计算机组成原理习题第四章

第四章一．填空题1.根据操作数所在位置，指出其寻址方式：操作数在寄存器中，称为寻址方式；操作数地址在寄存器中，称为寻址方式；操作数在指令中，称为寻址方式；操作数地址在指令中，为寻址方式。操作数的地址，为某一个寄存器中的内容与位移之和，则可以是、和寻址方式。2.设字长和指令长度均为24位，若指令系统可完成108种操作，且具有直接、间接（一次间址）、变址、基址、相对、立即等6种寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占位，寻址特征位占位，可直接寻址的范围是，一次间址的范围是。3.指令字中的地址码字段（形式地址）有不同的含意，它是通过体现的，因为通过某种方式的变换，可以得出地址。常用的指令地址格式有、、和四种。4.立即寻址的指令其指令的地址字段指出的不是，而是。5.寄存器直接寻址操作数在中，寄存器间接寻址操作数在中，所以执行指令的速度前者比后者。6.设形式地址为X，则直接寻址方式中，操作数的有效地址为；间接寻址方式中，操作数的有效地址为；相对寻址中，操作数的有效地址为。7.变址寻址和基址寻址的区别是：基址寻址中基址寄存器提供，指令的地址码字段提供。而变址寻址中变址寄存器提供，指令的地址码字段提供。8.指令寻址的基本方式有两种，一种是寻址方式，其指令地址由给出，另一种是寻址方式，其指令地址由给出。9.不同机器的指令系统各不相同，一个较完善的指令系统应该包括、、、、、等类指令。10.常见的数据传送类指令的功能可实现和之间或和之间的数据传送。11.设指令字长等于存储字长，均为24位，某指令系统可完成108种操作，操作码擦汗高难度固定，且具有直接、间接（一次间址）、变址、基址、相对、立即等寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占位，寻址特征占位，可直接寻址的范围是，一次间址的范围是。12.设计器指令系统可完成98种操作，指令字长为16位，操作码长度固定。若该指令系统具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，其指令代码中操作码占位，寻址特征占位，形式地址码占位，一次间址的范围是。13.某机采用三地址格式指令，共能完成50种操作，若机器可在1K地址范围内直接寻址，则指令字长应取位，其中操作码占位，地址码占位。14.RISC指令系统选取使用频率较高的一些指令，复杂指令的功能由指令的组合来实现。其指令长度，指令格式种类，寻址方式种类，只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行，且采用流水线技术，大部分指令在时间内完成。15.操作数的地址直接在指令中给出的寻址方式是。16.操作数的地址在寄存器中的寻址方式是。17.操作数的地址在主存储器中的寻址方式是。18.操作数的地址隐含在指令的操作码中，这种寻址方式是。二．选择题1.执行一条一地址的加法指令共需要次访问主存（含取指令）。A．1B．2C．3D．42.零地址的运算类指令在指令格式中不给出操作数地址，参加的两个操作数来自。A．累加器和寄存器B．累加器和暂存器C．堆栈的栈顶和次栈顶单元D．暂存器和堆栈的栈顶单元3.在关于一地址运算类指令的叙述中，正确的是。A．仅有一个操作数，其地址由指令的地址码提供B．可能有一个操作数，也可能有两个操作数C．一定有两个操作数，另一个是隐含的D．指令的地址码字段存放的一定是操作码4.一个计算机系统采用32位单字长指令，地址码为12位，如果定义了250条二地址指令，那么单地址指令的条数有。A．4KB．8KC．16KD．24K5.某计算机存储器按字（16位）编址，每取出一条指令后PC值自动+1，说明其指令长度是。A．1字节B．2字节C．3字节D．4字节6.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是。A．可降低指令译码难度B．缩短指令字长，扩大寻址空间，提高编程灵活性C．实现程序控制7.一地址指令中，为完成两个数的算术运算，除地址译码指明的一个操作数外，另一个数常采用。A．堆栈寻址方式B．立即寻地址方式C．隐含寻址方式8.二地址指令中，操作数的物理位置可安排在。（本题是多项选择）A．两个主存单元B．两个寄存器C．一个主存单元和一个寄存器D．栈顶和次栈顶9.变址寻址方式中，操作数的有效地址是。A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）B．程序计数器内容加上形式地址C．变址寄存器内容加上形式地址10.采用基址寻址可扩大寻址范围，且。A．基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中不可变B．基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中不可变C．基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中可变11.采用变址寻址可扩大寻址范围，且。A．变址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中不可变B．变址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中可变C．变址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中可变12.程序控制类指令的功能是。A．进行主存和CPU之间的数据传送B．进行CPU和设备之间的数据传送C．改变程序执行的顺序13.运算型指令的寻址和转移型指令的寻址不同点在于。A．前者取操作数，后者决定程序转移地址B．前者是短指令，后者是长指令C．后者是短指令，前者是长指令14.指令的寻址方式有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现。A．程序浮动B．程序的无条件转移和浮动C．程序的条件转移和无条件转移15.为了缩短指令中地址码的位数，应采用寻址。A．立即数B．寄存器C．直接16.下列三种类型的指令，执行时间最长。A．RR型B．RS型C．SS型17.对于实现程序浮动提供了较好的支持。A．间接寻址B．变址寻址C．相对寻址18.便于处理数组问题。A．间接寻址B．变址寻址C．相对寻址19.有利于编制循环程序。A．基址寻址B．相对寻址C．寄存器间址20.在下列寻址方式中，寻址方式需要先计算，再访问主存。A．立即B．变址C．间址21.下列叙述中，能反映RISC的特征（多项选择）。A．丰富的寻址方式B．指令执行采用流水方式C．控制器采用微程序设计D．指令长度固定22.下列叙述中，能反映CISC的特征（多项选择）。A．丰富的寻址方式B．控制器采用组合逻辑设计C．指令字长固定D．大多数指令需要多个时钟周期才能执行完成E．各种指令都可以访存F．只有LOAD/STORE指令可以访存G．采用优化编译技术三．简答题1.在寄存器—寄存器型、寄存器—存储器型和存储器—存储器型这3类指令中，哪类指令的执行时间最长？哪类指令的执行时间最短？为什么？2.某计算机的指令系统定长为16位，采用扩展操作码，操作数地址需4位。该指令系统已有三地址指令M条，二地址指令N条，没有零地址指令。问：最多含有多少条一地址指令？3.某机器指令码长度16位，地址码长度都为6位，包含单地址指令、双地址指令和零地址指令，试问单地址指令最多能有多少条，此时双地址指令和零地址指令各位多少条？4.设计算机指令字长为16位，指令中地址字段的长度为4位，共11条三地址指令，72条二地址指令，64条零地址指令。问最多还能安排多少条一地址指令？5.某机主存容量为4MB×16,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6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；（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）；（6）上述6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？6.某16位机器所使用的指令格式和寻址方式如图4—1所示，该机有2个20位基址寄存器，4个16位变址寄存器，16个16位通用寄存器，指令汇编格式中的S（源），D(目标)都是通用寄存器，M是主存的一个单元，3种指令的操作码分别是MOV(OP)=0AH、STA(OP)=1BH、LDA(OP)=3CH，其中MOV为传送指令，STA为写数指令，LDA为读数指令。要求：（1）分析3种指令的指令格式和寻址方式特点。（2）CPU完成哪一种操作所花时间最短？哪一种最长？第二种指令的执行时间有时会等于第三种指令的执行时间吗？（3）下列情况下每个十六进制指令字分别代表什么操作？其中有编码不正确时，如何改正才能成为合法指令？①F0F1H,3CD2H②2856H③6FD6H④1C2H6244MOVS,D6244STAS,M6244LDAD,M图4—1习题6的指令格式7.CPU的双操作数指令格式如图4—2所示。OP—目标源OP基址源变址位移量43333OPMdRdMsRs图4—2一种双操作数指令格式OP为4位操作码，Md和Ms分别为3位目的和源操作数寻址方式，Rd和Rs分别为3位目的和源寄存器号。问：（1）计算机设计16种双操作数指令是否可取？为什么？（2）CPU内部寄存器增加到16个，在不改变指令长度的条件下，可以用哪两种方式修改指令格式（画出修改后的指令格式），将对指令功能产生什么影响？（3）如不降低指令功能，指令长度可变，画出具有16个寄存器的双操作数指令的格式。8.某机字长16位，直接寻址空间128字，变址时的位移量是-64~+63,16个通用寄存器都可以作为变址寄存器，设计一套指令系统，满足下列寻址类型的要求。（1）直接寻址的二地址指令3条；（2）变址寻址的一地址指令6条；（3）寄存器寻址的二地址指令8条；（4）直接寻址的一地址指令12条；（5）零地址指令32条。9.指令字中有哪些字段?各有何作用？如果确定这些字段的位数？10.设某机器共能完成78种操作，若指令宁长为16位，试同单地址格式的指令其地址码可取几位?若想使指令的寻址范围扩大到216，可采用什么办法?举出三种不同的例子加以说明。11.某机字长32位，CPU内有32个32位的通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统，设指令字长等于机器字长。（1）如果主存可直接或间接寻址，栗用寄存器存储器型指令，能直接寻址的最大存储空间是多少？画出指令格式。（2）如果采用通用寄存器作为基址寄存器，则上述寄存器一存储器型指令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这类指令可访同多大舶存储空间？12.若机器采用三地址格式访存指令，试问完成一条加法指令共需访问几次存储器？若该机共能完成54种操作。操作数可在IK地址范围内寻找，试画出该机器的指夸格式。13.某机指令格式如图4—3所示：OPIA03457图4—313题机器指令格式图中I为间址特征位(1=0，直接寻址；l=1，一次间接寻址)。假设存储器部分单元有以下内容：指出下列机器指令（十六进制表示）的有效地址。（1）D7;（2）DF;（3）DE;（4）D2.14.某机指令格式如图4—4所示：OPXA0567815图4—414题机器指令格式图中X为寻址特征位，且当X=0时，不变址；X=1时，用变址寄存器X1进行变址；X=2时，用变址寄存器X2进行变址；X=3时，相对寻址。设（PC）=1234H，[X1]=0037H,[X2]=1122H，确定下列指令的有效地址（指令和地址均用十六进制表示）；（1）4420；（2）2244；（3）1322；（4）3521.15.某机存储器容量为64K×16位，该机访存指令格式如图4—5下：OPMIXA034567815图4—515题访存指令格式其中M为寻址模式：0为直接寻址，l为基址寻址，2为相对寻址，3为立即寻址；I为间址特征(I=l间址)；x为变址特征(X=l变址)。设PC为程序计数器，RX为变址寄存器，RB为基址寄存器，试问：（1）该指令能定义多少种操作?（2）立即寻址操作数的范围。（3）在非间址睛况下，除立即寻址外，写出每种寻址方式计算有效地址的表达式。（4）设基址寄存嚣为14位，在非变址直接基址寻址时，指令的寻址范围是多少？（5）间接寻址时，寻址范围是多少7若允许多重间址，寻址范围又是多少？16.一种一地址指令的格式如下图4—5所示：OPIXA图4—516题指令格式其中I为间址特征，X为寻址模式，A为形式地址。设R为通用寄存器，也可作为变址寄存器。在表