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1、第 4 章习题参考答案 1ASCII 码是 7 位，如果设计主存单元字长为 32 位，指令字长为 12 位，是否合理为什么 答：不合理。指令最好半字长或单字长，设 16 位比较合适。一个字符的 ASCII是 7 位，如果设计主存单元字长为 32 位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的 12 位，而另 20 位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。2假设某计算机指令长度为 32 位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有 70 条指令，请设计满足要求的指令
2、格式。答：字长 32 位，指令系统共有 70 条指令，所以其操作码至少需要 7 位。双操作数指令 7 位 OP 12 位操作数 12 位操作数 单操作数指令 7 位 OP 25 位操作数 无操作数指令 7 位 OP-3指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。15 10 9 8 7 4 3 0 OP-目标寄存器 源寄存器 答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)单字长二地址指令。(2)操作码字段 OP 可以指定 26=64 种操作。(3)源和目标都是通用寄存器（可分指向 16 个寄存器）所以是 RR 型指令，即两个操作数均在寄存器中。(4)这种指令结构常用于 RR 之间的数据传送及算
3、术逻辑运算类指令。4指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。15 10 9 8 7 4 3 0 15 10 9 8 7 4 3 0 OP-源寄存器 变址寄存器 偏移量(16 位)答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)双字长二地址指令，用于访问存储器。(2)操作码字段 OP 可以指定 26=64 种操作。(3)RS 型指令，一个操作数在通用寄存器（选择 16 个之一），另一个操作数在主存中。有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择 16 个之一）内容加上位移量。5指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。15 12 11 9 8 6 5 3 2 0 OP
4、 寻址方式 寄存器 寻址方式 寄存器 源地址 目标地址 答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)该指令为单字长双操作数指令，源操作数和目的操作数均由寻址方式和寄存器构成，寄存器均有8 个，寻址方式均有 8 种。根据寻址方式的不同，指令可以是 RR 型、RS 型、也可以是 SS 型；(2)因为 OP 为 4 位，所以最多可以有16 种操作。6一种单地址指令格式如下所示，其中为 I 间接特征，X 为寻址模式，D 为形式地址，I、X、D 组成该指令的操作数有效地址 E，设 R 为变址寄存器，R1 为基值寄存器，PC 为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名称。寻址方式名称 I X 有效
5、地址 E 0 0 0 0 1 1 00 01 10 11 00 10 E=D E=（PC）+D E=（R）+D E=（R1）+D E=(D)E=(R1)+D)，D=0 答：直接寻址 相对寻址 变址寻址 基址寻址 间接寻址 先基址后间接寻址 7某计算机字长为 32 位，主存容量为 64K 字，采用单字长单地址指令，共有40 条指令。试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。答：根据题意，40 种指令至少需 6 位 OP；四种寻址方式至少需用 2 位表示；主存为 64K，则地址需要 16 位，而机器字长为 32 位，可设计如下格式：31 26 25 18 17 16 15 0 OP-寻
6、址方式 X D 设：寻址方式 X=00 为直接寻址方式，由 16 位的 D 直接给出有效地址，EA=D 寻址方式 X=01 为立即寻址方式，由 16 位的 D 直接给出操作数，操作数=D 寻址方式 X=10 为变址寻址方式，设变址寄存器为 IR，则 EA=(IR)+D 寻址方式 X=11 为相对寻址方式，设程序计数器为 PC，则 EA=(PC)+D(D 可正可负)注：IR 和 PC 的位数与机器的字长相等，均为 32 位 8某机字长为 32 位，主存容量为 1M，单字长指令，有 50 种操作码，采用寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即、直接等寻址方式。CPU 中有 PC，IR，AR，DR和 16
7、个通用寄存器。问：(1)指令格式如何安排 (2)能否增加其他寻址方式 答：(1)根据题意，50 种操作码至少需 6 位 OP；寻址方式可用 2 位分别表示最多 4种寻址方式；用 4 位编码选择 16 个通用寄存器之一作为源操作数或目的操作数，因机器字长为 32 位，固还剩 20 位可表示形式地址 D 31 26 25 24 23 20 19 0 OP 寻址方式 寄存器 D D 字段的寻址方式由 25-24 位决定，如：寻址方式字段=00，表示 D 为寄存器寻址，实际使用 D 中的 4 位进行寄存器选择；寻址方式字段=01，表示寄存器间接寻址，实际使用 D 中的 4 位进行寄存器选择；寻址方式字
8、段=10，表示立即寻址，可使用 D 的全部确定一个立即数；寻址方式字段=11，表示直接寻址，20 位的 D 可确定一个存储单元。(2)若将形式地址的位数减少，则可以增加其他的寻址方式 9设某机字长为 32 位，CPU 中有 16 个 32 位通用寄存器，设计一种能容纳 64种操作的指令系统。如果采用通用寄存器作基址寄存器，则 RS 型指令的最大存储空间是多少 答：根据题意，64 种操作至少需 6 位 OP；用 2 位表示四种寻址方式；寄存器 16个源操作数和目的操作数各用 4 位，因机器字长为 32 位，固还剩 16 位可表示形式地址 D 31 26 25 24 23 20 19 16 15
9、0 OP 寻址方式 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，因为寄存器为 32，位所以 RS 型指令可寻址空间最大可达 232单元。10将表的指令系统设计成二地址格式的指令系统。答：表中的指令共有 29 条，故操作码字段需要 5 位；设这些指令支持 9 种寻址方式：立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、堆栈寻址，则源和目的操作数各需要 4 位来确定其寻址方式；因字长为 32 位，故还剩余 19 位用于表示源和目的操作数的形式地址，可取形式地址为 9 位，多余的 1 位可以加在操作码字段。即，格式如下：31 26 25 22 2
10、1 13 12 9 8 0 OP 目的寻址方式 目的操作数 源寻址方式 源操作数 11从以下有关 RISC 的描述中，选择正确答案。A采用 RISC 技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单的情况。B为了实现兼容，新设计的 RISC，是从原来 CISC 系统的指令系统中挑选一部分实现的。C.RISC 的主要目标是减少指令数。DRISC 设有乘、除法指令和浮点运算指令。答：C 12根据操作数所在位置，指出其寻址方式(填空)：(1)操作数在寄存器中，为(A)寻址方式。(2)操作数地址在寄存器，为(B)寻址方式。(3)操作数在指令中，为(C)寻址方式。(4)操作数地址(主存)在指令中，为(D)
11、寻址方式。(5)操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和，可以是(E，F，G)寻址方式。答：A.寄存器 B.寄存器间接 C.立即 D.直接 E,F,G.基址、变址、相对 13将 C 语句翻译成 MIPS R4000 汇编语言代码。C 赋值语句是：=（g+h）-（i+j）假设变量、g、h、i、j 分别分配给寄存器$s0、$s1、$s2、$s3、$s4。答：该语句翻译成 MIPS R4000 汇编语句如下：add$s5,$s1,$s2 ;将 g+h 的和存入寄存器$s5 中($s5=$s1+$s2)add$s6,$s3,$s4 ;将 i+j 的和存入寄存器$s6 中($s6=$s3+$s4)su
12、b$s0,$s5,$s6 ;将结果存入寄存器$s0 中($s0=$s5-$s6)14将如下 MIPS R4000 汇编语言翻译成机器语言指令。lw$t0,1200($t1)add$t0,$s2,$t0 sw$t0,1200($t1)答：已知 MIPS 指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0$s7 对应的寄存器号为 1623（十进制），寄存器$t0$t7 对应的寄存器号为 815。MIPS 指令的字段值 指令 格式 op rs rt rd shamt funct 常数或地址 add(加)R 0 reg reg reg 0 32 sub(减)R 0 reg reg reg 0 34 立即数加 I
13、 8 reg reg 常数 lw(取字)I 35 reg reg address sw(存字)I 43 reg reg address 由此，可写出以上 3 条指令翻译成机器语言指令如下表所示。3 条指令对应的机器语言 指令 机器语言各字段 各字段长度 6 位 5 位 5 位 5 位 5 位 6 位 R 型 op rs rt rd shamt funct I 型 op rs rt address lw$t0,1200($t1)35 9 8 1200 add$t0,$s2,$t0 0 18 8 8 0 32 sw$t0,1200($t1)43 9 8 1200 15将下面一条 ARM 汇编语言指
14、令翻译成用十进制和二进制表示的机器语言指令：ADD r5,r1,r2 答：已知 ARM 汇编指令的指令译码格式如下表所示：ADD、SUB、LDR、STR 指令的指令译码格式 指令名称 cond F I opcode S Rn Rd operand2 ADD(加)14 0 0 4 0 reg reg reg SUB(减)14 0 0 2 0 reg reg reg ADD(立即数加)14 0 1 4 0 reg reg constant(12位)LDR(取字)14 1 24 reg reg address(12 位)STR(存字)14 1 25 reg reg address(12 位)由此，可
15、得该指令的十进制和二进制的机器语言如下表所示 ADD r5,r1,r2 的机器语言 cond F opcode Rn Rd offset 12 I opcode S operand 12 十进制 14 0 0 4 0 1 5 2 二进制 1110 0 0 100 0 0001 0101 0000 0000 0010 16将下面 C 语言翻译成 ARM 汇编语言代码，C 赋值语句是：=（g+h）-（i+j）假设变量、g、h、i、j 分别放在寄存器 r0、r1、r2、r3、r4 中 答：该语句翻译成 ARM 汇编语句如下：add r5,r1,r2 ;将 g+h 的和存入寄存器 r5 中(r5=r1+r2)add r6,r3,r4 ;将 i+j 的和存入寄存器 r6 中(r6=r3+r4)sub r0,r5,r6 ;将结果存入寄存器 r0 中(r0=r5-r6)