計(jì)組補(bǔ)充習(xí)題3

1、 第3章 運(yùn)算方法和運(yùn)算部件1.設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)32位，定點(diǎn)表示，尾數(shù)31位，數(shù)符1位，問(wèn)：(1)定點(diǎn)原碼整數(shù)表示時(shí)，最大正數(shù)是多少？最大負(fù)數(shù)是多少？(2)定點(diǎn)原碼小數(shù)表示時(shí)，最大正數(shù)是多少？最大負(fù)數(shù)是多少？解：（1）定點(diǎn)原碼整數(shù)表示：0 111 111 111 111 111 111 111 111 111 1111 最大正數(shù)： 數(shù)值 = （231 1）1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 0001 最大負(fù)數(shù)： 數(shù)值 = -1 （2）定點(diǎn)原碼小數(shù)表示：(機(jī)器數(shù)同上) 最大正數(shù)值 = 1 2-31 最大負(fù)數(shù)值 = 2-31 2已知 x = - 0.01111 ，

2、y = +0.11001， 求 x 補(bǔ) ， -x 補(bǔ) ， y 補(bǔ) ， -y 補(bǔ) ，x + y = ？ ，x y = ？解： x 原 = 1.01111 x 補(bǔ) = 1.10001 所以 ： -x 補(bǔ) = 0.01111 y 原 = 0.11001 y 補(bǔ) = 0.11001 所以 ： -y 補(bǔ) = 1.00111 x 補(bǔ) 11.10001 x 補(bǔ) 11.10001 + y 補(bǔ) 00.11001 + -y 補(bǔ) 11.00111 x + y 補(bǔ) 00.01010 x - y 補(bǔ) 10.11000 所以： x + y = +0.01010 因?yàn)榉?hào)位相異，結(jié)果發(fā)生溢出3已知X=2010×0

3、.11011011，Y=2100×（-0.10101100），求X+Y。解：為了便于直觀理解，假設(shè)兩數(shù)均以補(bǔ)碼表示，階碼采用雙符號(hào)位，尾數(shù)采用單符號(hào)位，則它們的浮點(diǎn)表示分別為： X 浮 = 00010 ， 0.11011011 Y 浮 = 00100 ， 1.01010100（1） 求階差并對(duì)階：E = Ex Ey = Ex補(bǔ) + - Ey補(bǔ) = 00010 + 11100 = 11110即E為 2，x的階碼小，應(yīng)使Mx 右移2位，Ex加2， X 浮 = 00010 ， 0.11011011 （11）其中（11）表示Mx 右移2位后移出的最低兩位數(shù)。（2） 尾數(shù)和0. 0 0 1 1

4、 0 1 1 0 （11）1. 0 1 0 1 0 1 0 01 1 0 0 0 1 0 1 0 （11）（3） 規(guī)格化處理尾數(shù)運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)位與最高數(shù)值位為同值，應(yīng)執(zhí)行左規(guī)處理，結(jié)果為1.00010101 （10），階碼為00 011 。（4） 舍入處理采用0舍1入法處理，則有1. 0 0 0 1 0 1 0 1 + 11. 0 0 0 1 0 1 1 0（5） 判溢出階碼符號(hào)位為00 ，不溢出，故得最終結(jié)果為 x + y = 2011× (-0.11101010)4設(shè)有兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)x=2Ex×Sx，y=2Ey×Sy，Ex=(-10)2,Sx=(+0.1001)2

5、,Ey=(+10)2,Sy=(+0.1011)2。若尾數(shù)4位，數(shù)符1位，階碼2位，階符1位，求x+y=？并寫(xiě)出運(yùn)算步驟及結(jié)果。解：因?yàn)閄+Y=2Ex×（Sx+Sy） （Ex=Ey），所以求X+Y要經(jīng)過(guò)對(duì)階、尾數(shù)求和及規(guī)格化等步驟。（1） 對(duì)階： J=ExEY=（-10）2（+10）2=（-100）2 所以Ex<EY，則Sx右移4位，Ex+(100)2=(10)2=EY。SX右移四位后SX=0.00001001，經(jīng)過(guò)舍入后SX=0001，經(jīng)過(guò)對(duì)階、舍入后，X=2（10）2×（0.0001）2（2） 尾數(shù)求和： SX+SY0 0001（SX） + 0. 1011（SY）

6、SX+SY=0. 1100結(jié)果為規(guī)格化數(shù)。所以： X+Y=2（10）2×（SX+SY）=2（10）2（0.1100）2=（11.00）25設(shè)x補(bǔ) =x0.x1x2xn 。 求證：x = -x0 +xi2-i證明：當(dāng) x 0 時(shí)，x0 = 0 ， x補(bǔ) = 0.x1x2xn = xi 2-i =x當(dāng) x < 0 時(shí)，x0= 1 ， x補(bǔ) = 1.x1x2xn =2+x所以 x= 1.x1x2xn - 2 = -1 + 0.x1x2xn = -1 + xi 2-i 綜合上述兩種情況，可得出：x = -x0 +xi2-i （補(bǔ)碼與真值的關(guān)系）6設(shè)有兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù) N1 = 2j1 

7、15; S1 , N2 = 2j2 × S2 ,其中階碼2位，階符1位，尾數(shù)四位，數(shù)符一位。設(shè) ：j1 = (-10 )2 ,S1 = ( +0.1001)2 j2 = (+10 )2 ,S2 = ( +0.1011)2 求：N1 ×N2 ，寫(xiě)出運(yùn)算步驟及結(jié)果，積的尾數(shù)占4位，要規(guī)格化結(jié)果，用原碼陣列乘法器求尾數(shù)之積。解：（1）浮點(diǎn)乘法規(guī)則： N1 ×N2 =（ 2j1 ×S1）× （2j2 × S2） = 2（j1+j2） ×（S1×S2）（2）階碼求和： j1 + j2 = 0（3） 尾數(shù)相乘： 被乘數(shù)S1 =

8、0.1001，令乘數(shù)S2 = 0.1011，尾數(shù)絕對(duì)值相乘得積的絕對(duì)值，積的符號(hào)位 = 00 = 0。按無(wú)符號(hào)陣乘法器運(yùn)算得：N1 ×N2 = 20×0.01100011 （4）尾數(shù)規(guī)格化、舍入（尾數(shù)四位） N1 ×N2 = （+ 0.01100011）2 = （+0.1100）2×2（-01）2 7求證： - y補(bǔ) = +-y補(bǔ) 解：因?yàn)?x補(bǔ) + y補(bǔ) =x+y補(bǔ) 令 x=-y 代入上式，則有： -y補(bǔ) + y補(bǔ) =-y+y補(bǔ) = 0補(bǔ) = 0 所以 -y補(bǔ) = -y補(bǔ)8設(shè)x補(bǔ)=x0.x1x2xn。求證： x補(bǔ)=2x0+x，其中x0=證明：當(dāng)1 &g

9、t; x 0時(shí)，即x為正小數(shù)，則 1 > x 補(bǔ) = x 0 因?yàn)檎龜?shù)的補(bǔ)碼等于正數(shù)本身，所以 1 > x 0.x1x2xn 0 ， x0 = 0當(dāng)1 > x > - 1時(shí)，即x為負(fù)小數(shù)，根據(jù)補(bǔ)碼定義有： 2 > x 補(bǔ) = 2 + x > 1 （mod2）即 2 > x0.x1x2xn > 1 ，xn= 1所以 正數(shù)： 符號(hào)位 x0 = 0 負(fù)數(shù)： 符號(hào)位 x0 = 1若 1 > x0 ， x0 = 0，則 x 補(bǔ) = 2 x0 + x = x若 - 1 < x < 0， x0 = 1，則 x 補(bǔ) = 2 x0 + x = 2

10、 + x所以有 x 補(bǔ) = 2 x0 + x ，x0 = 9已知：x= 0.1011，y = - 0.0101，求 ： x補(bǔ)， x補(bǔ)， - x 補(bǔ)，y補(bǔ)，y補(bǔ)， - y 補(bǔ) 。解： x 補(bǔ) = 0.1011 ， y 補(bǔ) = 1.1011 x 補(bǔ) = 0.01011 ， x 補(bǔ) = 1.11011 x 補(bǔ) = 0.001011 ， x 補(bǔ) = 1.111011 - x 補(bǔ) = 1.0101 ， - x 補(bǔ) =0.010110.由S，E，M三個(gè)域組成的一個(gè)32位二進(jìn)制字所表示的非零規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)x，其值表示為 ：x = （ -1 ）S ×（ 1.M ）× 2E 128 問(wèn)：其所表

11、示的規(guī)格化的最大正數(shù)、 最小正數(shù)、 最大負(fù)數(shù)、 最小負(fù)數(shù)是多少解：（1）最大正數(shù) x = 1 +（1 2-23 ） ×21270 00 000 000 000 000 000 000 000 000 00 （2）最小正數(shù) x = 10×2-1281 00 000 000 000 000 000 000 000 000 00 （3）最大負(fù)數(shù) x = -10×2-1281 11 111 111 111 111 111 111 111 111 11 （4）最小負(fù)數(shù) x = - 1 + （1 2-32 ） ×212711設(shè)X補(bǔ)=01111，Y補(bǔ)=11101，用帶

12、求補(bǔ)器的補(bǔ)碼陣列乘法器求出乘積X·Y=？并用十進(jìn)制數(shù)乘法驗(yàn)證。解：設(shè)最高位為符號(hào)位，輸入數(shù)據(jù)為 x 補(bǔ) = 01111 y 原 = 11101 算前求補(bǔ)器輸出后： x = 1111 y = 1101 1 1 1 1 × 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 乘積符號(hào)位運(yùn)算： 1 1 1 1 x0y0 = 01 = 1 + 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 算后求補(bǔ)級(jí)輸出為00111101，加上乘積符號(hào)位1，最后得補(bǔ)碼乘積值為 10011101 。 利用補(bǔ)碼與真值的換算公式，補(bǔ)碼二進(jìn)制數(shù)的真值是： x×y = -1×28 + 1&#

13、215;25 + 1×24 + 1×23 + 1×22 + 1×20 = -195十進(jìn)制數(shù)乘法驗(yàn)證： x×y = （+15）×（-13）= -195 12. 將十進(jìn)制數(shù)20.59375轉(zhuǎn)換成32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制格式來(lái)存儲(chǔ)。解：先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)： （20.59375）10=（10100.10011）2 然后移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)，使其在1，2位之間 10100.10011=1.0010011×24 ,e =4 于是得到 S=0， E = 4+127 = 131 M=01001011 最后得到32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制格式為： 0100

14、 0001 01010 0100 1100 0000 0000 0000 =（41A4C000）16 第4章 主存儲(chǔ)器1. 設(shè)存儲(chǔ)器容量為32字，字長(zhǎng)64位，模塊數(shù)m = 4，分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T = 200ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線周期 = 50ns .問(wèn)順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？解： 信息總量： q = 64位 ×4 =256位 順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器讀出4個(gè)字的時(shí)間分別是： t2 = m T = 4×200ns =8×10 7 (s) t1 = T + (m 1) = 200 + 3×50 = 3.5 &#

15、215;10 7 (s) 順序存儲(chǔ)器帶寬是： W1 = q / t2 = 32 ×107 （位/ S） 交叉存儲(chǔ)器帶寬是： W2 = q / t1 = 73 ×107 （位/ S）2某機(jī)字長(zhǎng)32位，常規(guī)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)空間32M ，若將存儲(chǔ)空間擴(kuò)至256M，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N可能方案。解：可采用多體交叉存取方案，即將主存分成8個(gè)相互獨(dú)立、容量相同的模塊M0，M1，M2，M7，每個(gè)模塊32M×32位。它各自具備一套地址寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器，各自以同等的方式與CPU傳遞信息，其組成結(jié)構(gòu)如圖B3.3：圖B3.3CPU訪問(wèn)8個(gè)存貯模塊，可采用兩種方式：一種是在一個(gè)存取周期內(nèi)，同時(shí)訪問(wèn)

16、8個(gè)存貯模塊，由存貯器控制它們分時(shí)使用總線進(jìn)行信息傳遞。另一種方式是：在存取周期內(nèi)分時(shí)訪問(wèn)每個(gè)體，即經(jīng)過(guò)1 / 8存取周期就訪問(wèn)一個(gè)模塊。這樣，對(duì)每個(gè)模塊而言，從CPU給出訪存操作命令直到讀出信息，仍然是一個(gè)存取周期時(shí)間。而對(duì)CPU來(lái)說(shuō)，它可以在一個(gè)存取周期內(nèi)連續(xù)訪問(wèn)8個(gè)存貯體，各體的讀寫(xiě)過(guò)程將重疊進(jìn)行。3. 圖B5.1所示為存貯器的地址空間分布圖和存貯器的地址譯碼電路，后者可在A組跨接端和B組跨接端之間分別進(jìn)行接線。74LS139是 2 ：4譯碼器，使能端G接地表示譯碼器處于正常譯碼狀態(tài)。要求：完成A組跨接端與B組跨接端內(nèi)部的正確連接，以便使地址譯碼電路按圖的要求正確尋址。 圖B5.1解：根

17、據(jù)圖中已知，ROM1的空間地址為0000H3FFFH，ROM2的地址空 間地址為4000H7FFFH，RAM1的地址空間為C000HDFFFH，RAM2的地址空間為E000HFFFFH。 對(duì)應(yīng)上述空間，地址碼最高4位A15A12狀態(tài)如下：00000011 ROM101000111 ROM211001101 RAM111101111 RAM2 2 ：4譯碼器對(duì)A15A12兩位進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生四路輸出，其中 ：y0 = 00 對(duì)應(yīng)ROM1 ，y1 = 01對(duì)應(yīng)ROM2 ，y3 = 11 對(duì)應(yīng) RAM1和RAM2。然后用A13區(qū)分是RAM1（A13 = 0）還是RAM2（A13 = 1），此處采用部分

18、譯碼。由此，兩組端子的連接方法如下：16， 25， 37， 812， 1114， 93 4已知某8位機(jī)的主存采用半導(dǎo)體存貯器，地址碼為18位，若使用4K×4位RAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并選用模塊條的形式，問(wèn)：（1） 若每個(gè)摸條為32K×8位，共需幾個(gè)模塊條？（2） 每個(gè)模塊內(nèi)共有多少片RAM芯片？主存共需多少RAM芯片？CPU如何選擇各模塊條？解：（1）由于主存地址碼給定18位，所以最大存儲(chǔ)空間為218 = 256K，主存的最大 容量為256KB?，F(xiàn)每個(gè)模塊條的存儲(chǔ)容量為32KB，所以主存共需256KB / 32KB = 8 塊板。 （2） 每個(gè)模塊條的存儲(chǔ)容

19、量為32KB，現(xiàn)使用4K×4位的RAM芯片拼成4K×8位（共8組），用地址碼的低12（A0A11）直接接到芯片地址輸入端，然后用地址的高3位（A14A12）通過(guò)3 ：8譯碼器輸出分別接到8組芯片的選片端。共有8×2 = 16個(gè)RAM。（3） 據(jù)前面所得，共需8個(gè)模條，每個(gè)模條上有16片芯片，故主存共需8×16 =128片 RAM芯片。5圖B6.1是某SRAM的寫(xiě)入時(shí)序，其中R / W 是讀 、寫(xiě)命令控制線，當(dāng)R / W 線為低電平時(shí)，存貯器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存貯器。請(qǐng)指出圖中時(shí)序的錯(cuò)誤，并畫(huà)出正確的寫(xiě)入時(shí)序。 圖B6.1解：寫(xiě)入存貯器時(shí)時(shí)序信

20、號(hào)必須同步。通常，當(dāng)R / W 線加負(fù)脈沖時(shí)，地址線和數(shù)據(jù)線的電平必須是穩(wěn)定的。當(dāng)R / W 線 一達(dá)到邏輯0電平時(shí)，數(shù)據(jù)立即被存貯。因此，當(dāng)R / W 線 處于低狀態(tài)時(shí)，如果數(shù)據(jù)線改變數(shù)值，那么存貯器將存貯新的數(shù)據(jù)。同樣，當(dāng)R / W 線處于低狀態(tài)時(shí)，地址發(fā)生了變化，那么同樣的數(shù)據(jù)將存貯到新的地址（或）。正確的寫(xiě)入時(shí)序圖如下圖所示： 圖 B 6.36什么是閃速存儲(chǔ)器？它有那些特點(diǎn)？解：閃速存儲(chǔ)器是高密度、非易損性的讀 / 寫(xiě)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。從原理上看，它屬于ROM型存儲(chǔ)器，但是它又隨時(shí)改寫(xiě)信息；從功能上看，它又相當(dāng)于RAM，所以傳統(tǒng)ROM與RAM的定義和劃分已失去意義，因而是一種新型的存儲(chǔ)器技

21、術(shù)。閃速存儲(chǔ)器的特點(diǎn)：（1）固有的非易失性 ； （2）廉價(jià)的高密度 ； （3）可直接執(zhí)行 ； （4）固態(tài)性能 ；7用16K × 1位的DRAM芯片構(gòu)成64K × 8位的存貯器。要求：（1） 畫(huà)出該寄存起組成的邏輯框圖。（2） 設(shè)存貯器讀 / 寫(xiě)周期均為0.5s，CPU在1s內(nèi)至少要訪存一次。試問(wèn)采用哪種刷新方式比較合理？?jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(shí)間間隔是多少？對(duì)全部存貯單元刷新一遍，所需實(shí)際刷新時(shí)間是多少？解：（1）根據(jù)題意，存貯器總量為64KB，故地址線總需16位?，F(xiàn)使用16K×1位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，共需32片。芯片本身地址線占14位，所以采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結(jié)合的方法

22、來(lái)組成整個(gè)存貯器，其組成邏輯框圖如圖B9.3，其中使用一片2 ：4譯碼器。 （2）根據(jù)已知條件，CPU在1s內(nèi)至少需要訪存一次，所以整個(gè)存貯器的平均讀/ 寫(xiě)周期與單個(gè)存貯器片的讀 / 寫(xiě)周期相差不多，應(yīng)采用異步刷新比較合理。對(duì)動(dòng)態(tài)MOS存貯器來(lái)講，兩次刷新的最大時(shí)間間隔是2ms。RAM芯片讀/ 寫(xiě)周期為0.5s，假設(shè)16K ×1位的RAM芯片由128 × 128矩陣存貯元構(gòu)成，刷新時(shí)只對(duì)128行進(jìn)行異步方式刷新，則刷新間隔為2m / 128 = 15.6s，可取刷新信號(hào)周期15s。 圖 B 9.38某機(jī)器中，已知配有一個(gè)地址空間為(00001FFF)16的ROM區(qū)域，現(xiàn)在用

23、一個(gè)SRAM芯片（8K×8位）形成一個(gè)16K×16位的ROM區(qū)域，起始地址為（2000）16 。假設(shè)SRAM芯片有CS和WE控制端，CPU地址總線A15A0 ，數(shù)據(jù)總線為D15D0 ，控制信號(hào)為R / W（讀 / 寫(xiě)），MREQ（當(dāng)存儲(chǔ)器讀或?qū)憰r(shí)，該信號(hào)指示地址總線上的地址是有效的）。要求：（1） 滿足已知條件的存儲(chǔ)器，畫(huà)出地址碼方案。（2） 畫(huà)出ROM與RAM同CPU連接圖。解 ：存儲(chǔ)器地址空間分布如圖B18.2所示，分三組，每組8K×16位。由此可得存儲(chǔ)器方案要點(diǎn)如下：（1） 組內(nèi)地址 ：A12 A0 （A0為低位）；（2） 組號(hào)譯碼使用2 ：4 譯碼器；（3

24、） RAM1 ，RAM 2 各用兩片SRAM芯片位進(jìn)行并聯(lián)連接，其中一片組成高8位，另一片組成低8位。（4） 用 MREQ 作為2 ：4譯碼器使能控制端，該信號(hào)低電平（有效）時(shí)，譯碼器工作。（5） PU的R / W 信 號(hào)與SRAM的WE端連接，當(dāng)R / W = 1時(shí)存儲(chǔ)器執(zhí)行讀操作， 當(dāng)R / W = 0時(shí)，存儲(chǔ)器執(zhí)行寫(xiě)操作。如圖B18.3 圖B18.2 圖B18.3第5章 指令系統(tǒng)1 令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式特點(diǎn)。 31 26 22 18 17 16 15 0 OP 源寄存器 變址寄存器 偏移量 解：（1）操作碼字段為6位，可指定 26 = 64種操作，即64條指令

25、。（2）單字長(zhǎng)（32）二地址指令。（3）一個(gè)操作數(shù)在原寄存器（共16個(gè)），另一個(gè)操作數(shù)在存儲(chǔ)器中（由變址寄 存器內(nèi)容 + 偏移量決定），所以是RS型指令。 （4）這種指令結(jié)構(gòu)用于訪問(wèn)存儲(chǔ)器。2指令格式如下所示，其中OP 為操作碼，試分析指令格式特點(diǎn)。18 12 11 10 9 5 4 0OP 源寄存器 目標(biāo)寄存器解：（1）單字長(zhǎng)二地址指令。(2)操作碼字段OP可以指定27=128條指令。(3)源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器（可分別指定32個(gè)），所以是RR型指令，兩個(gè)操作數(shù)均存在寄存器中。這種指令結(jié)構(gòu)常用于算術(shù)邏輯類(lèi)指令。3指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式的特點(diǎn)。 15 1

26、0 9 87 4 3 0OP 源寄存器 基值寄存器 位移量（16位） 解：（1）雙字長(zhǎng)二地址指令，用于訪問(wèn)存儲(chǔ)器。 （2）操作碼字段OP為6位，可以指定26 = 64種操作。 （3）一個(gè)操作數(shù)在源寄存器（共16個(gè)），另一個(gè)操作數(shù)在存儲(chǔ)器中（由基值寄存器和位移量決定），所以是RS型指令。4某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位，主存容量為64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有64條指令，試采用四種尋址方式（立即、直接、基值、相對(duì)）設(shè)計(jì)指令格式。解：64條指令需占用操作碼字段（OP）6位，這樣指令余下長(zhǎng)度為10位。為了覆蓋主存64K字的地址空間，設(shè)尋址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下： 15 10 9

27、 8 7 0 OP X D尋址模式定義如下：X= 0 0 直接尋址 有效地址 E=D（256單元）X= 0 1 間接尋址 有效地址 E= (D）（64K）X= 1 0 變址尋址 有效地址 E= (R)D （64K）X= 1 1 相對(duì)尋址 有效地址 E=（PC）D （64K）其中R為變址寄存器（16位），PC為程序計(jì)數(shù)器（16位），在變址和相對(duì)尋址時(shí)，位移量D可正可負(fù)。5假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)16位，主存容量為128K字節(jié)，指令字長(zhǎng)度為16位或32位，共有128條指令，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)指令格式，要求有直接、立即數(shù)、相對(duì)、基值、間接、變址六種尋址方式。解：由已知條件，機(jī)器字長(zhǎng)16位，主存容量128KB / 2 =

28、 64KB字，因此MAR = 18位，共128條指令，故OP字段占7位。采用單字長(zhǎng)和雙字長(zhǎng)兩種指令格式，其中單字長(zhǎng)指令用于算術(shù)邏輯和I / O類(lèi)指令，雙字長(zhǎng)用于訪問(wèn)主存的指令。OP R1 R2OP X R2 D 15 9 5 4 3 2 0 15 9 8 6 5 3 2 0 尋址方式由尋址模式X定義如下： X = 000 直接尋址 E = D（64K） X = 001 立即數(shù) D = 操作數(shù) X = 010 相對(duì)尋址 E = PC + D PC = 16位 X = 011 基值尋址 E = Rb + D ，Rb =16 位 X = 100 間接尋址 E = （D）X = 101 變址尋址 E

29、= RX + D ，RX = 10位6RISC機(jī)中一些指令沒(méi)有選入指令系統(tǒng)，但很重要，使用指令集中的另外一條指令來(lái)替換實(shí)現(xiàn)。下表左半部分列出5條指令的功能，請(qǐng)?jiān)诒淼挠野氩糠痔钊隨PARC機(jī)的替代指令及實(shí)現(xiàn)方法。 指令 功能 替代指令 實(shí)現(xiàn)方法MOV 寄存器間傳送數(shù)據(jù) INC 寄存器內(nèi)容加1 DEC 寄存器內(nèi)容減1 NEG 取負(fù)數(shù) NOT 取反碼 解：因?yàn)镾PARC機(jī)約定R0的內(nèi)容恒為0，而且立即數(shù)作為一個(gè)操作數(shù)處理，所以某些指令可以替代實(shí)現(xiàn)。由此可體會(huì)到“精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)”的含義和用意。 指令 功能 替代指令 實(shí)現(xiàn)方法 ADD（加法） Rs+R0àRd ADD（加法） 立即數(shù)imm13=

30、1,做為操作數(shù) SUB（減法） 立即數(shù)imm13=-1,做為操作數(shù) SUB（減法） R0+RsàRd XOR（異或） 立即數(shù)imm13=-1,做為操作數(shù) ADD（加法） R0+R0àRd7. 下表列出pentium機(jī)的9種尋址方式名稱及有關(guān)說(shuō)明，請(qǐng)寫(xiě)出對(duì)應(yīng)尋址方式的有效地址E的計(jì)算方法。 Pentium機(jī)尋址方式 序 號(hào)尋址方式名稱 說(shuō) 明 （1） 立 即操作數(shù)在指令中 （2） 寄存器操作數(shù)在某寄存器中，指令給出寄存器號(hào) （3） 直 接Disp為偏移量 （4） 基 值B為基值寄存器 （5） 基值 + 偏移量 （6） 比例變址+偏移量I為變址寄存器，S為比例因子 （7） 基值

31、+變址+偏移量 （8）基值+比例變址+偏移量 （9） 相 對(duì)PC為程序計(jì)算器解 (3) E = Disp (4) E = (B) (5) E = (B) + Disp (6) E = (I)×S + Disp (7) E = (B) + (I) + Disp (8) E = (B) + (I)×S + Disp (9) 指令地址 = (PC) + Disp8. 一種二地址RR型，RS型指令結(jié)構(gòu)如下所示 6位 4位 4位 1位 2位 16位OP源寄存器目標(biāo)寄存器IXD（偏移量） 其中源寄存器，目標(biāo)寄存器都是通用寄存器，I為間接尋址標(biāo)志位，X為尋址模式字段. D為偏移量字段.通

32、過(guò)I,X,D的組合，可構(gòu)成一個(gè)操作數(shù)的尋址方式，其有效地址E的 算法及有關(guān)說(shuō)明列于下表:尋址方式IX有效地址E算法說(shuō)明(1)000E=DD為偏移量(2)001指令地址=(PC)+DPC為程序計(jì)數(shù)器(3)010E=(Rx)+DRx為變址寄存器(4)111E=(R)R為通用寄存器（5）100E=(D)(6)011E=(Rb)+DRb為基址寄存器請(qǐng)寫(xiě)出表中6種尋址方式名稱，并說(shuō)明主存中操作數(shù)的位置解：(1).直接尋址，操作數(shù)在有效地址E=D的存儲(chǔ)單元中 (2).相對(duì)尋址 (3).變址尋址，操作數(shù)在E=(RX) + D的存儲(chǔ)單元中 (4).寄存器間接尋址，通用寄存器的內(nèi)容指明操作數(shù)在主存中的地址 (5

33、).間接尋址，用偏移量做地址訪主存得到操作數(shù)的地址指示器，再按地址指 示器訪主存的操作數(shù)，因此間接尋址需兩次訪問(wèn)主存. (6).基值尋址，操作數(shù)在E=(Rb) + D 的存儲(chǔ)單元中.9某機(jī)的16位單字長(zhǎng)訪內(nèi)指令格式如下：A其中A為形式地址，補(bǔ)碼表示（其中一位符號(hào)位）；為直接間接尋址方式：為間接尋址方式，為直接尋址方式；為尋址模式：為絕對(duì)地址，為基地址尋址，為相對(duì)尋址，為立即尋址；為變址尋址。設(shè)，x，b分別為指令計(jì)數(shù)器，變址寄存器，基地址寄存器，為有效地址，請(qǐng)回答以下問(wèn)題：（） 該指令格式能定義多少種不同的操作？立即尋址操作數(shù)的范圍是多少？（） 在非間接尋址情況下，寫(xiě)出各計(jì)算有效地址的表達(dá)式（）

34、 設(shè)基址寄存器為位，在非變址直接基地址尋址時(shí)，確定存儲(chǔ)器可尋址的地址范圍（） 間接尋址時(shí)，尋址范圍是多少？解：（1） 該指令格式可定義16種不同的操作，立即尋址操作數(shù)的范圍是 128 +127（2） 絕對(duì)尋址（直接尋址） E A 基值尋址 E = （R b）+A相對(duì)尋址 E = （PC）+A立即尋址 D = A變址尋址 E = （R X）+A（3） 由于E = （R b）+A，R b=14位，故存儲(chǔ)器可尋址的地址范圍為（16383+127）（16383-128）（4） 間接尋址時(shí)，尋址范圍為64K，因?yàn)榇藭r(shí)從主存讀出的數(shù)作為有效地址（16位）。10某16機(jī)機(jī)器所使用的指令格式和尋址方式如下所示

35、，該機(jī)有2位基值寄存器，16個(gè)16位通用寄存器。指令匯編格式中的S（源），D（目標(biāo)）都是通用寄存器，M是主存中的一個(gè)單元。三種指令的操作碼分別是MOV（OP）=（A）H，STA（OP）=（1B）H，LDA（OP）=（3C）H。MOV是傳送指令，STA為寫(xiě)數(shù)指令，LDA為讀數(shù)指令如圖B20.1。 要求：（1）分析三種指令的指令格式與尋址方式特點(diǎn)。（2）CPU完成哪一種操作所花的時(shí)間最短？哪一種操作所花時(shí)間最長(zhǎng)？第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？（3）下列情況下每個(gè)十六進(jìn)制指令字分別代表什么操作？其中如果有編碼不正確，如何改正才能成為合法指令？ （F0F1）H （3CD2）H

36、（2856）H （6DC6）H （1C2）H解：（1）第一種指令是單字長(zhǎng)二地址指令，RR型；第二種指令是雙字長(zhǎng)二地址指令，RS型，其中S采用基址尋址或變址尋址，R由源寄存器決定；第三種也是雙字長(zhǎng)二地址指令，RS型，R由目標(biāo)寄存器決定，S由20位地址（直接尋址）決定。（2）處理機(jī)完成第一種指令所花的時(shí)間最短，因?yàn)镽R型指令，不需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器。第二種指令所花的時(shí)間最長(zhǎng)，因?yàn)镽S型指令，需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器。同時(shí)要進(jìn)行尋址方式的變換運(yùn)算（基址或變址），這也需要時(shí)間。第二指令的執(zhí)行時(shí)間不會(huì)等于第三種指令，因?yàn)榈谌N指令雖然也訪問(wèn)存儲(chǔ)器，但節(jié)省了求有效地址運(yùn)算的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。（3）根據(jù)以知條件：MOV（OP）=0

37、0010101，STA（OP）=011011，LDA（OP）=111100，將指令的十六進(jìn)制格式轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼且比較后可知：（F0F1）H （3CD2）H指令代表LDA指令，編碼正確，其含義是把主存（13CD2）H地址單元的內(nèi)容取至15號(hào)寄存器。 （2856）H代表MOV指令，編碼正確，含義是把5號(hào)源寄存器的內(nèi)容傳送至6目標(biāo)寄存器。（6DC6）H是單字長(zhǎng)指令，一定是MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改正為（28D6）H。 （1C2）H是單字長(zhǎng)指令，代表MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改正為 （28D6）H。第6章 中央處理部件CPU1. 已知某機(jī)采用微程序控制方式，其存儲(chǔ)器容量為512×48（位

38、），微程序在整個(gè)控制存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序的條件共4個(gè)，微指令采用水平型格式，后繼微指令地址采用斷定方式，如圖所示： 微命令字段 判別測(cè)試字段 下地址字段 操作控制 順序控制 （1） 微指令中的三個(gè)字段分別應(yīng)多少位？（2） 畫(huà)出對(duì)應(yīng)這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解：（1）假設(shè)判別測(cè)試字段中每一位為一個(gè)判別標(biāo)志，那么由于有4個(gè)轉(zhuǎn)移條件，故該字段為4位，（如采用字段譯碼只需3位），下地址字段為9位，因?yàn)榭刂迫萘繛?12單元，微命令字段是（ 48 4 - 9 ）= 35 位。（2）對(duì)應(yīng)上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖B1.2如下：其中微地址寄存器對(duì)應(yīng)下地址字段，P字段即為判別測(cè)試

39、字段，控制字段即為微命令子段，后兩部分組成微指令寄存器。地址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器OP碼，各狀態(tài)條件以及判別測(cè)試字段所給的判別標(biāo)志（某一位為1），其輸出修改微地址寄存器的適當(dāng)位數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移。圖B1.22 假設(shè)某計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器框圖如圖B2.2所示，其中ALU為16位的加法器（高電平工作），SA 、SB為16位鎖存器，4個(gè)通用寄存器由D觸發(fā)器組成，O端輸出， 圖B2.2 其讀寫(xiě)控制如下表所示： 讀控制 R0 RA0RA1選擇 1 1 1 1 0 0 0 1 1 x 0 1 0 1 x R0 R1 R2 R3 不讀出 寫(xiě)控制 W WA0WA1選擇 1 1 1 1 0 0 0 1

40、1 x 0 1 0 1 xR0R1R2R3不寫(xiě)入 要求：（1）設(shè)計(jì)微指令格式。 （2）畫(huà)出ADD，SUB兩條微指令程序流程圖。解：各字段意義如下：F1讀ROR3的選擇控制。 F2寫(xiě)ROR3的選擇控制。 F3打入SA的控制信號(hào)。 F4打入SB的控制信號(hào)。 F5打開(kāi)非反向三態(tài)門(mén)的控制信號(hào)LDALU。 F6打開(kāi)反向三態(tài)門(mén)的控制信號(hào)LDALU ，并使加法器最低位加1。 F7鎖存器SB清零RESET信號(hào)。 F8 一段微程序結(jié)束，轉(zhuǎn)入取機(jī)器指令的控制信號(hào)。 R 寄存器讀命令 W寄存器寫(xiě)命令（2）ADD、SUB兩條指令的微程序流程圖見(jiàn)圖B2.3所示。3圖B3.1所示的處理機(jī)邏輯框圖中，有兩條獨(dú)立的總線和兩個(gè)

41、獨(dú)立的存貯器。已知指令存貯器IM最大容量為16384字（字長(zhǎng)18位），數(shù)據(jù)存貯器DM最大容量是65536字（字長(zhǎng)16位）。各寄存器均有“打入”（Rin）和“送出”（Rout）控制命令，但圖中未標(biāo)出。圖B3.1設(shè)處理機(jī)格式為： 17 10 9 0 OP X加法指令可寫(xiě)為“ADD X（R1）”。其功能是（AC0） + （Ri） + X）AC1，其中（Ri）+ X）部分通過(guò)尋址方式指向數(shù)據(jù)存貯器，現(xiàn)取Ri為R1。試畫(huà)出ADD指令從取指令開(kāi)始到執(zhí)行結(jié)束的操作序列圖，寫(xiě)明基本操作步驟和相應(yīng)的微操作控制信號(hào)。解：加法指令“ADD X（Ri）”是一條隱含指令，其中一個(gè)操作數(shù)來(lái)自AC0，另一個(gè)操作數(shù)在數(shù)據(jù)存貯

42、器中，地址由通用寄存器的內(nèi)容（Ri）加上指令格式中的X量值決定，可認(rèn)為這是一種變址尋址。因此，指令周期的操作流程圖如圖B3.4：相應(yīng)的微操作控制信號(hào)列在框圖外。 圖B3.44某計(jì)算機(jī)有8條微指令I(lǐng)1I8，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)見(jiàn)下表 ，aj 分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段僅限8位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。解：為了壓縮指令字的長(zhǎng)度，必須設(shè)法把一個(gè)微指令周期中的互斥性微命令信號(hào)組合在一個(gè)小組中，進(jìn)行分組譯碼。經(jīng)分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分別組成兩個(gè)小組或兩個(gè)字段，然后進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的a, c, d, g 四個(gè)微命令

43、信號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段組成如下： 01 c 01 b 直接控制 10 f 10i a c d g 11 g 11j× × × × × × ×× 4位 2位 2位 5運(yùn)算器結(jié)構(gòu)如圖B5.2所示，R1 ，R2，R3 是三個(gè)寄存器，A和B是兩個(gè)三選一的多路開(kāi)關(guān)，通路的選擇由AS0 ,AS1 和BS0 ，BS1端控制，例如BS0BS1 = 11時(shí)，選擇R3 ，BS0BS1 = 01時(shí)，選擇R1，ALU是算術(shù) / 邏輯單元。S1S2為它的兩個(gè)操作控制端。其功能如下： 圖B5.2 S1S2 = 00時(shí)，ALU輸出

44、= A S1S2 = 01時(shí)，ALU輸出 = A + B S1S2 = 10時(shí)，ALU輸出 = A B S1S2 = 11時(shí)，ALU輸出 = AB 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)控制運(yùn)算器通路的微指令格式。解： 采用水平微指令格式，且直接控制方式，順序控制字段假設(shè)4位，其中一位判別測(cè)試位：AS0 AS1 S1 S2 BS0 BS1 LDR1，LDR2 ，LDR3 P AR1，AR2，AR3 2位 2位 2位 3位 1位 3位 直接控制 順序控制 當(dāng)P = 0時(shí)，直接用AR1AR3形成下一個(gè)微地址。當(dāng)P = 1時(shí)，對(duì)AR3進(jìn)行修改后形成下一個(gè)微地址。6某計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通路如下圖所示，其中M主存， MBR主存數(shù)據(jù)寄存器， MAR主存地址寄存器， R0-R3通用寄存器， IR指令寄存器， PC程序計(jì)數(shù)器（具有自增能力）， C、D