统中，就不能实现乘除运算。 3、程序计数器用来指示从内存中取指令。
14、 4、内存地址寄存器用来从内存中取数据。 5、计算机指令是指挥CPU进行操作的命令，指令通常由操作码和地址码组成。 6、浮点运算指令对用于科学计算的计算机是很必要的，可以提高机器的运算速度。,7、不设置浮点运算指令的计算机，就不能用于科学计算。 8、兼容机之间的指令系统是相同的，但硬件的实现方法可以不同。 9、处理大量输入输出数据的计算机，一定要设置十进制运算指令。 10、一个系列中的不同型号计算机，保持软件向上兼容的特点。 11、在计算机指令系统中，真正必须的指令数是不多的，其余的都是为了提高机器速度和便于编程而引入的。 ,12、扩展操作码是一种优化技术，它使操作码的长度随地址码的减少而增加，不同地址的指令可以具有不同长度的操作码。 13、转移类指令能改变指令执行顺序，因此，执行之类指令时，PC和SP的值都将发生变化。 14、RISC的主要设计目标时减少指令数，降低软、硬件开销。 15、采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单的情况。 16、RISC没有乘除指令和浮点运算指令。 ,
