硬件系統(tǒng)設計原理-作業(yè)

1、5、設相對尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個字節(jié)，第一個字節(jié)是操作碼， 第二個字節(jié)是相對位移量 (用補碼表示)，每當CPU從存儲器取出一個字節(jié)時，完成(PC) +1 -PC。設PC當前內(nèi)容為2003H，要轉(zhuǎn)移到200AH ,則轉(zhuǎn)移指令的第二個字節(jié)的內(nèi)容是多少？若PC的內(nèi)容為2008H時，要求轉(zhuǎn)移到2001H,則轉(zhuǎn)移指令的第二個字節(jié)的內(nèi)容是多少？ 解答：(1)轉(zhuǎn)移指令占兩個字節(jié)，第一個字節(jié)為OP,第二個字節(jié)為 DISP,則有：2003HOP2004HDISP若要求轉(zhuǎn)移地址為 200AH ,則DISP = 200AH 2005H = 05H(2)若(PC) = 2008H ,要求轉(zhuǎn)移地址為 2001H,則DIS

2、P = 2001H - 200AH = 0F7H (即9H )6、某計算機字長為16位，存儲器按字編址，訪內(nèi)存指令格式為:OPMA15111 0980其中OP是操作碼；M是定義尋址方式；A為形式地址。設 PC和Rx分別為程序計數(shù)器和變址寄存器，字長為 16位，問：(1)該格式能定義多少種指令；(2)如M為立即、直接、相對、變址尋址，其尋址范圍應是多少?(3)寫出各種尋址方式的有效地址EA的計算公式。(1) 32 (25)種指令(2) M為立即尋址：尋址范圍為M為直接尋址：尋址范圍為M為相對尋址：尋址范圍為M為變址尋址：尋址范圍為解答：1個機器字；29 = 512;EA = (PC) + DIS

3、P = 2 16 = 64K ( PC 值附近 512 個字)；EA = (Rx) + DISP = 2 16 = 64K(3) 立即尋址：EA=(PC);直接尋址：EA= DISP;相對尋址：EA=(PC)+ DISP 變址尋址：EA=(R x)+ DISP8、設計一種擴展操作碼，使下面的所有指令都可以用36位進行編碼。(1) 7條帶兩個15位地址和3位寄存器編碼的指令；(2) 500條帶一個15位地址和一個3位寄存器編碼的指令；(3) 50條無地址或無寄存器的指令。解答：315153OPAiA2R000 卜7條帶兩個15位地址和3位寄存器編碼的指令；110 18153OP(111) OP

4、= 18 位，(500)10 = 1F4H,則過 000 0000 0000 0000 > 500條帶一個15位地址和一個3位寄存器編碼的指令;迅 000 0001 1111 001136OP(111 000 0001 1111 1111) OP = 36 位,(50)10 = 32H,則111 000 0001 1111 1111 000 000 0000 0000 0000 1150條無地址或無寄存器的指令111 000 0001 1111 1111 000 000 0000 0011 0001 : 9、某計算機具有如下特點：(1)有58條指令；(2)為兩地址指令，有直接尋址、立即尋

5、址和相對尋址三種方式；(3)有16個通用寄存器，算術邏輯操作數(shù)在通用寄存囂中，運算結(jié)果也送往通用寄存 器；(4)取數(shù)/存數(shù)(LOAD/STORE )指令在通用寄存器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)；(5)存儲囂的容量為64KB,按字節(jié)編址。請設計出算術邏輯指令、取數(shù) /存數(shù)指令、相對轉(zhuǎn)移指令的指令格式，并簡述其理由。 解答：(1)算術邏輯指令，根據(jù)特點(3)為R-R型指令，其格式為：644OPRsRdOP = 1og258 = 6 (位)Rs與Rd的位數(shù) =log 216 = 4 (位)(2)取數(shù)/存數(shù)指令，根據(jù)特點(4)為R-M指令，其格式為:64216OPREGMAOP: 6位REG: 4 位M :

6、2位，有三種尋址方式A: log2 64KB = 16 (位)(3)相對轉(zhuǎn)移指令，相對轉(zhuǎn)移指令類型由OP給出，EA = (PC) + A ,故相對轉(zhuǎn)移指令格式為：616OPA轉(zhuǎn)移在PC附近+32K - 32K之間。10、某計算機字長32位，CPU有8個32位通用寄存器，指令系統(tǒng)中有58條雙操作數(shù)指令, 兩操作數(shù)中源操作數(shù)一定在寄存器中，目的操作數(shù)可為寄存器尋址、直接尋址、間接尋址、 寄存器間接尋址方式。請設計出該指令系統(tǒng)的指令格式，并使指令長度最短。解答：632318OPREGiMREG2/A1A2源操作數(shù)目的操作數(shù)0 00寄存器尋址，目的操作數(shù)由 REG2給出M = 0 01 直接尋址，EA

7、= Ai+ A210 間接尋址，EA= (Ai+ A 2)11 寄存器間接尋址， EA= (REG2)REG2/A1 = _TRGG2M=00、11L A1M=01、1011、某計算機字長24位.主存64KB,系統(tǒng)有8個16位通用寄存器.8個8位通用寄存器，1個16位基址寄存器。指令系統(tǒng)有 64條雙操作數(shù)指令，均為 RR型和RS型，每條指令既 能完成字運算，又能完成字節(jié)運算。若操作數(shù)不在寄存器中，可以采用直接尋址、間接尋址、 基址尋址、寄存器間接尋址(用16位寄存器)。設計該計算機的指令格式， 并使指令長度最 短。解答：6113238OPWMREG1MODREG2/A1A2M=0 : RR 型

8、，M=1 : RS 型，00:直接尋址，EA= A 1+ A201 :間接尋址，EA= (A1+ A2)10:基址尋址，EA= (Rb) + A1+ A211:寄存器間接尋址，EA= (REG2)目的寄存器由 REG2給出MOD字段給出目的操作數(shù)尋址方式W=0:字節(jié)運算，由8個8位通用寄存器執(zhí)行W=1 :字運算，由8個16位通用寄存器執(zhí)行12、某計算機字長 20位，直接尋址空間為512字，變址尋址時位移量是256+255, 32個通用寄存器。設計一套指令系統(tǒng)，滿足下列尋址要求：(1)直接尋址兩地址指令 3條；(2)變址尋址一地址指令 15條；(3)寄存器尋址兩地址指令 8條；(4)直接尋址一地

9、址指令 12條；(5)零地址指令256條；(6)還剩下多少條指令未用？解答：(1)直接尋址兩地址指令 3條299OPA1A200 01 x 3條直接尋址兩地址指令10(2)變址尋址一地址指令15條OPRxD659叵00001 15條變址尋址一地址指令11 1110)(3)寄存器尋址兩地址指令8條1055OPRsRd11 1111 00008 8條寄存器尋址兩地址指令11 1111| 0111 J(4)直接尋址一地址指令12條119OPA11 1111 1000 0 12條直接尋址一地址指令11 1111 11011 1(5)零地址指令256條20OP11 1111 1110 0000 0000

10、 00r256條零地址指令11 1111 1110 0011 1111 11(6)還剩211 256條未用14、CISC與RISC體系結(jié)構(gòu)一個較大不同之處在于其運算可以訪問存儲器系統(tǒng)。假定在CISC系統(tǒng)中執(zhí)行下列程序段：ADDr3, (r1), (r2)SUBr4, r3, (r5)MUL(r6), r7, r4使之能夠在RISC處理器中正確執(zhí)行，該程序段應該如何修改？解答：該程序段在算術運算過程中進行了4次存儲器訪問。要想在RISC處理器上執(zhí)行該程序段，必須用一條顯式的裝載或存儲指令去代替各個存儲器的訪問。具體如下：LDr10, (r1)LDr11, (r2)ADD r3, r10, r11LDr12, (r5)SUBr4, r3, r12MULr13, r7, r4ST(r6), r1315、下列程序段主要試用了寄存器間接尋址方式，若采用變址尋址方式， 下面程序段應如何修改？ADD LDAD