計算機組成原理第五版白中英(詳細)第4章習題參考答案

第4章習題參考答案1 .ASCII碼是7位，如果設計主存單元字長為32位，指令字長為12位，是否合理為什么答：不合理。指令最好半字長或單字長，設16位比較合適。一個字符的ASCII是7位，如果設計主存單元字長為32位，則一個單元可以放四個字符，這也是可以的，只是在存取單個字符時，要多花些時間而已，不過，一條指令至少占一個單元，但只占一個單元的12位，而另20位就浪費了，這樣看來就不合理，因為通常單字長指令很多，浪費也就很大了。2 .假設某計算機指令長度為32位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無操作數(shù)三類指令形式，指令系統(tǒng)共有70條指令，請設計滿足要求的指令格式。答：字長32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OP12位操作數(shù)12位操作數(shù)單操作數(shù)指令7位OP25位操作數(shù)無操作數(shù)指令7位OP-3 .指令格式結(jié)構如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點1510987430OP-目標寄存器源寄存器答：該指令格式及尋址方式特點如下：(1) 單字長二地址指令。(2) 操作碼字段OP可以指定26=64種操作(3) 源和目標都是通用寄存器(可分指向16個寄存器)所以是RR型指令，即R也問的數(shù)據(jù)傳送及算術邏輯運算類指令。兩個操作數(shù)均在寄存器中。(4) 這種指令結(jié)構常用于4 .指令格式結(jié)構如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點15109874301510987430OP-源寄存器變址寄存器偏移量(16位)答：該指令格式及尋址方式特點如下：(1)雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。(2)操作碼字段OP可以指定26=64種操作。(3)RS型指令，一個操作數(shù)在通用寄存器(選擇16個之一)，另一個操作數(shù)在主存中。有效地址可通過變址尋址求得，即有效地址等于變址寄存器(選擇16個之一)內(nèi)容加上位移量。5 .指令格式結(jié)構如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。1512119865320OP尋址方式寄存器尋址方式寄存器源地址目標地址答：該指令格式及尋址方式特點如下：(1)該指令為單字長雙操作數(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成，寄存器均有8個，尋址方式均有8種。根據(jù)尋址方式的不同,指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；(2)因為OP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、X、D組成該指令的操作數(shù)有效地址E,設R為變址寄存器，R1為基值寄存器，PC為程序計數(shù)器，請在下表中第一列位置填入適當?shù)膶ぶ贩绞矫Q。尋址方式名稱IX啟效地址E000E=D001E=(PQ+D010E=(R)+D011E=(R1)+D100E=(D)110E=(R1)+D),D=0答：直接尋址相對尋址變址尋址基址尋址間接尋址先基址后間接尋址7 .某計算機字長為32位，主存容量為64K字，采用單字長單地址指令，共有40條指令。試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設計指令格式。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，而機器字長為32位，可設計如下格式：312625181716150OP-尋址方式XD設：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)二D尋址方式X=10為變址尋址方式，設變址寄存器為IR,則EA=(IR)+D尋址方式X=11為相對尋址方式，設程序計數(shù)器為PC,則EA=(PC)+D(D可正可負)注：IR和PC的位數(shù)與機器的字長相等，均為32位8 .某機字長為32位，主存容量為1吊單字長指令，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,ARDR和16個通用寄存器。問：(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OR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個通用寄存器之一作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)，因機器字長為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為寄存器尋址，實際使用D中的4位進行寄存器選擇；尋址方式字段二01,表示寄存器間接尋址，實際使用D中的4位進行寄存器選擇；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可確定一個存儲單元。(2)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 .設某機字長為32位，CPU中有16個32位通用寄存器，設計一種能容納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型指令的最大存儲空間是多少答：根據(jù)題意，64種操作至少需6位OP用2位表示四種尋址方式；寄存器16個源操作數(shù)和目的操作數(shù)各用4位，因機器字長為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，因為寄存器為32,位所以RS型指令可尋址空間最大可達232單元。10 .將表的指令系統(tǒng)設計成二地址格式的指令系統(tǒng)。答：表中的指令共有29條，故操作碼字段需要5位；設這些指令支持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位來確定其尋址方式；因字長為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)11 .從以下有關RISC的描述中，選擇正確答案。A.采用RISC技術后，計算機的體系結(jié)構又恢復到早期的比較簡單的情況。B.為了實現(xiàn)兼容，新設計的RISC,是從原來CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實現(xiàn)的。C.RISC的主要目標是減少指令數(shù)。D.RISC設有乘、除法指令和浮點運算指令。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（主存）在指令中，為（D）尋址方式。（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（E,F,G）尋址方式。答：A.寄存器B.寄存器間接C.立即D.直接E,F,G.基址、變址、相對13 .將C語句翻譯成MIPSR4000匯編語言代碼。C賦值語句是：=(g+h)-(i+j)假設變量、g、h、i、j分別分配給寄存器$s0、$s1、$s2、$s3、$s4。答：該語句翻譯成MIPSR4000匯編語句如下：add$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+$s4)sub$s0,$s5,$s6;將結(jié)果存入寄存器$s0中($s0=$s5-$s6)14 .將如下MIPSR4000匯編語言翻譯成機器語言指令。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$s7對應的寄存器號為1623(十進制)，寄存器$t0$t7對應的寄存器號為815。MIPS指令的字段值指令格式oprsrtrdshamtfunct常數(shù)或地址add(加)R0regregreg032sub（減）R0regregreg034立即數(shù)加I8regregwlw(取字)I35regregaddresssw(存字)I43regregaddress由此，可寫出以上3條指令翻譯成機器語言指令如下表所示3條指令對應的機器語言指令機器諦言各字段各字段長度6位5位5位5位5位6位R型oprsrtrdshamtfunctI型oprsrtaddresslw$t0,1200（$t1）35981200add$t0,$s2,$t001888032sw$t0,1200（$t1）4398120015.將下面一條ARM匯編語言指令翻譯成用十進制和二進制表示的機器語言指令：ADDr5,r1,r2答：已知ARM匚編指令的指令譯碼格式如下表所示：ADDSUBLDRSTR旨令的指令譯碼格式指令名稱condFIopcodeSRnRdoperand2ADD加）140040regregregSUB喊）140020regregregADD立即數(shù)加）140140regregconstant（12位）LDR假字）14124regregaddress（12位）STR行字）14125regregaddress（12位）由此，可得該指令的十進制和二進制的機器語力如下表所示ADDr5,r1,r2的機器語言condFopcodeRnRdoffset12IopcodeSoperand12十進制140040152二進制11100010000001010100000000001016.將下面C語言翻譯成ARM匚編語言代碼，C賦值語句是：=(g+h)-(i+j)假設變量、g、h、i、j分別放在寄存器r0、ri>r2、r3、r4中答：該語句翻譯成ARM匚編語句如下:addr5,r1,r2;將g+h的和存入寄存器r5中(r5=U+r2)addr6,r3,r4;將i+j的和存入寄存器r6中(r6=r3+r4)subr0,r5,r6;將結(jié)果存入寄存器r0中(r0=r5-r6)