計(jì)算機(jī)組成原理第五版白中英詳細(xì)習(xí)題參考答案

1、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(zhǎng)為 32位，指令字長(zhǎng)為12位，是否 合理？為什 么？ 答：不合理。指令最好半字長(zhǎng)或單字長(zhǎng)，設(shè) 16位比較合適。一個(gè)字符的 ASCII是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長(zhǎng)為 32位，則一個(gè)單元可以放四個(gè)字符，這也是 可以的，只 是在存取單個(gè)字符時(shí)，要多花些時(shí)間而已，不過(guò)，一條指令至少占一個(gè)單元，但只占一個(gè)單元的12位，而另20位就浪費(fèi)了，這樣看來(lái)就不合理，因 為通常單字長(zhǎng)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(zhǎng)度為32位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無(wú)操作數(shù)三類指令形式，指令系統(tǒng)共有70條指令，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)滿足要求的指令格式。答：字長(zhǎng)3

2、2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0P 12位操作數(shù)12位操作數(shù)單操作數(shù)指令25位操作數(shù)7 位 0P 無(wú)操作數(shù)指令7位0P3 ?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)。1510 98 74300P-目標(biāo)寄存器源寄存器答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)單字長(zhǎng)二地址指令。(2)操作碼字段0P可以指定26=64種操作。(3)源和目標(biāo)都是通用寄存器(可分指向16個(gè)寄存器)所以是RR型指令，即兩 個(gè)操作數(shù)均 在寄存器中。(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。1510 98 74 301510 98 74300P-源寄存

3、器變址寄存器偏移量(16位)答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(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0P可以指定26=64種操作。(3) RS型指令，一個(gè)操作數(shù)在通用寄存器(選擇 16個(gè)之一)，另一個(gè)操作數(shù) 在主存中。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(選擇16個(gè)之一)內(nèi)容加上位移量。OP尋址方式寄存器尋址方式寄存器目標(biāo)地址源地址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)1512119865320答：該指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：(1)該指令為單字長(zhǎng)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(gè)，尋址方式均有8種。根

4、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、稱。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(qǐng)?jiān)谙卤碇械谝涣形恢锰钊脒m當(dāng)?shù)膶ぶ贩绞矫麑ぶ贩绞矫QIX有效地址E000E=D001E= (PC) +D010E= (R) +D011E= (R1) +D100E=(D)110E=(R1)+D) , D=0答：直接尋址相對(duì)尋址變址尋址基址尋址 間接尋址 先基址后間接尋址7 .某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為32位，主存容量為6

5、4K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有 40條指令 試采用直接、立即、變址、相對(duì)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(zhǎng)為32位，可設(shè)計(jì)如下格式：312625181716150OP-尋址方式XD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(duì)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：

6、IR和PC的位數(shù)與機(jī)器的字長(zhǎng)相等，均為 32位8.某機(jī)字長(zhǎng)為32位，主存容量為1M,單字長(zhǎng)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。CPU中有PC, IR, AR ,DR和16個(gè)通用寄存器。問(wèn):(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0P;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(gè)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(zhǎng)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：尋址方式字段二00,表示D為寄

7、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 式字段二01 ,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 二10,表示立即尋址，可使用 D的全部確定一個(gè)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(gè)存儲(chǔ)單元。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(zhǎng)為 32位，CPU中有16個(gè)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(chǔ)空間是多少？答：根據(jù)題意，64種操作至少需6位0P；用2位表示四種尋址方式；寄存器16個(gè)源操作數(shù) 和目的操作數(shù)各用4位，因機(jī)器

8、字長(zhǎng)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(duì)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(lái)確定其尋址方式；因字長(zhǎng)為32位，故還剩余19位用于表示源和目的操作數(shù)的形式地 址，可取 形式地址為9位，多余的1位可以加在

9、操作碼字段。即，格式如下：31262522211312980OP目的尋址方式目的操作數(shù)源尋址方式源操作數(shù)111 ?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(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)CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選 部分實(shí)現(xiàn)的。C. RISC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。答：C12?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(

10、主存)在指令中，為(D)尋址方式。B.寄存器間接D.直接變址、相對(duì)(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 方(E, F, G)尋址答：A.寄存器C.立即E, F,G基址、13.將C語(yǔ)句翻譯成MIPS R4000匯編語(yǔ)言代碼。C賦值語(yǔ)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。:該語(yǔ)句翻譯成MIPS R4000匯編語(yǔ)句如下：add $s5,$s1,$s2;將 g+h 的和存入寄存器 $s5 中($s5=$s1+$s2);add $s6,$s3,$s4將 i+j 的和存入寄存器 $s6 中($s6=$s3+

11、$s4);sub $s0,$s5,$s6將結(jié)果存入寄存器 $s0 中($s0=$s5-$s6)14.將如下MIPS R4000匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言指令。lw $t0,1200($t1)add $t0,$s2,$t0sw $t0,1200($t1)答：已知MIPS指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0、$s7對(duì)應(yīng)的寄存器號(hào) 為16 23(十進(jìn)制),寄存器$t0 $t7對(duì)應(yīng)的寄存器號(hào)為8-15。MIPS指令的字段值指令，式1oprsrtrdshamtfunct常數(shù)或地址add(加)R0regregreg032sub （減）R0regregreg034立即數(shù)加I8regreg常數(shù)lw(取字)I3

12、5regregaddressSW(存字)I43regregaddress由此，可寫出以上3條指令翻譯成機(jī)器語(yǔ)言指令如下表所示03條指令對(duì)應(yīng)的機(jī)器語(yǔ)言指令機(jī)器語(yǔ)言各字段各字段長(zhǎng)度6位5位5位5位5位6位R型oprsrtrdshamtfunctI型oprsrtaddresslw $t0,1200（$t1）35981200add $t0,$s2,$t001888032sw $t0,1200（$t1）4398120015.將下面一條ARM匯編語(yǔ)言指令翻譯成用十進(jìn)制和二進(jìn)制表示的機(jī)器語(yǔ)言指令：ADD r5,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

13、的指令譯碼格式指令名稱condFIopcodeSRnRdopera nd2ADD （加）140040regregregSUB(減)140020regregregADD (立即數(shù)140140regregcon sta nt（12 位）加Ldr (取字)14124regregaddress（12 位）STR （存字）14125regregaddress（12 位）由此，可得該指令的十進(jìn)制和二進(jìn)制的機(jī)器語(yǔ)言如下表所示ADD r5,r1,r2的機(jī)器語(yǔ)言condFopcodeRnRdoffset 12IopcodeSopera nd 12十進(jìn)制140040152二進(jìn)制11100010000001；0000 0000