计算机组成原理课后答案(第二版)唐朔飞第七章.ppt
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1、指指 令令 系系 统统第第 七七 章章 6.6.某指令系统字长为某指令系统字长为某指令系统字长为某指令系统字长为1616位位位位,地址,地址,地址,地址码取码取码取码取4 4位位位位,试提出一种方案,使该指,试提出一种方案,使该指,试提出一种方案,使该指,试提出一种方案,使该指令系统有令系统有令系统有令系统有8 8条条条条三地址指令、三地址指令、三地址指令、三地址指令、1616条条条条二地二地二地二地址指令、址指令、址指令、址指令、100100条一地址指令。条一地址指令。条一地址指令。条一地址指令。解:解:解:解:三地址指令格式三地址指令格式三地址指令格式三地址指令格式如下:如下:如下:如下:
2、4 4 4 4 4 4 4 4 OP A OP A1 1 A A2 2 A A3 3 解题思路:以三地址指令格式为解题思路:以三地址指令格式为解题思路:以三地址指令格式为解题思路:以三地址指令格式为该指令系统的基本格式。以此格式为该指令系统的基本格式。以此格式为该指令系统的基本格式。以此格式为该指令系统的基本格式。以此格式为基础,采用基础,采用基础,采用基础,采用扩展操作码扩展操作码扩展操作码扩展操作码技术,设计出技术,设计出技术,设计出技术,设计出题意所要求的地址码结构的指令。题意所要求的地址码结构的指令。题意所要求的地址码结构的指令。题意所要求的地址码结构的指令。指令操作码分配方案指令操作
3、码分配方案指令操作码分配方案指令操作码分配方案如下:如下:如下:如下:4 4位位位位OPOP00000000,A A1 1,A A2 2,A A3 3;8 8条条条条三地址指令三地址指令三地址指令三地址指令01110111,10001000,00000000,A A2 2,A A3 3;1616条条条条二地址指令二地址指令二地址指令二地址指令10001000,11111111,10011001,00000000,00000000,A3 A3;100100条条条条一地址指令一地址指令一地址指令一地址指令10011001,01100110,00110011,10011001,01100110,01
4、000100,冗余编码冗余编码冗余编码冗余编码10011001,11111111,11111111,可用来扩充一、零地址指令条数可用来扩充一、零地址指令条数可用来扩充一、零地址指令条数可用来扩充一、零地址指令条数10101010,冗余编码冗余编码冗余编码冗余编码11111111,可用来扩充三、二、一、零地址指令条数可用来扩充三、二、一、零地址指令条数可用来扩充三、二、一、零地址指令条数可用来扩充三、二、一、零地址指令条数 指令操作码分配方案指令操作码分配方案指令操作码分配方案指令操作码分配方案 7.7.设指令字长为设指令字长为设指令字长为设指令字长为1616位位位位,采用扩展操,采用扩展操,采
5、用扩展操,采用扩展操作码技术,每个操作数的地址为作码技术,每个操作数的地址为作码技术,每个操作数的地址为作码技术,每个操作数的地址为6 6位位位位。如果定义了如果定义了如果定义了如果定义了1313条条条条二地址指令,试问还可二地址指令,试问还可二地址指令,试问还可二地址指令,试问还可安排多少条一地址指令?安排多少条一地址指令?安排多少条一地址指令?安排多少条一地址指令?解:解:解:解:二地址指令格式二地址指令格式二地址指令格式二地址指令格式如下:如下:如下:如下:4 6 6 4 6 6 OP A OP A1 1 A A2 2 设二地址指令格式为该指令系统的设二地址指令格式为该指令系统的设二地址
6、指令格式为该指令系统的设二地址指令格式为该指令系统的基本格式,基本格式,基本格式,基本格式,4 4位位位位操作码共有操作码共有操作码共有操作码共有1616种种种种编码,编码,编码,编码,其中其中其中其中1313种种种种用来定义二地址指令,还剩用来定义二地址指令,还剩用来定义二地址指令,还剩用来定义二地址指令,还剩3 3种种种种可用作可用作可用作可用作扩展标志扩展标志扩展标志扩展标志。如不考虑零地址指。如不考虑零地址指。如不考虑零地址指。如不考虑零地址指令,该指令系统最多还能安排:令,该指令系统最多还能安排:令,该指令系统最多还能安排:令,该指令系统最多还能安排:一地址指令条数一地址指令条数一地
7、址指令条数一地址指令条数=3=3226 6=192192条条条条 8.8.某机指令字长某机指令字长某机指令字长某机指令字长1616位位位位,每个操作数,每个操作数,每个操作数,每个操作数的地址码为的地址码为的地址码为的地址码为6 6位,设操作码长度位,设操作码长度位,设操作码长度位,设操作码长度固定固定固定固定,指令分为零地址、一地址和二地址指令分为零地址、一地址和二地址指令分为零地址、一地址和二地址指令分为零地址、一地址和二地址三种三种三种三种格式。若零地址指令有格式。若零地址指令有格式。若零地址指令有格式。若零地址指令有MM种种种种,一地址指,一地址指,一地址指,一地址指令有令有令有令有N
8、 N种种种种,则二地址指令最多有几种?,则二地址指令最多有几种?,则二地址指令最多有几种?,则二地址指令最多有几种?若操作码位数可变,则二地址指令最多若操作码位数可变,则二地址指令最多若操作码位数可变,则二地址指令最多若操作码位数可变,则二地址指令最多允许有几种?允许有几种?允许有几种?允许有几种?解:解:解:解:1 1)若采用定长操作码时,二)若采用定长操作码时,二)若采用定长操作码时,二)若采用定长操作码时,二地址指令格式如下:地址指令格式如下:地址指令格式如下:地址指令格式如下:4 6 6 4 6 6 OP OP A A1 1 A A2 2 此时,无论指令中有几个地址,此时,无论指令中有
9、几个地址,此时,无论指令中有几个地址,此时,无论指令中有几个地址,指令格式都不变指令格式都不变指令格式都不变指令格式都不变。设二地址指令有设二地址指令有设二地址指令有设二地址指令有KK种,则:种,则:种,则:种,则:K=2K=24 4-M-N-M-N 当当当当M=1M=1(最小值),(最小值),(最小值),(最小值),N=1N=1(最小值)(最小值)(最小值)(最小值)时,二地址指令最多有:时,二地址指令最多有:时,二地址指令最多有:时,二地址指令最多有:KKmaxmax=16-1-1=14=16-1-1=14种种种种 2 2)若采用变长操作码时,二地址指)若采用变长操作码时,二地址指)若采用
10、变长操作码时,二地址指)若采用变长操作码时,二地址指令格式仍如令格式仍如令格式仍如令格式仍如1 1)所示,但操作码长度可随)所示,但操作码长度可随)所示,但操作码长度可随)所示,但操作码长度可随地址码的个数而变。此时,地址码的个数而变。此时,地址码的个数而变。此时,地址码的个数而变。此时,K=2K=24 4-(N/2N/26 6+M/2+M/212 12);(N/2N/26 6 +M/2+M/21212 向上取整)向上取整)向上取整)向上取整)当当当当(N/2N/26 6+M/2+M/212 12)1 1时,时,时,时,KK最大,最大,最大,最大,则二地址指令最多有:则二地址指令最多有:则二地
11、址指令最多有:则二地址指令最多有:KKmaxmax=16-1=15=16-1=15种种种种(只留一种编码作(只留一种编码作(只留一种编码作(只留一种编码作扩展标志用。)扩展标志用。)扩展标志用。)扩展标志用。)讨论:讨论:讨论:讨论:此时,一地址指令条数为:此时,一地址指令条数为:此时,一地址指令条数为:此时,一地址指令条数为:N=N=(2 24 4-K-K)226 6-M/2-M/26 6;(M/2M/26 6向上取整)。向上取整)。向上取整)。向上取整)。零地址指令条数为:零地址指令条数为:零地址指令条数为:零地址指令条数为:M=2M=216 16-2-21212K-2K-26 6N N;
12、当当当当KK最大时(最大时(最大时(最大时(K=15K=15),一地址指令),一地址指令),一地址指令),一地址指令最多有:最多有:最多有:最多有:N Nmaxmax=64-1=63=64-1=63种;种;种;种;零地址指令最多有:零地址指令最多有:零地址指令最多有:零地址指令最多有:MMmaxmax=64=64种种种种 注意:注意:注意:注意:应首先根据题意画出指令基应首先根据题意画出指令基应首先根据题意画出指令基应首先根据题意画出指令基本格式。本格式。本格式。本格式。10.10.试比较试比较试比较试比较基址寻址基址寻址基址寻址基址寻址和和和和变址寻址变址寻址变址寻址变址寻址。解:比较如下:
13、解:比较如下:解:比较如下:解:比较如下:1 1)都可有效地)都可有效地)都可有效地)都可有效地扩大扩大扩大扩大指令寻址范围。指令寻址范围。指令寻址范围。指令寻址范围。2 2)基址寻址时,基准地址由基址寄)基址寻址时,基准地址由基址寄)基址寻址时,基准地址由基址寄)基址寻址时,基准地址由基址寄存器给出,地址的存器给出,地址的存器给出,地址的存器给出,地址的改变改变改变改变反映在反映在反映在反映在位移量位移量位移量位移量A A的的的的取值上;变址寻址时,基准地址由取值上;变址寻址时,基准地址由取值上;变址寻址时,基准地址由取值上;变址寻址时,基准地址由A A给出,给出,给出,给出,地址的改变反映
14、在地址的改变反映在地址的改变反映在地址的改变反映在变址值的自动修改变址值的自动修改变址值的自动修改变址值的自动修改上,上,上,上,变址值由变址寄存器给出。变址值由变址寄存器给出。变址值由变址寄存器给出。变址值由变址寄存器给出。3 3)基址寄存器内容通常由)基址寄存器内容通常由)基址寄存器内容通常由)基址寄存器内容通常由系统程序系统程序系统程序系统程序设定,变址寄存器内容通常由设定,变址寄存器内容通常由设定,变址寄存器内容通常由设定,变址寄存器内容通常由用户用户用户用户设定。设定。设定。设定。4 4)基址寻址适用于程序的)基址寻址适用于程序的)基址寻址适用于程序的)基址寻址适用于程序的动态重定动
15、态重定动态重定动态重定位位位位,变址寻址适用于,变址寻址适用于,变址寻址适用于,变址寻址适用于数组或字符串处理数组或字符串处理数组或字符串处理数组或字符串处理,适用场合适用场合适用场合适用场合不同不同不同不同。11.11.画出画出画出画出先变址再间址先变址再间址先变址再间址先变址再间址及及及及先间址再变址先间址再变址先间址再变址先间址再变址的寻址过程的寻址过程的寻址过程的寻址过程示意图。示意图。示意图。示意图。解:解:解:解:1 1)先变址再间址先变址再间址先变址再间址先变址再间址寻址过程简单示意如下:寻址过程简单示意如下:寻址过程简单示意如下:寻址过程简单示意如下:EA=(IX)+AEA=(
16、IX)+A,(IX)+1 (IX)+1IXIXIXOP M A+1+1ALUIRIREA操作数操作数主存主存主存主存IX:变址寄存器,:变址寄存器,既可是专用寄存器,既可是专用寄存器,也可是通用寄存器之一。也可是通用寄存器之一。设一重间接设一重间接2 2)先间址再变址先间址再变址先间址再变址先间址再变址寻址过程简单示意如下:寻址过程简单示意如下:寻址过程简单示意如下:寻址过程简单示意如下:EA=(IX)+(A)EA=(IX)+(A),(IX)+1 (IX)+1IXIXIXIXOP M AOP M A+1+1ALUALUIRIREAEA操作数操作数操作数操作数主存主存主存主存IXIX:变址寄存器
17、,:变址寄存器,:变址寄存器,:变址寄存器,既可是专用寄存器,既可是专用寄存器,既可是专用寄存器,既可是专用寄存器,也可是通用寄存器之一。也可是通用寄存器之一。也可是通用寄存器之一。也可是通用寄存器之一。设一重间接设一重间接 注意:注意:注意:注意:1 1 1 1)英文缩写)英文缩写)英文缩写)英文缩写EAEAEAEA表示有效地址,不表示有效地址,不表示有效地址,不表示有效地址,不能乱用。能乱用。能乱用。能乱用。2 2 2 2)示意图中应标明)示意图中应标明)示意图中应标明)示意图中应标明EAEAEAEA(有效地址)(有效地址)(有效地址)(有效地址)的位置。的位置。的位置。的位置。12.12
18、.画出画出画出画出“SUB R1SUB R1”指令对操作数的寻址及减法指令对操作数的寻址及减法指令对操作数的寻址及减法指令对操作数的寻址及减法过程的流程图。设被减数和结果存于过程的流程图。设被减数和结果存于过程的流程图。设被减数和结果存于过程的流程图。设被减数和结果存于ACCACC中,中,中,中,表示表示表示表示间接寻址,间接寻址,间接寻址,间接寻址,R1R1寄存器的内容为寄存器的内容为寄存器的内容为寄存器的内容为2074H2074H。解:解:解:解:SUB R1SUB R1指令寻址及减法过程的流程图:指令寻址及减法过程的流程图:指令寻址及减法过程的流程图:指令寻址及减法过程的流程图:取指令(
19、省)取指令(省)取指令(省)取指令(省)寻址操作:寻址操作:寻址操作:寻址操作:寄存器间址寄存器间址寄存器间址寄存器间址EA=(R1)=2074HEA=(R1)=2074HEA EA MARMAR,读,读,读,读 M(EA)M(EA)MDRMDR(ACC)-(MDR)(ACC)-(MDR)ACCACC A A A A (公操作)(公操作)(公操作)(公操作)注:注:注:注:在没有指定数据通在没有指定数据通在没有指定数据通在没有指定数据通路的情况下,此流程只是一路的情况下,此流程只是一路的情况下,此流程只是一路的情况下,此流程只是一个粗略的示意。个粗略的示意。个粗略的示意。个粗略的示意。13.1
20、3.画出执行画出执行画出执行画出执行“ADD *-5ADD *-5”指令(指令(指令(指令(*为相对寻址特征)为相对寻址特征)为相对寻址特征)为相对寻址特征)的信息流程图。设另一个操作数和结果存于的信息流程图。设另一个操作数和结果存于的信息流程图。设另一个操作数和结果存于的信息流程图。设另一个操作数和结果存于ACCACC中,中,中,中,并假设并假设并假设并假设(PCPC)=4000H=4000H。解:由于本题未指定数据通路结构,因此只能大解:由于本题未指定数据通路结构,因此只能大解:由于本题未指定数据通路结构,因此只能大解:由于本题未指定数据通路结构,因此只能大概地排一下信息流程图,并且流程图
21、中突出概地排一下信息流程图,并且流程图中突出概地排一下信息流程图,并且流程图中突出概地排一下信息流程图,并且流程图中突出寻址过程寻址过程寻址过程寻址过程的实现。的实现。的实现。的实现。ADD *-5ADD *-5指令信息流程图如下:指令信息流程图如下:指令信息流程图如下:指令信息流程图如下:取指令(省)取指令(省)取指令(省)取指令(省)寻址计算:寻址计算:寻址计算:寻址计算:EA=(PC)-5EA=(PC)-5=4000H+FFFBH=4000H+FFFBH=3FFBH=3FFBHEA EA MARMAR,读,读,读,读 M(EA)M(EA)MDRMDR(ACC)+(MDR)(ACC)+(M
22、DR)ACCACC A A A A (公操作)(公操作)(公操作)(公操作)14.14.设设设设相对寻址相对寻址相对寻址相对寻址的转移指令占的转移指令占的转移指令占的转移指令占两个两个两个两个字节,第一个字节是操作码,第二个字字节,第一个字节是操作码,第二个字字节,第一个字节是操作码,第二个字字节,第一个字节是操作码,第二个字节是节是节是节是相对位移量相对位移量相对位移量相对位移量,用,用,用,用补码补码补码补码表示。假设当表示。假设当表示。假设当表示。假设当前转移指令第一字节所在的地址为前转移指令第一字节所在的地址为前转移指令第一字节所在的地址为前转移指令第一字节所在的地址为2000H200
23、0H,且,且,且,且CPUCPU每取出一个字节便每取出一个字节便每取出一个字节便每取出一个字节便自动自动自动自动完成(完成(完成(完成(PCPC)+1+1PCPC的操作。试问当执的操作。试问当执的操作。试问当执的操作。试问当执行行行行“JMP *+8JMP *+8”和和和和“JMP *-9JMP *-9”指令时,指令时,指令时,指令时,转移指令第二字节的内容各为多少?转移指令第二字节的内容各为多少?转移指令第二字节的内容各为多少?转移指令第二字节的内容各为多少?解:据题意,相对寻址的转移指令解:据题意,相对寻址的转移指令解:据题意,相对寻址的转移指令解:据题意,相对寻址的转移指令格式如下:格式
24、如下:格式如下:格式如下:OPOPA A2000H2000H2001H2001H2002H2002H 当执行当执行当执行当执行JMPJMP指令时,指令时,指令时,指令时,指令第二字指令第二字指令第二字指令第二字节的内容不变节的内容不变节的内容不变节的内容不变,PCPC的内容变为的内容变为的内容变为的内容变为2002H2002H。此时转移指令第二字节内容各为:此时转移指令第二字节内容各为:此时转移指令第二字节内容各为:此时转移指令第二字节内容各为:A1=+8=0000 1000=A1=+8=0000 1000=08H08H A2=-9=1111 0111=A2=-9=1111 0111=F7HF
25、7H 其有效地址各为:其有效地址各为:其有效地址各为:其有效地址各为:EA1=(PC)+8=2002H+0008H EA1=(PC)+8=2002H+0008H =200AH200AH EA2=(PC)9=2002H+FFF7H EA2=(PC)9=2002H+FFF7H =1FF9H1FF9H 16.16.某机主存容量为某机主存容量为某机主存容量为某机主存容量为4M4M 1616位位位位,且,且,且,且存储字长存储字长存储字长存储字长等于等于等于等于指令字长,若该机指令系指令字长,若该机指令系指令字长,若该机指令系指令字长,若该机指令系统可完成统可完成统可完成统可完成108108种种种种操作
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