計(jì)算機(jī)組成原理-練習(xí)(指令系統(tǒng)及CPU)

1、指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) CPU -CPU -練習(xí)練習(xí)1.某指令系統(tǒng)中，指令字長(zhǎng)為16位，指令操作碼采用擴(kuò)展編碼法，有單地址指令、雙地址指令兩種指令。若每個(gè)地址碼均為6位，且雙地址指令為A條，則單地址指令最多有多少條？解：1、雙地址指令操作碼長(zhǎng)為16b26b4b，由題意，空閑24A種編碼2、單地址指令操作碼長(zhǎng)為16b6b10b，可分為4b和6b兩部分則單地址指令最多有(24A)26條。2.假設(shè)計(jì)算機(jī)約定主存按字節(jié)編址按字節(jié)編址，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中采用小端次序存放小端次序存放，CPU中設(shè)置有4個(gè)通用寄存器(記為R0R3)，設(shè)置有寄存器SP指向存儲(chǔ)器堆棧的棧頂，入棧操作時(shí)入棧操作時(shí)SP向遞減方向移動(dòng)向遞減方向

2、移動(dòng)。若(SP)=1002H、(R0)=0020H、(R1)=0022H、(R2)=0024H，連續(xù)進(jìn)行將R0入棧、將R1入棧、出棧到R2、將R1入棧、將R2入棧、出棧到R0操作后，請(qǐng)畫出每一個(gè)操作后的SP及堆棧內(nèi)部的數(shù)據(jù)變化，同時(shí)說(shuō)明R0R2的當(dāng)前值。2.若(SP)=1002H、(R0)=0020H、(R1)=0022H、(R2)=0024H，連續(xù)進(jìn)行將R0入棧、將入棧、將R1入棧、出棧到入棧、出棧到R2、將、將R1入棧、將入棧、將R2入棧、出棧到入棧、出棧到R0操作后，請(qǐng)畫出每一個(gè)操作后的SP及堆棧內(nèi)部的數(shù)據(jù)變化及堆棧內(nèi)部的數(shù)據(jù)變化，同時(shí)說(shuō)明R0R2的當(dāng)前值的當(dāng)前值。主存SP0FFCH0F

3、FDH0FFEH0FFFH1000H1001H1002H20H00H主存SP0FFCH0FFDH0FFEH0FFFH1000H1001H1002H主存SP0FFCH0FFDH0FFEH0FFFH1000H1001H1002H22H00H20H00H20H00H主存SP0FFCH0FFDH0FFEH0FFFH1000H1001H1002H空堆棧 R0入棧 R1入棧 出棧到R2(SP)=1002H (SP)=1000H (SP)=0FFEH (SP)=1000H(R0)=0020H (R0)=0020H (R0)=0020H (R0)=0020H(R1)=0022H (R1)=0022H (R1)

4、=0022H (R1)=0022H(R2)=0024H (R2)=0024H (R2)=0024H (R2)=0022H若(SP)=1002H、(R0)=0020H、(R1)=0022H、(R2)=0024H，連續(xù)進(jìn)行將R0入棧、將入棧、將R1入棧、出棧到入棧、出棧到R2、將、將R1入棧、將入棧、將R2入棧、出棧到入棧、出棧到R0操作后，請(qǐng)畫出每一個(gè)操作后的SP及堆棧內(nèi)部的數(shù)據(jù)變化及堆棧內(nèi)部的數(shù)據(jù)變化，同時(shí)說(shuō)明R0R2的當(dāng)前值的當(dāng)前值。20H00H主存SP0FFCH0FFDH0FFEH0FFFH1000H1001H1002H主存SP0FFCH0FFDH0FFEH0FFFH1000H1001H1

5、002H22H00H20H00H主存SP0FFCH0FFDH0FFEH0FFFH1000H1001H1002H22H00H22H00H20H00H主存SP0FFCH0FFDH0FFEH0FFFH1000H1001H1002H22H00H20H00HR1入棧 R2入棧 出棧到R0(SP)=0FFEH (SP)=0FFCH (SP)=0FFEH(R0)=0020H (R0)=0020H (R0)=0022H(R1)=0022H (R1)=0022H (R1)=0022H(R2)=0022H (R2)=0022H (R2)=0022H3.某機(jī)器字長(zhǎng)為16位，存儲(chǔ)器按字編址，指令字長(zhǎng)同機(jī)器字長(zhǎng)。指令格

6、式如下： 5bit 3bit 8bit操作碼OP尋址方式位MOD形式地址D其中，MOD=000100分別表示立即尋址立即尋址、直接尋址、間接尋址、變址尋址和相對(duì)尋址相對(duì)尋址，變址尋址只使用唯一的變址寄存器(記為RI)，形式地址D在MOD000及100時(shí)為補(bǔ)碼表示、其余尋址方式時(shí)為無(wú)符號(hào)編碼表示。（1）該指令格式能定義多少種不同的操作？立即尋址的操作數(shù)范圍是多少？（2）寫出各種尋址方式時(shí)，地址碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)或地址表達(dá)式。（3）寫出MOD=001、010、100時(shí)，能訪問(wèn)的最大主存區(qū)為多少個(gè)機(jī)器字。（1）由于操作碼為5位，故可以定義2532種不同的操作； 由于立即尋址的D用8位補(bǔ)碼表示，故立即尋址的

7、操作數(shù)范圍為 -128+127。（2）設(shè)DDZ補(bǔ)，立即尋址立即尋址的地址碼表示的是：操作數(shù)DZ；直接尋址直接尋址的地址碼表示的是：操作數(shù)EAD；間接尋址間接尋址的地址碼表示的是：操作數(shù)EAD；變址尋址變址尋址的地址碼表示的是：操作數(shù)EA=(RI)+D；相對(duì)尋址相對(duì)尋址的地址碼表示的是：下條指令EA=(PC)+DZ。操作碼OP尋址方式位MOD形式地址D（3）MOD001(直接尋址)時(shí)，操作數(shù)EA長(zhǎng)度D的長(zhǎng)度8bit，可訪問(wèn)的主存區(qū)為28256個(gè)機(jī)器字；MOD010(間接尋址)時(shí)，操作數(shù)EA長(zhǎng)度存儲(chǔ)字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)16bit，可訪問(wèn)的主存區(qū)為21664K個(gè)機(jī)器字；MOD100(相對(duì)尋址)時(shí)，下條指令E

8、A長(zhǎng)度maxPC的長(zhǎng)度，D的長(zhǎng)度max16bit，8bit16bit，可訪問(wèn)的主存區(qū)為21664K個(gè)機(jī)器字。4.設(shè)某機(jī)配有基址寄存器和變址寄存器，采用一地址格式的指令系統(tǒng)，允許直接和間接尋址，且指令字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng)均為16位。（1）若采用單字長(zhǎng)指令，共能完成105種操作，則指令可直接尋址的范圍是多少？一次間址的尋址范圍是多少？畫出其指令格式并說(shuō)明各字段的含義。（2）若存儲(chǔ)字長(zhǎng)不變，可采用什么方法直接訪問(wèn)容量為16MB的主存？（1）在單字長(zhǎng)指令中，根據(jù)能完成105種操作，操作碼取7位。因允許直接和間接尋址，且有基址寄存器和變址寄存器，故取2位尋址特征位，其指令格式如下：操作碼OP

9、尋址方式位MOD形式地址D7位2位7位直接尋址的范圍為27128，一次間接尋址的尋址范圍為21664K=65536（2）16MB=16M*8位=8M*16位，存儲(chǔ)字長(zhǎng)16位，所以尋址的范圍為8M，地址的位數(shù)應(yīng)為23位，如果采用單字長(zhǎng)指令是無(wú)法滿足的，可以采用雙字長(zhǎng)指令，操作碼和尋址特征位均不變，格式如下(其中，形式地址為D1/D2，共7+16=23位，滿足要求)操作碼OP尋址方式位MOD形式地址D1D2ALU狀態(tài)REGabcdAC+“1”微操作信號(hào)形成部件主存儲(chǔ)器MM圖 CPU結(jié)構(gòu) 5.CPU結(jié)構(gòu)如圖所示，ad為4個(gè)寄存器，各部分之間的連線為數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方向。（1）說(shuō)明圖中ad這

10、4個(gè)寄存器的名稱。（2）簡(jiǎn)述從開始取指令到產(chǎn)生控制信號(hào)的數(shù)據(jù)流動(dòng)的過(guò)程。解：（1）a為存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器(MDR)，b為指令寄存器(IR)，c為存儲(chǔ)器地址寄存器(MAR)，d為程序計(jì)數(shù)器(PC)。（2） PCMAR； MARMM，ReadMM，(PC)+1PC； MMMDR； MDRIR； IR微操作信號(hào)形成部件。指令系統(tǒng)習(xí)題選擇題：1、指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的主要 是： A. 實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序和程序控制。 B. 縮短指令長(zhǎng)度，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性。 C. 可以直接訪問(wèn)內(nèi)存。 D. 提供擴(kuò)展操作碼的可能，并降低指令譯碼難度。2、單地址指令中為了完成兩個(gè)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算，除地址碼指明的一個(gè)

11、操作數(shù)外，另一個(gè)數(shù)常需采用： A. 堆棧尋址方式。 B. 立即尋址方式。 C. 隱含尋址方式。 D. 間接尋址方式。3、二地址指令中，操作數(shù)的物理位置可安排在 A. 棧頂和次棧頂。 B. 兩個(gè)主存單元。 C. 一個(gè)主存單元一個(gè)寄存器。 D. 兩個(gè)寄存器。CBCD從操作數(shù)的物理位置來(lái)說(shuō)，可把二地址指令可歸結(jié)為三種類型：n存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（SS）型指令：參與操作的數(shù)都放在內(nèi)存里，從內(nèi)存某單元中取操作數(shù)，操作結(jié)果存放至內(nèi)存另一單元中。因此機(jī)器執(zhí)行這種指令需要多次訪問(wèn)內(nèi)存。n寄存器寄存器-寄存器寄存器（RR）型指令：需要多個(gè)通用寄存器或個(gè)別專用寄存器，從寄存器中取操作數(shù)，把操作結(jié)果放到另一寄

12、存器中。機(jī)器執(zhí)行這種指令的速度很快，不需要訪問(wèn)內(nèi)存。n寄存器寄存器-存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（RS）型指令：執(zhí)行此類指令，既要訪問(wèn)內(nèi)存單元，又要訪問(wèn)寄存器 4、對(duì)某個(gè)寄存器中操作數(shù)的尋址方式稱為： A. 直接尋址。 B. 間接尋址。 C. 寄存器尋址。 D. 寄存器間接尋址。5、寄存器間接尋址方式中，操作數(shù)處在： A. 通用寄存器。 B. 主存單元。 C. 程序計(jì)數(shù)器。 D. 堆棧。6、變址尋址方式中，操作數(shù)的有效地址等于： A. 基址寄存器內(nèi)容加上形式地址。 B. 堆棧指示器內(nèi)容加上形式地址。 C. 變址寄存器內(nèi)容加上形式地址。 D. 程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容加上形式地址。CBC8、程序控制類指令的功能是： A.

13、 進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 B. 進(jìn)行主存與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。 C. 進(jìn)行CPU和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。D. 改變程序執(zhí)行的順序。9、下列幾項(xiàng)中，不符合RISC指令系統(tǒng)的特點(diǎn)是： A. 指令種類少，譯碼簡(jiǎn)單。 B. 尋址方式種類盡量減少，指令功能盡可能強(qiáng)。 C. 增強(qiáng)寄存器的數(shù)目，以盡量減少訪存次數(shù)。 D. 選取使用頻率最高的一些簡(jiǎn)單指令，以及很有用但不復(fù)雜的指令。DB10、下面關(guān)于RISC技術(shù)的描述中，正確的是： 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(jiǎn)單的情況。 B. 為了實(shí)現(xiàn)兼容新設(shè)計(jì)的RISC是從原來(lái)的CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實(shí)現(xiàn)的。 C. RI

14、SC的主要目標(biāo)是減少指令數(shù)。 D. RISC設(shè)有乘除法指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令。C填空題1、一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有機(jī)器指令的集合，稱為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。2、指令格式是指令用二進(jìn)制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式，指令格式有操作碼字段和地址碼字段組成。3、指令操作碼字段表征指令的操作特性與功能，而地址碼字段指示操作數(shù)的地址4、尋址方式按操作數(shù)的物理位置不同，多使用RR型和RS型，前者比后者執(zhí)行速度快。5、數(shù)據(jù)尋址方式有：隱含、立即數(shù)、直接、間接、寄存器、寄存器間接、相對(duì)、基址、變址尋址等多種。6、堆棧是一種特殊的數(shù)據(jù)尋址方式，它采用先進(jìn)后出原理。7、隱含尋址是指令格式中不明確給出操作數(shù)地址，而是隱含指定，通常以累加器作

15、為隱含地址。立即尋址是指令的地址字段指出的不是操作數(shù)地址，而是操作數(shù)本身。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)。OP源寄存器 變址寄存器位移量（16位）解：指令格式與尋址方式特點(diǎn)如下：雙字長(zhǎng)二地址指令，用于訪問(wèn)存儲(chǔ)器。操作碼字段可指定64種操作。型指令，一個(gè)操作數(shù)在寄存器中，另一個(gè)操作數(shù)在主存中。A.有效地址可通過(guò)變址尋址求得，即有效地址等于變址寄存器內(nèi)容加上位移量。03471015判斷題1、執(zhí)行指令時(shí)，下一條指令在內(nèi)存中的地址存放在指令寄存器中。 2、沒(méi)有設(shè)置乘除指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，就不能實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算。 3、程序計(jì)數(shù)器用來(lái)指示從內(nèi)存中取指令。4、內(nèi)存地址寄存器用來(lái)從內(nèi)存中取數(shù)據(jù)。5、計(jì)算機(jī)指令是指揮CPU進(jìn)行操作的命令，指令通常由操作碼和地址碼組成。6、浮點(diǎn)運(yùn)算指令對(duì)用于科學(xué)計(jì)算的計(jì)算機(jī)是很必要的，可以提高機(jī)器的運(yùn)算速度。7、不設(shè)置浮點(diǎn)運(yùn)算指令的計(jì)算機(jī)，就不能用于科學(xué)計(jì)算。 8、兼容機(jī)之間的指令系統(tǒng)是相同的，但硬件的實(shí)現(xiàn)方法可以不同。 9、處理大量輸入輸出數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)，一定要設(shè)置十進(jìn)制運(yùn)算指令。 10、一個(gè)系列中的不同型號(hào)計(jì)算機(jī)，保持軟件