计算机组成原理第七章课后部分答案

计算机组成原理第七章课后部分答案

7.1 什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器指令的主要

功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？

机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组

成。

指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机

内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。

指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。

7.2 什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？

寻址方式：指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影

响指令格式和指令功能。

学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。

7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？

指令字长：是指机器指令中二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址

的个数。不同的指令的字长是不同的。

机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据

的位数（整数运算即定点整数运算）。

机器字长也就是运算器进行定点数运

算的字长，通常也是CPU内部数据通

路的宽度。即字长越长，数的表示范

围也越大，精度也越高。机器的字长

也会影响机器的运算速度。

存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8

位、16位、32位等。

7.6 某指令系统字长为16位，地址码取4位，提出一种方案，使该指令系统有

8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。

解：三地址指令格式如下：

4 4 4 4

OP A1 A2 A3

指令操作码分配方案如下：

4位OP

0000，

……， A1,A2,A3:8条三地址指令

0111，

1000，0000，

……，……， A2，A3:16条二地址指令

1000，1111，

1001，0000，0000，

……，……，……， A3:100条一地址指令

1001，0110，0011，

1001，0110，0100，

……，……，……，冗余编码

1001，1111，1111，可用来扩充一、零地址指令条数

1010，

……，冗余编码

1111，可用来扩充三、二、一、零地址指令条数

7.7 设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。如

果定义了13条二地址指令，还可以安排多少条一地址指令？

解：二地址指令格式如下：

4 6 6

OP A1 A2 设二地址指令格式为该指令系统的基本格式，4位操作码共

有16种编码，其中13种用来定义二地址指令，还剩3种可

用来作扩展标志。如不考虑零地址指令，该指令系统最多还

能安排：

一地址指令条数 = 3 * 2^6 = 192条

7.9 比较间接寻址和寄存器间接寻址。

解：计算机组成原理: 试比较间接寻址和寄存器间接寻址。

7.10 比较基址寻址和变址寻址。

解：1）都可以有效的扩大指令寻址范围。

2）基址寻址时，基准地址由基址寄存器给出，地址的改变

反映在位移量A 的取值上，变址寻址时，基准地址由

A 给出，地址的改变反映在变址值的自动修改上，变

址值由变址寄存器给出。

3）基址寄存器内容通常由系统程序设定，变址寄存器内容

通常由用户设定。

4）基址寻址适用于程序的动态重定位，变址寻址适用于数

组或字符串处理，适用场合不同。

7.14 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 每取出一个字节便自动完成（PC ）+1→PC 的操作。问当执行“JMP * +8”和“JMP * -9”指令时，转移指令第二字节的内容各为多少？ 解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：

2000H

2001H

2002H 当执行JMP 指令时，指令第二字节的内容不变，PC 的内容

变为2002H 。此时转移指令第二字节内容各为：

A1 = +8 = 0000 1000 = 08H

A2 = -9 = 1111 0111 = F7H OP A

其有效地址各为：

EA1 = (PC) + 8 = 2002H + 0008H = 200AH

EA2 = (PC) –9 = 2002H + FFF7H = 1FF9H

7.20 什么是RISC？简述它的主要特点。

解：RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起

源于80 年代的MIPS主机（即RISC 机），RISC机中采用

的微处理器统称RISC处理器。

主要特点：

(1)选取使用频度较高的一些简单指令以及一些很有用但

又不复杂的指令，让复杂指令的功能由频度高的简单指

令的组合来实现。

(2)指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。

(3)只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的

操作都在寄存器内完成。

(4)CPU中有多个通用寄存器。

(5)采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周

期内完成。采用超标量和超流水线技术，可

使每条指令的平均执行时间小于一个时钟周

期。

(6)控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。

(7)采用优化的编译程序。