.第4章習(xí)題參考答案1．ASCII碼是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長為32位，指令字長為12位，是否合理？為什么？答：不合理。指令最好半字長或單字長，設(shè)16位比較合適。一個字符的ASCII是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長為32位，則一個單元可以放四個字符，這也是可以的，只是在存取單個字符時，要多花些時間而已，不過，一條指令至少占一個單元，但只占一個單元的12位，而另20位就浪費(fèi)了，這樣看來就不合理，因?yàn)橥ǔ巫珠L指令很多，浪費(fèi)也就很大了。2．假設(shè)某計(jì)算機(jī)指令長度為32位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無操作數(shù)三類指令形式，指令系統(tǒng)共有70條指令，請?jiān)O(shè)計(jì)滿足要求的指令格式。答：字長32位，指令系統(tǒng)共有70條指令，所以其操作碼至少需要7位。雙操作數(shù)指令7位OP12位操作數(shù)12位操作數(shù)單操作數(shù)指令7位OP25位操作數(shù)-無操作數(shù)指令7位OP3．指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。1510987-430OP存寄器源寄存器答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)單字長二地址指令。(2)操作碼字段OP可以指定26=64種操作。(3)源和都是通用寄存器（可分指向16個存寄器）所以是RR型指令，即兩個操作數(shù)均在存寄器中。(4)這種指令結(jié)構(gòu)常用于RR之間的數(shù)據(jù)傳送及算術(shù)邏輯運(yùn)算類指令。4．指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。1098743109870-1501543源寄存器量(16位)OP變址存寄器偏移答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。(2)操作碼字段OP可以指定26=64種操作。(3)RS型指令，一個操作數(shù)在通用寄存器（選擇16個之一），另一個操作數(shù)在主存中。有效地址可通過變址尋址求得，即有效地址等于變址存寄器（選擇16個之一）內(nèi)容加上位移量。精品.5．指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。1512119865320OP尋址方式寄存器尋址方式寄存器源地址目標(biāo)地址答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)該指令為單字長雙操作數(shù)指令，源操作數(shù)和目的操作數(shù)均由尋址方式和寄存器構(gòu)成，寄存器均有8個，尋址方式均有8種。根據(jù)尋址方式的不同，指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；(2)因?yàn)镺P為4位，所以最多可以有16種操作。6．一種單地址指令格式如下所示，其中為I間接特征，X為尋址模式，D為形式地址，I、X、D組成該指令的操作數(shù)有效地址E，設(shè)R為變址寄存器，R1為基值寄存器，PC為程序計(jì)數(shù)器，請?jiān)谙卤碇械谝涣形恢锰钊脒m當(dāng)?shù)膶ぶ贩绞矫Q。尋址方式名稱IX有效地址E①②③④⑤⑥000E=D001E=（PC）+D10E=（R）+D0011E=（R1）+D100E=(D)110E=((R1)+D)，D=0答：①直接尋址②相對尋址③變址尋址④基址尋址⑤間接尋址⑥先基址后間接尋址7．某計(jì)算機(jī)字長為32位，主存容量為64K字，采用單字長單地址指令，共有40條指令。試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。答：根據(jù)題意，40種指令至少需6位OP；四種尋址方式至少需用2位表示；主存為64K，則地址需要16位，而機(jī)器字長為32位，可設(shè)計(jì)如下格式：31262518171615尋址方式X0OP-D設(shè)：尋址方式X=00為直接尋址方式，由16位的D直接給出有效地址，EA=D尋址方式X=01為立即尋址方式，由16位的D直接給出操作數(shù)，操作數(shù)=D尋址方式X=10為變址尋址方式，設(shè)變址寄存器為IR，則EA=(IR)+D尋址方式X=11為相對尋址方式，設(shè)程序計(jì)數(shù)器為PC，則EA=(PC)+D(D可正可負(fù))注：IR和PC的位數(shù)與機(jī)器的字長相等，均為32位8．某機(jī)字長為32位，主存容量為1M，單字長指令，有50種操作碼，采用寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即、直接等尋址方式。精品.CPU中有PC，IR，AR，DR和16個通用寄存器。問：(1)指令格式如何安排?(2)能否增加其他尋址方式?答：(1)根據(jù)題意，50種操作碼至少需6位OP；尋址方式可用2位分別表示最多4種尋址方式；用4位編碼選擇16個通用寄存器之一作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)，因機(jī)器字長為32位，固還剩20位可表示形式地址D312625242320190OP尋址方式寄存器DD字段的尋址方式由25-24位決定，如：尋址方式字段=00，表示D為寄存器尋址，實(shí)際使用D中的4位進(jìn)行寄存器選擇；尋址方式字段=01，表示寄存器間接尋址，實(shí)際使用D中的4位進(jìn)行寄存器選擇；尋址方式字段=10，表示立即尋址，可使用D的全部確定一個立即數(shù)；尋址方式字段=11，表示直接尋址，20位的D可確定一個存儲單元。(2)若將形式地址的位數(shù)減少，則可以增加其他的尋址方式9．設(shè)某機(jī)字長為32位，CPU中有16個32位通用寄存器，設(shè)計(jì)一種能容納64種操作的指令系統(tǒng)。如果采用通用寄存器作基址寄存器，則RS型指令的最大存儲空間是多少?答：根據(jù)題意，64種操作至少需6位OP；用2位表示四種尋址方式；寄存器16個源操作數(shù)和目的操作數(shù)各用4位，因機(jī)器字長為32位，固還剩16位可表示形式地址D3126252423201916150OP尋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?yàn)榧拇嫫鳛?2，位所以RS型指令可尋址空間最大可達(dá)232單元。10．將表4.9的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)成二地址格式的指令系統(tǒng)。答：表4.9中的指令共有29條，故操作碼字段需要5位；設(shè)這些指令支持9種尋址方式：立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、間接尋址、相對尋址、基址尋址、變址尋址、堆棧尋址，則源和目的操作數(shù)各需要4位來確定其尋址方式；因字長為32位，故還剩取形式地址為9位，多余的1位可以加3126252221131298余19位用于表示源和目的操作數(shù)的形式地址，可在操作碼字段。即，格式如下：0OP目的尋址方式目的操作數(shù)源尋址方式源操作數(shù)精品11．從以下有關(guān)RISC的描述中，選擇正確答案。A．采用RISC技術(shù)后，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到早期的比較簡單的情況。B．為了實(shí)現(xiàn)兼容，新設(shè)計(jì)的RISC，是從原來CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實(shí)現(xiàn)的。12．根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式(填空)：(1)操作數(shù)在寄存器中，為(A)尋址方式。(2)操作數(shù)地址在寄存器，為(B)尋址方式。(3)操作數(shù)在指令中，為(C)尋址方式。(4)操作數(shù)地址(主存)在指令中，為(D)尋址方式。(5)操作數(shù)的地址，為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和，可以是(E，F(xiàn)，G)尋址方式。E,F,G.基址、變址、相對13．將C語句翻譯成MIPSR4000匯編語言代碼。C賦值語句是：=（g+h）-（i+j）假設(shè)變量、g、h、i、j分別分配給寄存器$s0、$s1、$s2、$s3、$s4。答：已知MIPS指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0$s7對應(yīng)的寄存器號為1623（十進(jìn)制），寄存器$t0$t7對應(yīng)的寄存器號為815。MIPS指令的字段值指令格式oprsrtrdshamtfunctadd(加)R0regregreg032sub(減)R0regregreg034常數(shù)或地址--立即數(shù)加I8regreg---常數(shù).lw(取字)I35regreg---address精品sw(存字)I43regreg---address由此，可寫出以上3條指令翻譯成機(jī)器語言指令如下表所示。3條指令對應(yīng)的機(jī)器語言指令機(jī)器語言各字段各字段長度6位5位5位5位5位6位R型oprsrtrsrtrdshamtfunctaddressI型lwop35981200$t0,1200($t1)add$t0,$s2,$t00189888032sw$t0,1200($t1)43120015．將下面一條ARM匯編語言指令翻譯成用十進(jìn)制和二進(jìn)制表示的機(jī)器語言指令：ADDr5,r1,r2答：已知ARM匯編指令的指令譯碼格式如下表所示：ADD、SUB、LDR、STR指令的指令譯碼格式指令名稱condFIopcodeSRnRdoperand2ADD(加)140040regregSUB(減)140020regregregregADD(立即數(shù)加)140140regregconstant(12位)LDR(取字)141-24-regregaddress(12位)STR(存字)141-25-regregaddress(12位)由此，可得該指令的十進(jìn)制和二進(jìn)制的機(jī)器語言如下表所示ADDr5,r1,r2的機(jī)器語言opcodeoffset12operand122condF十進(jìn)制14RnRdIopcodeS004015二進(jìn)制11100010000001010100000000001016．將下面C語言翻譯成ARM匯編語言