计算机组成原理第四章答案

第4章习题参考答案1第4章习题参考答案1．ASCII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OP12位操作数12位操作数单操作数指令7位OP25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。1510987430OP-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。15109874301510987430OP-源寄存器变址寄存器第4章习题参考答案2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。1512119865320OP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IX有效地址E①②③④⑤⑥000011000110110010E=DE=（PC）+DE=（R）+DE=（R1）+DE=(D)E=((R1)+D)，D=0答：①直接寻址②相对寻址③变址寻址④基址寻址⑤间接寻址⑥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：312625181716150OP-寻址方式XD设：第4章习题参考答案3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D312625242320190OP寻址方式寄存器DD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D3126252423201916150OP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4.9的指令系统设计成二地址格式的指令系统。答：表4.9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位来确定第4章习题参考答案4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：31262522211312980OP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。D．RISC设有乘、除法指令和浮点运算指令。答：C12．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)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MIPSR4000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、$s4。答：该语句翻译成MIPSR4000汇编语句如下：add$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+$s4)sub$s0,$s5,$s6;将结果存入寄存器$s0中($s0=$s5-$s6)14．将如下MIPSR4000汇编语言翻译成机器语言指令。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$s7对应的寄存器号为1623（十进制），寄存器$t0$t7对应的寄存器号为815。MIPS指令的字段值第4章习题参考答案5指令格式oprsrtrdshamtfunct常数或地址add(加)R0regregreg032sub(减)R0regregreg034立即数加I8regreg常数lw(取字)I35regregaddresssw(存字)I43regregaddress由此，可写出以上3条指令翻译成机器语言指令如下表所示。3条指令对应的机器语言指令机器语言各字段各字段长度6位5位5位5位5位6位R型oprsrtrdshamtfunctI型oprsrtaddresslw$t0,1200($t1)35981200add$t0,$s2,$t001888032sw$t0,1200($t1)4398120015．将下面一条ARM汇编语言指令翻译成用十进制和二进制表示的机器语言指令：ADDr5,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condFIopcodeSRnRdoperand2ADD(加)140040regregregSUB(减)140020regregregADD(立即数加)140140regregconstant(12位)LDR(取字)14124regregaddress(12位)STR(存字)14125regregaddress(12位)由此，可得该指令的十进制和二进制的机器语言如下表所示ADDr5,r1,r2的机器语言condFopcodeRnRdoffset12IopcodeSoperand12十进制140040152二进制11100010000001010100000000001016．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：addr5,r1,r2;将g+h的和存入寄存器r5中(r5=r1+r2)第4章习题参考答案6addr6,r3,r4;将i+j的和存入寄存器r6中(r6=r3+r4)subr0,r5,r6;将结果存入寄存器r0中(r0=r5-r6)