计算机组成原理18-计算机组成原理答案-第七章.doc

8.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：466OPA1A2此时，无论指令中有几个地址，指令格式都不变。设二地址指令有K种，则：K=24–M–N当M=1（最小值），N=1（最小值）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1）所示，但操作码长度可随地址码的个数而变。Kmax=16-1=15种（只留一种编码作扩展标志用。）10.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。11.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）设形式地址为A，变址寄存器为IX，则先变址再间址寻址过程示意如下：（一重间址）EA=[(IX)+A](IX)+1IXOPMAIRIXEA操作数+1ALUMM2）先间址再变址寻址过程示意：EA=(IX)+(A)(IX)+1IXOPMAIRIX操作数+1ALUMMEA12.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（可省）寻址操作：寄存器间址EA=(R1)=2074HEAMAR，读M(EA)MDR(ACC)-(MDR)ACCAA（公操作）13.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（可省）寻址计算：EA=(PC)-5=4000H+FFFBH=3FFBHEAMAR，读M(EA)MDR(ACC)+(MDR)ACCAA（公操作）14.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PC的操作。试问当执行JMP*+8和JMP*-9指令时，操作数的地址是什么？解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：OPA2000H2001H2002H当执行JMP指令时，指令第二字节的内容不变，PC的内容变为2002H。此时转移指令第二字节内容各为：A1=+8=00001000=08HA2=-9=11110111=F7H其有效地址各为：EA1=(PC)+8=2002H+0008H=200AHEA2=(PC)–9=2002H+FFF7H=1FF9H16.某机主存容量为4M16位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成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；解：（1）单字长一地址指令格式：736OPMA各字段的作用：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。16.某机主存容量为4M16位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成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：（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）；解：（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；（多次间址寻址时：首位为1：继续访问寻址，首位0：寻址结束。）（4）立即数的范围：若采用补码表示为1FH~20H；十进制表示为31~-32；无符号数为0~63；（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。OP7M3A616.某机主存容量为4M16位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成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：（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：（6）六种寻址方式中，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改而不需要修改程序。16.某机主存容量为4M16位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成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：（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：（7）为使指令寻址范围可扩大到4M，需要有效地址22位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，如下图示：OP7M3A6A16图中，指令的第一字保持原来格式不变，形式地址A扩展到第2个字。这样，直接寻址时，EA=A=16+6=22位，正好可访问4M地址空间。由于A的扩展，变址、基址、相对、立即数等寻址方式也扩展到22位。（8）如使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采用上述双字长一地址指令，通过选用合适的寻址方式完成。（如选用直接寻址就可转移到主存任一位置，但选用相对寻址则只能在±2M范围内转移。）除此之外，（7）、（8）两题也可通过段寻址方式达到扩大寻址空间的目的。总之，不论采取何种方式，最终得到的实际地址应是22位。17.举例说明哪几种寻址方式在指令的执行阶段不访问存储器？哪几种寻址方式在指令的执行阶段只需访问一次存储器？完成什么样的指令，包括取指令在内共访问四次存储器？解：举例如下：1）一地址指令在执行阶段不访存的寻址方式有：寄存器寻址、立即寻址。2）一地址指令在执行阶段只访存一次的寻址方式有：寄存器间接寻址、直接寻址、基址寻址、变址寻址、相对寻址。3）包括取指在内共访存四次的指令有：二重间址的一地址指令；一重间址的二地址指令，当另一操作数采用直接、基址、变址、相对、寄存器间接寻址时。