计算机组成原理课后答案(高教版)7

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1、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 。Date12.什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方

2、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。Date23.什么是指令字长、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。Date34.零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

3、得。Date45.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。Date56. 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 4OP AOP A1 1A A2 2A A3 3解题思路：以三地址指令格式为该指令系统解题思路：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，采用的基本格式。以此格式为基础，采用扩展操作码扩展操作码 技术，设计出题意所要求的地址码结构的指

4、令。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指令操作码分配方案如下：如下：Date64位OP 0000， ， A1，A2，A3；8条三地址指令 0111， 1000，0000， ， A2，A3；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指令操作码分配方案Date77. 设指令字长为16

5、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 6OP AOP A1 1A A2 2设二地址指令格式为该指令系统的基本格式，设二地址指令格式为该指令系统的基本格式，4 4位位操操 作码共有作码共有1616种种编码，其中编码，其中1313种种用来定义二地址指令用来定义二地址指令 ，还剩，还剩3 3种种可用作可用作扩展标志扩展标志。如不考虑零地址指令，。如不考虑零地址指令， 该指令系统最多还能安排：该指令系统最多还能安排：一地址指令条数一地址指令条数 =3=3226 6 = =192192条条Date88

6、. 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 ）=

7、 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） 。Date99. 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。Date1010. 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

8、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。Date1111. 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)+1IXIXOP M A+1+1ALUIRIREA操作数主存主存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Date122）先间址再变址寻址过程简单示意如下 ：EA=(IX)+(A)， (IX)+1IXIXIXOP M AOP M

9、 A+1+1ALUALUIRIREAEA操作数操作数主存主存IXIX：变址寄存器，变址寄存器， 既可是专用寄存器，既可是专用寄存器， 也可是通用寄存器之一。也可是通用寄存器之一。设一重间接Date1312. 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）取指令（省）寻址操作：寻址操作： 寄存器间址寄存器间址 EA=(R1) =2074HEA=(R1) =2074HEA EA MARMAR，读读 M(EA) M(EA) MDRMDR(ACC)-(

10、MDR) (ACC)-(MDR) ACCACC A A A A （公操作）（公操作）注：注：在没有指定数据通在没有指定数据通 路的情况下，此流程只是一路的情况下，此流程只是一 个粗略的示意。个粗略的示意。Date1413. 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）取指令（省）寻址计算：寻址计算： EA=(PC)-5EA=(PC)-5 =4000H+FFFBH

11、=4000H+FFFBH =3FFBH=3FFBHEA EA MARMAR，读读 M(EA) M(EA) MDRMDR(ACC)+(MDR) (ACC)+(MDR) ACCACC A A A A （公操作）（公操作）Date1514. 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，

12、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= 1FF9HOPOPA A2000H2000H 2001H2001H 2002H2002HDate1615. 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

13、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= 3FF2HOPOP0000 23H23H4000H4000H 4001H4001H 4002H 4002H 4003H4003HOPO

14、PFFHFFH EFHEFH4000H4000H 4001H4001H 4002H 4002H 4003H4003HDate1716. 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

15、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。Date18（2）A为6位，该指令直接寻址的最大范围为26=64字； （3）一次间址的寻址范围为216=64K字；多次间址的寻址范围为215=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