1、第4章習題參考答案1 . ASCII碼是7位，如果設計主存單元字長為 32位，指令字長為12位，是否 合理？為什 么？ 答：不合理。指令最好半字長或單字長，設 16位比較合適。一個字符的 ASCII是7位，如果設計主存單元字長為 32位，則一個單元可以放四個字符，這也是 可以的，只 是在存取單個字符時，要多花些時間而已，不過，一條指令至少占一個單元，但只占一個單元的12位，而另20位就浪費了，這樣看來就不合理，因 為通常單字長指令很多，浪費也 就很大了。2 .假設某計算機指令長度為32位，具有雙操作數、單操作數、無操作數三類指令形式，指令系統共有70條指令，請設計滿足要求的指令格式。答：字長3

2、2位，指令系統共有70條指令，所以其操作碼至少需要 7位。 雙操作數指令7位0P 12位操作數12位操作數單操作數指令25位操作數7 位 0P 無操作數指令7位0P3 ?指令格式結構如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。1510 98 74300P-目標寄存器源寄存器答：該指令格式及尋址方式特點如下：(1)單字長二地址指令。(2)操作碼字段0P可以指定26=64種操作。(3)源和目標都是通用寄存器(可分指向16個寄存器)所以是RR型指令，即兩 個操作數均 在寄存器中。(4)這種指令結構常用于RR之間的數據傳送及算術邏輯運算類指令。1510 98 74 301510 98 74300P-源寄存

3、器變址寄存器偏移量(16位)答：該指令格式及尋址方式特點如下：(1)雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。(2)操作碼字段0P可以指定26=64種操作。(3) RS型指令，一個操作數在通用寄存器(選擇 16個之一)，另一個操作數 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個之一)內容加上位移量。OP尋址方式寄存器尋址方式寄存器目標地址源地址5 ?指令格式結構如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點1512119865320答：該指令格式及尋址方式特點如下：(1)該指令為單字長雙操作數指令，源操作數和目的操作數均由尋址方式和寄存器構成，寄存器均有8個，尋址方式均有8種。根

4、據尋址方式的不同，指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；(2)因為OP為4位，所以最多可以有16種操作。6.一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、稱。X、D組成該指令的操作數有效地址 E,設R為變址寄存器，R1為 基值寄存器，PC為程序計數器，請在下表中第一列位置填入適當的尋址方式名尋址方式名稱IX有效地址E000E=D001E= (PC) +D010E= (R) +D011E= (R1) +D100E=(D)110E=(R1)+D) , D=0答：直接尋址相對尋址變址尋址基址尋址 間接尋址 先基址后間接尋址7 .某計算機字長為32位，主存容量為6

5、4K字，采用單字長單地址指令，共有 40條指令 試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設計指令格式。答：根據題意，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，而機器字長為32位，可設計如下格式：312625181716150OP-尋址方式XD設：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，操作數=D尋址方式X=10為變址尋址方式，設變址寄存器為IR,則EA=(IR)+D尋址方式X=11為相對尋址方式，設程序計數器為 PC,則EA=(PC)+D(D可正可負)注：

6、IR和PC的位數與機器的字長相等，均為 32位8.某機字長為32位，主存容量為1M,單字長指令，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)根據題意，50種操作碼至少需6位0P;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個通用寄存器之一作為源操作數或目的操作數，因機器字長為32位,固還剩20位可表示形式地址D312625242320190OP尋址方式寄存器DD字段的尋址方式由25-24位決定，如：尋址方式字段二00,表示D為寄

7、存器尋址，實際使用 D中的4位進行寄存器選擇； 尋址方 式字段二01 ,表示寄存器間接尋址，實際使用 D中的4位進行寄存器選擇； 尋址方式字段 二10,表示立即尋址，可使用 D的全部確定一個立即數； 尋址方式字段=11 ,表示直接尋 址，20位的D可確定一個存儲單元。若將形式地址的位數減少，則可以增加其他的尋址方式9 ?設某機字長為 32位，CPU中有16個32位通用寄存器，設計一種能容納 64種操作的 指令系統。如果采用通用寄存器作基址寄存器，則RS型指令的最大存 儲空間是多少？答：根據題意，64種操作至少需6位0P；用2位表示四種尋址方式；寄存器16個源操作數 和目的操作數各用4位，因機器

8、字長為32位，固還剩16位可表示形 式地址D3126252423201916150OP尋址方式源寄存器目的寄存器D如果采用通用寄存器作基址寄存器，因為寄存器為32,位所以RS型指令可尋址 空間最大可達232單元。10 ?將表4.9的指令系統設計成二地址格式的指令系統答：表4.9中的指令共有29條，故操作碼字段需要5位；設這些指令支持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、相對尋址、基址尋址、變址尋址、堆棧尋址，則源和目的操作數各需要4位來確定其尋址方式；因字長為32位，故還剩余19位用于表示源和目的操作數的形式地 址，可取 形式地址為9位，多余的1位可以加在

9、操作碼字段。即，格式如下：31262522211312980OP目的尋址方式目的操作數源尋址方式源操作數111 ?從以下有關 RISC的描述中，選擇正確答案。A ?采用RISC技術后，計算機的體系結構又恢復到早期的比較簡單的情況。B.為了實現兼容，新設計的RISC,是從原來CISC系統的指令系統中挑選 部分實現的。C. RISC的主要目標是減少指令數。D. RISC設有乘、除法指令和浮點運算指令。答：C12?根據操作數所在位置，指出其尋址方式(填空)：(1)操作數在寄存器中，為(A)尋址方式。(2)操作數地址在寄存器，為(B)尋址方式。(3)操作數在指令中，為(C)尋址方式。(4)操作數地址(

10、主存)在指令中，為(D)尋址方式。B.寄存器間接D.直接變址、相對(5)操作數的地址，為某一寄存器內容與位移量之和，可以是 方(E, F, G)尋址答：A.寄存器C.立即E, F,G基址、13.將C語句翻譯成MIPS R4000匯編語言代碼。C賦值語句是：-( g+h) - (i+j)假設變量-、g、h、i、j分別分配給寄存器$s0 $s1、$s2、$s3、$s4。:該語句翻譯成MIPS R4000匯編語句如下：add $s5,$s1,$s2;將 g+h 的和存入寄存器 $s5 中($s5=$s1+$s2);add $s6,$s3,$s4將 i+j 的和存入寄存器 $s6 中($s6=$s3+

11、$s4);sub $s0,$s5,$s6將結果存入寄存器 $s0 中($s0=$s5-$s6)14.將如下MIPS R4000匯編語言翻譯成機器語言指令。lw $t0,1200($t1)add $t0,$s2,$t0sw $t0,1200($t1)答：已知MIPS指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0、$s7對應的寄存器號 為16 23(十進制),寄存器$t0 $t7對應的寄存器號為8-15。MIPS指令的字段值指令，式1oprsrtrdshamtfunct常數或地址add(加)R0regregreg032sub （減）R0regregreg034立即數加I8regreg常數lw(取字)I3

12、5regregaddressSW(存字)I43regregaddress由此，可寫出以上3條指令翻譯成機器語言指令如下表所示03條指令對應的機器語言指令機器語言各字段各字段長度6位5位5位5位5位6位R型oprsrtrdshamtfunctI型oprsrtaddresslw $t0,1200（$t1）35981200add $t0,$s2,$t001888032sw $t0,1200（$t1）4398120015.將下面一條ARM匯編語言指令翻譯成用十進制和二進制表示的機器語言指令：ADD r5,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

13、的指令譯碼格式指令名稱condFIopcodeSRnRdopera nd2ADD （加）140040regregregSUB(減)140020regregregADD (立即數140140regregcon sta nt（12 位）加Ldr (取字)14124regregaddress（12 位）STR （存字）14125regregaddress（12 位）由此，可得該指令的十進制和二進制的機器語言如下表所示ADD r5,r1,r2的機器語言condFopcodeRnRdoffset 12IopcodeSopera nd 12十進制140040152二進制11100010000001；0000 0000