计算机组成原理 第三章 答案

第3
章
6 7 １１．设某机字长３２位，CPU 有３２个３２位的通用寄存器，设计一个能容纳６４种操作
的单字长指令系统。

（１）如果是存储器间接寻址方式的寄存器－存储器型指令，能直接寻址的最大主存
空间是多少？
（２）如果采用通用寄存器作为基址寄存器，能直接寻址的最大主存空间又是多少？
解：因为计算机中共有６４条指令，所以操作码占６位；３２个通用寄存器，寄存器编号占５位；其余部分为地址码或标志位。

（１）如果是存储器间接寻址方式的寄存器－存储器型指令，操作码６位，寄存器编号
５位，间址标志１位，地址码２０位，直接寻址的最大主存空间是２２０字。

（２）如果采用通用寄存器作为基址寄存器，EA ＝（Rb ）＋ A ，能直接寻址的最大主存空间是２３２字。

１２．已知某小型机字长为１６位，其双操作数指令的格式如下：
０５６７８１５
OP R A
其中：OP 为操作码，R 为通用寄存器地址。

试说明下列各种情况下能访问的最大主存区
域有多少机器字？
（１） A 为立即数。

（２） A 为直接主存单元地址。

（３） A 为间接地址（非多重间址）。

（４） A 为变址寻址的形式地址，假定变址寄存器为R１（字长为１６位）。

解：（１）１个机器字。

（２）２５６个机器字。

（３）６５５３６个机器字。

（４）６５５３６个机器字。

１３．计算下列４条指令的有效地址（指令长度为１６位）。

（１）００００００Q
（２）１０００００Q
（３）１７０７１０Q
（４）０１２３０５Q
假定：上述４条指令均用八进制书写，指令的最左边是一位间址指示位＠（＠＝０，直接寻址；＠＝１，间接寻址），且具有多重间访功能；指令的最右边两位为形式地址；主存容
量２１５单元，表３唱４为有关主存单元的内容（八进制）。

计算机组成原理教师用书
6 8 表3唱4 习题13 的表格
地址内容
０００００１００００２００００１０４６７１０００００２０５４３０４００００３１０００００００００４１０２５４３００００５１００００１００００６０６３２１５００００７０７７７１００００１０１００００５解：（１）００００００Q
因为指令的最高位为０，故为直接寻址，EA ＝
A ＝０００００Q 。

（２）１０００００Q
因为指令的最高位为１，故指令为间接寻址。

（０００００）＝１００００２，最高位仍为１，继续间接寻址。

（００００２）＝０５４３０４，其最高位为０，表示已找到有效
地址，EA ＝５４３０４Q 。

（３）１７０７１０Q
因为指令的最高位为１，故指令为间接寻址。

（０００１０）＝１００００５，最高位仍为１，继续间接寻址。

（００００５）＝１００００１，最高位仍为１，继续间接寻址。

（００００１）＝０４６７１０，其最高位为０，表示已找到有效地址，EA ＝４６７１０Q 。

（４）０１２３０５Q
因为指令的最高位为０，故为直接寻址，EA ＝ A ＝００００５Q 。

１４．假定某机的指令格式如下：
１１１０９８７６５０
＠ OP I１ I２ Z／C A
其中：
Bit１１＝１：间接寻址；
Bit８＝１：变址寄存器I１寻址；
Bit７＝１：变址寄存器I２寻址；
Bit６（零页／现行页寻址）：Z／C ＝０，表示０页面；
Z／C ＝１，表示现行页面，即指令所在页面。

若主存容量为２１２个存储单元，分为２６个页面，每个页面有２６个字。

设有关寄存器的内容为
（PC）＝０３４０Q （I１）＝１１１１Q （I２）＝０２５６Q
试计算下列指令的有效地址。

（１）１０４６Q
（２）２４３３Q
（３）３２１５Q
指令系统
第3
章
6 9 （４）１１１１Q
解：（１）１０４６Q ＝００１０００１００１１０
因为４个标志位均为０，故为直接寻址，EA ＝ A ＝００４６Q 。

（２）２４３３Q ＝０１０１０００１１０１１
因为Bit８（I１）＝１，故为变址寄存器１寻址，EA ＝（I１）＋ A ＝１１１１＋３３＝１１４４Q 。

（３）３２１５Q ＝０１１０１０００１１０１
因为Bit７（I２）＝１，故为变址寄存器２寻址，EA ＝（I２）＋ A ＝０２５６＋１５＝０２７３Q 。

（４）１１１１Q ＝００１００１００１００１
因为Bit６（Z／C）＝１，故为当前页寻址，EA ＝（PC）H ∥ A ＝０３∥１１＝０３１１Q 。

１５．假定指令格式如下：
１５１２１１１０９８７０
OP I１ I２ Z／C D／I A
其中：D／I 为直接／间接寻址标志，D／I ＝０表示直接寻址，D／I ＝１表示间接寻
址。

其
余标志位同题１４说明。

若主存容量为２１６个存储单元，分为２８个页面，每个页面有２８个字。

设有关寄存器的内容为
（I１）＝００２５４３Q （I２）＝０６３２１５Q （PC）＝００４３５０Q
试计算下列指令的有效地址。

（１）１５２３０１Q
（２）０７４０１３Q
（３）１６１１２３Q
（４）１４００１１Q
解：（１）１５２３０１Q ＝１１０１０１００１１０００００１
因为Bit１０（I２）＝１，故为变址寄存器２寻址，EA ＝（I２）＋ A ＝０６３２１５＋
３０１＝０６３５１６Q 。

（２）０７４０１３Q ＝０１１１１０００００００１０１１
因为Bit１１（I１）＝１，故为变址寄存器１寻址，EA ＝（I１）＋ A ＝００２５４３＋
０１３＝００２５５６Q 。

（３）１６１１２３Q ＝１１１０００１００１０１００１１
因为Bit９（Z／C）＝１，故为当前页寻址，EA ＝（PC）／／A ＝００４１２３Q 。

（４）１４００１１Q ＝１１００００００００００１００１
因为４个标志位均为０，故为直接寻址，EA ＝ A ＝００００１１Q 。

１６．举例说明哪几种寻址方式除去取指令以外不访问存储器？哪几种寻址方式除去
计算机组成原理教师用书
7 0 取指令外只需访问一次存储器？完成什么样的指令，包括取指令在内共访问４次存储器？
解：除去取指令以外不访问存储器：立即寻址，寄存器寻址。

除去取指令外只需访问一次存储器：直接寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，基址寻
址，相对寻址，页面寻址。

二级间接寻址包括取指令在内共访问４次存储器。

１７．设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位
移量，用补码表示。

假设当前转移指令第一字节所在的地址为２０００H ，且CPU 每取一个字节便自动完成（PC）＋１→ PC 的操作。

试问当执行JMP 倡＋８和JMP 倡－９指令（倡为
相对寻址特征）时，转移指令第二字节的内容各为多少？转移的目的地址各是什么？
解：转移指令第二字节的内容分别为：００００１０００（＋８），１１１１０１１１（－９）
转移的目的地址分别为：２００AH ，１FF９H 。

１８．什么叫主程序和子程序？调用子程序时还可采用哪几种方法保存返回地址？画
图说明调用子程序的过程。

解：主程序就是指通常的程序，而子程序是一组可以公用的指令序列，只要知道子程
序的入口地址就能调用它。

保存返回地址的方法有多种：
（１）用子程序的第一个字单元存放返回地址。

转子指令把返回地址存放在子程序的
第一个字单元中，子程序从第二个字单元开始执行。

返回时将第一个字单元地址作为间
接地址，采用间址方式返回主程序。

（２）用寄存器存放返回地址。

转子指令先把返回地址放到某一个寄存器中，再由子
程序将寄存器中的内容转移到另一个安全的地方。

（３）用堆栈保存返回地址。

调用子程序的过程如图３唱８所示，此时返回地址保存在堆栈中。

图３唱８主程序调用子程序的过程
１９．在某些计算机中，调用子程序的方法是这样实现的：转子指令将返回地址存入子程序的第一个字单元，然后从第二个字单元开始执行子程序，请回答下列问题：
（１）为这种方法设计一条从子程序转到主程序的返回指令。

指令系统
第3
章
7 1 （２）在这种情况下，怎么在主、子程序间进行参数的传递？
（３）上述方法是否可用于子程序的嵌套？
（４）上述方法是否可用于子程序的递归（即某个子程序自己调用自己）？
（５）如果改用堆栈方法，是否可实现（４）所提出的问题？
解：（１）返回指令通常为零地址指令。

返回地址保存在堆栈中，执行返回指令时自
动从堆栈中弹出。

而目前返回地址是保存在子程序的第一个单元中，故此时返回指令不能再是零地址指令了，而应当是一地址指令。

如：
JMP ＠子程序首地址
间接寻址可找到返回地址，然后无条件转移到返回的位置。

（２）在这种情况下，可利用寄存器或主存单元进行主、子程序间的参数传递。

（３）可以用于子程序的嵌套（多重转子）。

因为每个返回地址都放在调用的子程序的第一个单元中。

（４）不可以用于子程序的递归，因为当某个子程序自己调用自己时，子程序第一个单元的内容将被破坏。

（５）如果改用堆栈方法，可以实现子程序的递归，因堆栈具有后进先出的功能__。