计算机组成原理第四章答案

第4章习题参考答案

1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？

答：不合理。指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。

2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。

答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。

双操作数指令

单操作数指令

无操作数指令

3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

答：该指令格式及寻址方式特点如下：

(1) 单字长二地址指令。

(2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。

(3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。

(4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。

4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

15 10 9 8 7 4 3 0

答：该指令格式及寻址方式特点如下：

(1)双字长二地址指令，用于访问存储器。

(2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。

(3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数

在主存中。有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。

5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

答：该指令格式及寻址方式特点如下：

(1)该指令为单字长双操作数指令，源操作数和目的操作数均由寻址方式和寄

存器构成，寄存器均有8个，寻址方式均有8种。根据寻址方式的不同，指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；

(2)因为OP为4位，所以最多可以有16种操作。

6．一种单地址指令格式如下所示，其中为I间接特征，X为寻址模式，D为形式地址，I、X、D组成该指令的操作数有效地址E，设R为变址寄存器，R1为基值寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名

答：①直接寻址②相对寻址③变址寻址

④基址寻址⑤间接寻址⑥先基址后间接寻址

7．某计算机字长为32位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有40条指令。试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。

答：根据题意，40种指令至少需6位OP；四种寻址方式至少需用2位表示；主存为64K，则地址需要16位，而机器字长为32位，可设计如下格式：

设：

寻址方式X=00为直接寻址方式，由16位的D直接给出有效地址，EA=D

寻址方式X=01为立即寻址方式，由16位的D直接给出操作数，操作数=D

寻址方式X=10为变址寻址方式，设变址寄存器为IR，则EA=(IR)+D

寻址方式X=11为相对寻址方式，设程序计数器为PC，则EA=(PC)+D(D可正可负)

注：IR和PC的位数与机器的字长相等，均为32位

8．某机字长为32位，主存容量为1M，单字长指令，有50种操作码，采用寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即、直接等寻址方式。CPU中有PC，IR，AR，DR和16个通用寄存器。问：

(1)指令格式如何安排?

(2) 能否增加其他寻址方式?

答：

(1) 根据题意，50种操作码至少需6位OP；寻址方式可用2位分别表示最多4种寻址方式；用4位编码选择16个通用寄存器之一作为源操作数或目的操作数，因机器字长为32位，固还剩20位可表示形式地址D

D

寻址方式字段=00，表示D为寄存器寻址，实际使用D中的4位进行寄存器选择；寻址方式字段=01，表示寄存器间接寻址，实际使用D中的4位进行寄存器选择；寻址方式字段=10，表示立即寻址，可使用D的全部确定一个立即数；

寻址方式字段=11，表示直接寻址，20位的D可确定一个存储单元。

(2) 若将形式地址的位数减少，则可以增加其他的寻址方式

9．设某机字长为32位，CPU中有16个32位通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统。如果采用通用寄存器作基址寄存器，则RS型指令的最大存储空间是多少?

答：根据题意，64种操作至少需6位OP；用2位表示四种寻址方式；寄存器16个源操作数和目的操作数各用4位，因机器字长为32位，固还剩16位可表示形式地址D

空间最大可达232单元。

10．将表4.9的指令系统设计成二地址格式的指令系统。

答：表4.9中的指令共有29条，故操作码字段需要5位；设这些指令支持9种寻址方式：立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、堆栈寻址，则源和目的操作数各需要4位来确定

其寻址方式；因字长为32位，故还剩余19位用于表示源和目的操作数的形式地址，可取形式地址为9位，多余的1位可以加在操作码字段。即，格式如下：

11．从以下有关RISC的描述中，选择正确答案。

A．采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单的情况。B．为了实现兼容，新设计的RISC，是从原来CISC系统的指令系统中挑选一部分实现的。

C. RISC的主要目标是减少指令数。

D．RISC设有乘、除法指令和浮点运算指令。

答：C

12．根据操作数所在位置，指出其寻址方式(填空)：

(1) 操作数在寄存器中，为(A)寻址方式。

(2) 操作数地址在寄存器，为(B)寻址方式。

(3) 操作数在指令中，为(C)寻址方式。

(4) 操作数地址(主存)在指令中，为(D)寻址方式。

(5) 操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和，可以是(E，F，G)寻址方式。

答：A. 寄存器 B. 寄存器间接

C. 立即

D. 直接

E,F,G. 基址、变址、相对

13．将C语句翻译成MIPS R4000汇编语言代码。C赋值语句是：ƒ=（g+h）-（i+j）

假设变量ƒ、g、h、i、j分别分配给寄存器$s0、$s1、$s2、$s3、$s4。

答：该语句翻译成MIPS R4000汇编语句如下：

add $s5,$s1,$s2 ;将g+h的和存入寄存器$s5中($s5=$s1+$s2)

add $s6,$s3,$s4 ;将i+j的和存入寄存器$s6中($s6=$s3+$s4)

sub $s0,$s5,$s6 ;将结果存入寄存器$s0中($s0=$s5-$s6)

14．将如下MIPS R4000汇编语言翻译成机器语言指令。

lw $t0,1200($t1)

add $t0,$s2,$t0

sw $t0,1200($t1)

答：已知MIPS指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0~$s7对应的寄存器号