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1、CSZUHUQB 组成 第二单元作业 参考答案 5.1 一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各 自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？ 答：一条指令要由操作码和操作数地址两部分组成。操作码用于指明本条指令 的操作功能；指令的操作数地址，用于给出被操作的信息的地址，包括参加运算 的一或多个操作数所在的地址、运算结果的保存地址、程序的转移地址、被调用 的子程序的入口地址等。 操作码的组织有如下 3 种处理情况： 1 定长的操作码的组织方案：一般在指令字的最高位部分分配固定的若干位 用于表示操作码。优点：简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别的速度。 缺点：单独为操作码划
2、分出固定的多位后，留给表示操作数地址的位数就会严重 不足。 2 变长的操作码的组织方案：在指令字的最高位部分，安排指令的操作码，操 作码有长有短。一些位在不同的指令中有不同的效用，在一些指令中，这些位用 作操作码，而在另外一些指令中，这些位用作操作数的地址，则不同指令的操作 数长度就会不同，即尽量为那些最常用、用于表示操作数地址的位数要求又较多 的指令，少分配几位操作码；而对那些表示操作数地址的位数要求较少的指令多 分配几位操作码；对那些无操作数的指令，整个指令字的所有位均用作操作码。 优点：在比较短的一个指令字中，既能表示出比较多的指令条数，又能尽量满足 给出相应的操作数地址。 缺点：指令复
3、杂，译码时间长，执行时占用 CPU 周期多。 3.操作码字段与操作数地址有所交叉的方案：与变长的操作码组织方案相类似， 不同之处是表示操作码所用到的一些二进制位不再集中在指令字的最高位部分， 而是与表示操作数地址的一引起字段有所交叉。 缺点：指令比变长操作码的组织方案更复杂。 5.3.计算机指令中要用到的操作数一般可以来自哪些部件？如何在指令中表示这 些操作数的地址？通常使用哪些寻址方式？ 答：计算机指令中要用到的操作数一般可以来自： 1.CPU 内部的通用寄存器，此时应在指令字中给出用到的寄存器编号（寄存器 名） ，通用寄存器的数量一般为几个、十几个，故在指令字中须为其分配 2、3、 4、5
4、 或更多一点的位数来表示一个寄存器；该寄存器的内容，可以是指令运算 用到的数据，也可能用作为一个操作数的地址。 2.可以是外围设备（接口）中的一个寄存器，通常用设备编号或设备入出端口地 址或设备映像地址来表示； 3.可以是内存储器的一个存储单元，此时应在指令字中给出该存储单元的地址。 ? 计算机的寻址方式： ? 1. 立即数寻址：操作数直接给出在指令字中，即指令字中直接给出的不 同再是操作数地址，而是操作数本身。 ? 2. 直接寻址：操作数地址字段直接给出操作数在存储器中的地址。 ? 3. 寄存器寻址：指令字中直接给出操作数所在的通用寄存器的编号。 ? 4. 寄存器间接寻址：指令字中给出通用寄
5、存器的编号，在寄存器中给出CSZUHUQB 的不是一个操作数， 而是操作数地址时， 就可以用这一地址去读写存储器。 ? 5. 变址寻址：指令字中给出的一个数值（变址偏移量）与指定的一个寄 存器 （变址寄存器） 的内容相加之和作为操作数的地址， 用于读写存储器。 6. 相对寻址：指令字中给出的一个数值（相对寻址偏移量）与程序计数器 PC 的 内容相加之和作为操作数的地址或转移指令的转移地址。 7. 基地址寻址：把在程序中所用的地址与一个特定的寄存器（基地址寄存器） 的内容相加之和作为操作数的地址或指令的地址。 8. 间接寻址：指令字的地址字段给出的既不是一个操作数的地址，也不是下一 条指令的地址
6、，而是一个操作数地址的地址，或一条指令地址的地址。 9. 堆栈寻址：堆栈是存储器中一块特定的按“后进先出”原则管理的存储区， 该存储区中被读写单元的地址是用一个特定的寄存器命同的， 该寄存器被称为堆 栈指针（SP） 。如果有些指令，其操作码部分已经指明一个操作数为堆栈中的一 个单元的内容，则它已经约定将使用 SP 访问该单元，故不必在指令的操作数地 址字段中另加说明。 5.4 什么是形式地址？简述对变址寻址、相对寻址、基地址寻址应在指令中给出 些什么信息？如何得到相应的实际（有效）地址？各自有什么样的主要用法？ 答：表示在指令中的操作数地址，通常被称为形式地址；用这种形式地址并结合 某些规则，
7、可以计算出操作数在存储器中的存储单元地址，这一地址被称为物理 地址。 变址寻址：指令字中给出的一个数值（变址偏移量）与指定的一个寄存器（变 址寄存器）的内容相加之和作为操作数的地址，用于读写存储器。主要适合于处 理数组型数据。 相对寻址：指令字中给出的一个数值（相对寻址偏移量）与程序计数器 PC 的 内容相加之和作为操作数的地址或转移指令的转移地址。与变址寻址的区别是， 计算实际地址所用的寄存器已确定为 PC，故无须再在指令中指定；而变址寻址 中的可用的变址寄存器往往有多个，通常要在指令中指定本次要使用哪一个。主 要用于指令转移。 基地址寻址：把在程序中所用的地址与一个特定的寄存器（基地址寄存
8、器）的 内容相加之和作为操作数的地址或指令的地址。 主要用于为多道程序或浮动地址 程序定位存储器空间。基地址寄存器中的值是由系统程序用特权指令设定的，用 户不能在自己的程序对其进行修改。 5.5 堆栈的主要作用是什么？如何完成堆栈的读写操作？ 堆栈的主要作用是用于临时保存 CPU 中的数据，数据指针和程序指针（断点） 等。用 PUSH 和 POP 指令可完成堆栈的写（进栈）和读（出栈）操作。 5.6 寄存器寻址和寄存器间接寻址的区别是什么？ 寄存器寻址：指令字中直接给出操作数所在的通用寄存器的编号。 寄存器间接寻址：指令字中给出通用寄存器的编号，在寄存器中给出的不是一 个操作数，而是操作数地址
9、时，就可以用这一地址去读写存储器。 区别：在寄存器寻址中，指令字中指定的寄存器的内容就是操作数；而寄存器间 接寻址中，指令字中指定的寄存器的内容是操作数在主存的地址。 5.8 CISC（复杂指令系统计算机）和 RISC（精简指令系统计算机）计算机的 指令系统的区别表现在哪里？他们各自追求的主要目标是什么？ 答：区别： CSZUHUQB CISC 因为指令复杂，指令功能齐全，硬件实现复杂，指令条数多，并行度 差。 RISC 因为指令功能简单，指令格式规整，指令条数少，实现简单，并行性 高。 主要目标： CISC：追求指令系统的功能复杂和完备，以弥补高级语言程序和机器语言 程序之间的差异 RISC
10、：追求指令系统的精简高效，精简高速的硬件组成，精妙智能的编译 软件，达到低价高性能的理想目的 - 6.1 控制器的功能就在于正确地分步完成每一条指令规定的功能,正确且自动 地连续执行指令;再进一步说，就是向计算机各功能部件提供协调运行每一个步 骤所需要的控制信号。 具体的操作功能: 1. 取指令; 2 分析指令;3. 执行指令, 根据指令的要求的 操作，产生相应的操作控制命令，控制执行部件完成指令的功能。4 对异常情况 和某些请求的处理。 控制器的组成：程序计数器 PC， 指令寄存器 IR， 指令译码器， 时序 产生与操作控制部件。脉冲源及启停线路等。 控制器分为：微程序的控制器和硬布线的控制
11、器。两者的主要差别在控制信号 的产生原理，反映在时序产生与操作控制部件的构成上。前者是由软、硬件结合 的方式产生完成指令功能的操作控制命令； 后者是纯粹由硬件电路产生完成指令 功能的操作控制命令。 6.2 下一条要执行的微指令地址都有哪些可能的来源 a)增量方式 b)增量与断定（下址字段）结合方式 c)多路转移 d)后继微地址字段（直接给出下址） 6.4 因为微程序控制中微指令的命令字段是用于产生完成该微指令功能的控制信号 所以必须要有一个微指令寄存器来存放从控制存储器中读出将要执行的微指令。 6.11 参看实验简明操作手册中的实验二。 6.15 顺序执行是一条指令取出来，执行完后才取下一条，
12、其优点是控制简单， 缺点是效率低；一次重叠方式是在执行第 i 条指令的同时取第 i+1 条指令，这要 求取指令部件和执行指令部件要能独立工作， 特点是控制的复杂性和指令执行效 率中等。流水处理方式把取指令执行指令的过程分解为若干步，由若干个可独立 工作的功能部件同时并行地处理指令，大大提高指令的执行效率，缺点是 CUP 结构复杂，硬件成本大。 6.16 在指令流水线中，每一条指令的执行时间没有减少，但在流水线上各功能 部件是并行工作，所以 N 条指令执行的总时间会大大减少，效率提高。 CSZUHUQB 6.17 （1） T=N*（t +2t+3t）=6Nt (2) T=N*(2t+3t)=5Nt (3) T=N*(3t)=3Nt 如果连续执行这 N 条指令前流水线是空的，即（2） ， （3）修改为 (2) T=(1+2+3) t+ (N-1)(2+3)t=5Nt+t (3)T=(1+2+3) t+(N-1)3t=3(N+1)t
