南信大 计算机组成原理期末练习题(7)

X=10：用变址寄存器X2进行变址； X=11：相对寻址

设（PC）= 1234H，（X1）= 0037H，（X2）= 1122H，请确定下列指令的有效地址。 ①4420H ②2244H ③1322H ④3521H ⑤6723H 11. 一台处理机具有如下指令字格式:

其中,每个指令字中专门分出3位来指明选用哪一个通用寄存器(12位),最高位用来指明它所选定的那个通用寄存器将用作变址寄存器(X=1时),主存容量最大为16384字.

o 假如我们不用通用寄存器也能直接访问主存中的每一个操作数,同时假设有用

的操作码位数至少有7位,试问:在此情况下,“地址”码域应分配多少位?“OP”码域应分配多少位?指令字应有多少位?

o 假设条件位X=0,且指令中也指明要使用某个通用寄存器,此种情况表明指定的

那个通用寄存器将用作基值寄存器.请提出一个硬件设计规则,使得被指定的通用寄存器能访问主存中的每一个位置。 (3)假设主存容量扩充到32768字,且假定硬件结构已经确定不变,问采用什么实际方法可解决这个问题? 五、问答题

o 计算机指令的基本成分？各有何作用？常用指令格式有哪些？ o 简述确定指令系统的基本要求，一般的指令系统应该包含哪些基本的指o o o o o o o

o

令类型？

CISC结构计算机的缺点有哪些？RISC结构计算机的设计有些什么原则？

什么叫寻址技术？在计算机中为什么要设置多种寻址方式？通常有哪些基本的寻址方式？

程序控制指令有什么功能？它主要包括哪些指令？ 何谓变址寻址和基址寻址？两者有何异同点？

举例说明计算机中寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、堆栈寻址从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。

一条指令通常由哪两部分组成？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？

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？

从概念上讲，有哪几种指令会通过给出一个新的指令地址来改变指令顺序执行的情况?它们通常都可以采用什么样的方案在指令字中给出这一新的指令地址(至少说出3种)和其他有关信息?

练习题题解

一、选择题

1. B 2. C 3. B 4. C 5. D 6. D 7.Ｄ 8.Ｂ 9.Ｃ 10.Ｄ 11.C

二、填空题

o A. 寻址方式 B. 操作数有效

C. 零地址指令 D. 单地址指令 E. 二地址指令

o A. 操作数在通用寄存器中，操作数地址是通用寄存器的编号

B. 操作数在主存单元中，通用寄存器中的内容作为操作数地址 C. 快

o A. 基准量 B. 位移

量 C. 较短

D. 修改量. E. 基准量 F. 足以表示整个存储空间

o A. 单字长指令 B. 半字长指令 C.

双字长指令

o A. 主存储器 B. 寄存器 C. 寄存器 D. 寄存器

o A. 操作的类型 B. 2ｎ

o A.操作数的地址 B.一地址指令 C. 二地址指令

D.三地址指令 E.零地址指令

o A.操作数

o A.寄存器号 B.该寄存器中

o A.地址码 B.操作数在存储器中的地址

o A.面向栈顶操作的先进后出的存取方式 B.加 C.减D.调整指针 E.存入数据

o A.完备性 B.有效性

o A.完备性 B.有效性 C.规整性 o A.操作数地址 B.堆栈栈顶

o A.基准量 B.偏移量 C.偏移量 D.基准量

o A.7 B.3 C.22 D.2 22个单元 E.2 24单元

个

o A.简单 B.固定 C.少 D.少 E.一个时o o o o

钟周期

A.微指令 B.机器指令 C.宏指令 A.先进后出 B.寄存器 C.存储器

A.指令条数少 B.指令长度 C.指令格式和寻址方式 A.算术运算 B.逻辑运算 C.系统控制

三、分析题

o ① 直接寻址 ② 相对寻址 ③变址寻址

④ 寄存器直接寻址 ⑤ 间接寻址 ⑥ 相对间接寻址 ⑦ 变址间接寻址 ⑧ 寄存器间接寻址

o (1) 一个机器字，该机器字即为指令字，它本身包含操作数D（只有8位）。

(2) 256个机器字，此时为直接寻址，E = D。 (3) 64K机器字，此时为间接寻址，E =（D）。 (4) 64K机器字，此时为变址寻址，E = R1 + D。

o 指令格式及寻址方式特点如下：

(1) 单字长二地址指令，可指定16种操作。

(2) 使用通用寄存器寻址方式。无论是源操作数还是目标操作数，可采用8种寻址方式来确定，可使用8个寄存器。

(3) 这种指令结构可以是RR型指令，或者是RS型指令，也可以是SS型指令。 四、设计题

1. 双操作数指令地址字段占去12位，操纵码字段为8位。由于设定全部指令采用8位固定的OP字段，故这台计算机最多的指令条数为28 = 256条。因此最多还可以设计出（256 – m – n）条单操作数指令。

双操作数指令条数最大值为28条。

单操作数指令条数最大值为（212 – 28）条。

无操作数指令条数最大值为（220 – 212 – 28）条。

2. 64条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令字下余长度为10位。为了覆盖主存64K字的地址空间，设寻址模式位（X）2位。形式地址（D）8位，其指令格式如下：

15 10 9 8 7 0 OP X D 寻址模式X定义如下：

X = 00 直接寻址 有效地址 E = D（256单元） X = 01 间接寻址 有效地址 E =（D）（64K）

X = 10 变址寻址 有效地址 E = （R）+（D）（64K） X = 11 相对寻址 有效地址 E =（PC）+（D）（64K）

其中R为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位）。在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。

3. 根据题意，有50种操作码，故OP字段占6位。页面寻址可用PC高8位（PCH）与形式地址D（8位）拼接成有效地址。设寻址模式X占2位，故指令格式如下： 15 10 9 8 7 0 OP X D 寻址模式定义如下：

X = 00 直接寻址 有效地址 E = D

X = 01 页面寻址 有效地址 E = PCH -（D） X = 10 间接寻址 有效地址 E =（D） X = 11 无操作

o 按照上述指令格式，PC高8位占主存256个页面，每个页面有256个单元。 o 按照上述指令格式，寻址模式X = 11尚未使用，故可增加一种寻址方式。由于

CPU中给定的寄存器中尚可使用PC，故可以增加相对寻址方式，其有效地址E = PC + D。如不用相对寻址，还可使用立即寻址方式，此时形式地址D为8位的操作数。

当位移量（形式地址）D变成7位时，寻址模式位可变成3位，原则上可以使用更多的寻址方式，但是现在由于CPU没有其他更多的寄存器，因此不能增加其他方式的寻址。 4. 64条指令占用操作码字段（ＯＰ）6位，寻址模式位（Ｘ）2位，形式地址位（Ｄ）8位。则指令格式如下：

15 109 87 0 ＯＰ Ｘ Ｄ 寻址模式Ｘ定义如下：

Ｘ＝００ 直接寻址 有效地址 Ｅ＝Ｄ （256单元） Ｘ＝０１ 间接寻址 有效地址 Ｅ＝（Ｄ） （64Ｋ） Ｘ＝１０ 变址寻址 有效地址 Ｅ＝（Ｒ）＋（Ｄ） （64Ｋ） Ｘ＝１１ 相对寻址 有效地址 Ｅ＝（ＰＣ）＋（Ｄ） （64Ｋ）

其中Ｒ为变址寄存器（16位），ＰＣ为程序寄存器（16位），在变址和相对寻址时，位移量Ｄ可正可负。

5. (1).直接寻址，操作数在有效地址E=D的存储单元中。 (2).相对寻址。

(3).变址寻址，操作数在E=(RX) + D的存储单元中。

(4).寄存器间接寻址，通用寄存器的内容指明操作数在主存中的地址。

(5).间接寻址，用偏移量做地址访主存得到操作数的地址指示器，再按地址指示器访主存的操作数，因此间接寻址需两次访问主存。

(6).基值寻址，操作数在E=(Rb) + D 的存储单元中。

6. （１）因为218=256K，所以地址码域＝１８位, 操作码域＝６位，指令长度＝18 + 3 + 3 + 6 + 2 = 32位

（２）此时指定的通用寄存器用作基值寄存器（１６位），但１６位长度不足以覆盖1M字地址空间，为此将通用寄存器左移，４位低位补０形成２０位基地址。然后与指令字形式地址相加得有效地址，可访问主存1M地址空间中任何单元。

7. （1） 该指令格式可定义16种不同的操作，立即寻址操作数的范围是 –128 ~+127 （2） 绝对寻址（直接寻址） E ＝ A 基值寻址 E = （R b）+A 相对寻址 E = （PC）+A 立即寻址 D = A

变址寻址 E = （R X）+A

（3） 由于E = （R b）+A，R b=14位，故存储器可寻址的地址范围为（16383+127）~（16383-128）。

（4） 间接寻址时，寻址范围为64K，因为此时从主存读出的数作为有效地址（16位）。 （5）间接寻址至少两次访问内存才能取出数据，延缓了指令执行速度。

8. （1）第一种指令是单字长二地址指令，RR型；第二种指令是双字长二地址

指 令RS型，其中S采用基址寻址或变址寻址，R由源寄存器决定；第三种也是双字二地址指令，RS型，其中R由目标寄存器决定，S由20位地址（直接寻址）决定。

（2）处理器完成第一种指令所花的时间最短，因为是RR型指令，不需要访问存储器。第二种指令所花的时间最长，因为是RS型指令，需要访问存储器，同时要进行寻址方式的变换运算（基址或变址），这也要时间。第二种指令的执行时间不会等于第三种指令，因为第三种指令虽也访问存储器，但节省了求有效地址运算的时间开销。 （3）根据已知条件：MOV(OP) = 0010101 STA(OP) = 011011 LDA(OP) = 111100， 将指令的十六进制格式转换成二进制代码且比较后可知：

①（F0F1）H(3CD2)H 指令代表LDA指令，编码正确，其含义是把主存 （13CD2）H地址单元的内容取至15号寄存器。

②（2856）H代表MOV指令，编码正确，含义是把6号源寄存器的内容传送至5号目标寄存器。

③ (6FD6)H是单字长指令，一定是MOV指令，但编码错误，可改正为(28D6)H ④（1C2）H是编码错误，可改正为（28C2）H,代表MOV指令。 9. （1）操作码字段OP为16位，可指定26 = 64 （2）双字长（32位）二地址指令，用于访问存储器。

（3）一个操作数在源寄存器（共32个），另一个操作数在存储器中（由基值寄存器和偏移量决定）。所以是RS型指令。

10. ①X = 00，D = 20H，有效地址EA = 20H；

②X = 10，D = 44H，有效地址EA = 1122H + 44H = 1166H； ③X = 11，D = 22H，有效地址EA = 1234H + 22H = 1256H； ④X = 01，D = 21H，有效地址EA = 0037H + 21H = 0058H； ⑤X = 11，D = 23H，有效地址EA = 1234H + 23H = 1257H。

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