《計(jì)算機(jī)組成原理》第3章習(xí)題答案

1、第3章習(xí)題解答 1指令長度和機(jī)器字長有什么關(guān)系?半字長指令、單字長指令、雙字長指令分別表示什么意思? 解：指令長度與機(jī)器字長沒有固定的關(guān)系，指令長度可以等于機(jī)器字長，也可以大于或小于機(jī)器字長。通常，把指令長度等于機(jī)器字長的指令稱為單字長指令；指令長度等于半個(gè)機(jī)器字長的指令稱為半字長指令；指令長度等于兩個(gè)機(jī)器字長的指令稱為雙字長指令。 2零地址指令的操作數(shù)來自哪里?一地址指令中，另一個(gè)操作數(shù)的地址通常可采用什么尋址方式獲得?各舉一例說明。 解：雙操作數(shù)的零地址指令的操作數(shù)來自堆棧的棧頂和次棧頂。雙操作數(shù)的一地址指令的另一個(gè)操作數(shù)通?？刹捎秒[含尋址方式獲得，即將另一操作數(shù)預(yù)先存放在累加器中。例如，

2、前述零地址和一地址的加法指令。 3某機(jī)為定長指令字結(jié)構(gòu)，指令長度16位；每個(gè)操作數(shù)的地址碼長6位，指令分為無操作數(shù)、單操作數(shù)和雙操作數(shù)三類。若雙操作數(shù)指令已有K種，無操作數(shù)指令已有L種，問單操作數(shù)指令最多可能有多少種?上述三類指令各自允許的最大指令條數(shù)是多少? 解：X= (24一K)×26一L/26 雙操作數(shù)指令的最大指令數(shù)：24一1。 單操作數(shù)指令的最大指令數(shù)：15×26一l(假設(shè)雙操作數(shù)指令僅1條，為無操作數(shù)指令留出1個(gè)擴(kuò)展窗口)。 無操作數(shù)指令的最大指令數(shù)：216一212一26。其中212為表示某條二地址指令占用的編碼數(shù)，26為表示某條單地址指令占用的編碼數(shù)。此時(shí)雙操

3、作數(shù)和單操作數(shù)指令各僅有1條。 4設(shè)某機(jī)為定長指令字結(jié)構(gòu)，指令長度12位，每個(gè)地址碼占3位，試提出一種分配方案，使該指令系統(tǒng)包含：4條三地址指令，8條二地址指令，180條單地址指令。 解：4條三地址指令000 XXX YYY ZZZ 011 XXX YYY ZZZ 8條二地址指令 100 000 XXX YYY 100 111 XXX YYY 180條單地址指令 101 000 000 XXX 111 110 011 XXX 5指令格式同上題，能否構(gòu)成： 三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令64條?為什么? 解：三地址指令4條 000 XXX YYY ZZZ 011 XXX YYY

4、ZZZ 單地址指令255條 100 000 000 XXX 111 111 110 YYY 只能再擴(kuò)展出零地址指令8條，所以不能構(gòu)成這樣的指令系統(tǒng)。 6指令中地址碼的位數(shù)與直接訪問的主存容量和最小尋址單位有什么關(guān)系? 解：主存容量越大，所需的地址碼位數(shù)就越長。對(duì)于相同容量來說，最小尋址單位越小，地址碼的位數(shù)就越長。 7試比較間接尋址和寄存器間址。 解：間接尋址方式的有效地址在主存中，操作數(shù)也在主存中；寄存器間址方式的有效地址在寄存器中，操作數(shù)在主存中。所以間接尋址比較慢。 8試比較基址尋址和變址尋址。 解：基址尋址和變址尋址在形成有效地址時(shí)所用的算法是相同的，但是它們兩者實(shí)際上是有區(qū)別的。一般

5、來說，變址尋址中變址寄存器提供修改量(可變的)，而指令中提供基準(zhǔn)值(固定的)；基址尋址中基址寄存器提供基準(zhǔn)值(固定的)，而指令中提供位移量(可變的)。這兩種尋址方式應(yīng)用的場(chǎng)合也不同，變址尋址是面向用戶的，用于訪問字符串、向量和數(shù)組等成批數(shù)據(jù)；而基址尋址面向系統(tǒng)，主要用于邏輯地址和物理地址的變換，用以解決程序在主存中的再定位和擴(kuò)大尋址空間等問題。在某些大型機(jī)中，基址寄存器只能由特權(quán)指令來管理，用戶指令無權(quán)操作和修改。 9某機(jī)字長為16位，主存容量為64K字，采用單字長單地址指令，共有50條指令。若有直接尋址、間接尋址：變址尋址、相對(duì)尋址四種尋址方式，試設(shè)計(jì)其指令格式。 解：操作碼6位，尋址方式2

6、位，地址碼8位。 10某機(jī)字長為16位，主存容量為64K字，指令格式為單字長單地址，共有64條指 令。試說明： (1)若只采用直接尋址方式，指令能訪問多少主存單元? (2)為擴(kuò)充指令的尋址范圍，可采用直接間接尋址方式，若只增加一位直接間接標(biāo) 志，指令可尋址范圍為多少?指令直接尋址的范圍為多少? (3)采用頁面尋址方式，若只增加一位zc(零頁現(xiàn)行頁)標(biāo)志，指令尋址范圍為多 少?指令直接尋址范圍為多少? (4)采用(2)、(3)兩種方式結(jié)合，指令的尋址范圍為多少?指令直接尋址范圍為多少? 解：因?yàn)橛?jì)算機(jī)中共有64條指令，所以操作碼占6位，其余部分為地址碼或標(biāo)志位。 (1)若只采用直接尋址方式，地址

7、碼部分為10位，指令能訪問的主存單元數(shù)為210=1K字。 (2)若采用直接間接尋址方式，將增加了一位直接間接標(biāo)志，地址碼部分為9位， 指令直接尋址的范圍為29=05K字，指令可尋址范圍為整個(gè)主存空間216=64K字。 (3)若采用頁面尋址方式，將增加一位zc(零頁現(xiàn)行頁)標(biāo)志，所以指令直接尋址 范圍仍為29=05K字，指令尋址范圍仍為216=64K字。 (4)此時(shí)將需要和zc兩個(gè)標(biāo)志位，所以指令直接尋址范圍為28=025K字，指令尋址范圍仍為216=64K字。 11設(shè)某機(jī)字長32位，CPU有32個(gè)32位的通用寄存器，設(shè)計(jì)一個(gè)能容納的單字長指令系統(tǒng)。 (1)如果是存儲(chǔ)器間接尋址方式的寄存器一存儲(chǔ)

8、器型指令，能直接尋址的空間是多少? (2)如果采用通用寄存器作為基址寄存器，能直接尋址的最大主存空間又是多少? 解：因?yàn)橛?jì)算機(jī)中共有64條指令，所以操作碼占6位；32個(gè)通用寄存器，寄存器編號(hào)占5位；其余部分為地址碼或標(biāo)志位。 (1)如果是存儲(chǔ)器間接尋址方式的寄存器一存儲(chǔ)器型指令，操作碼6位，寄存器編號(hào)5位，間址標(biāo)志1位，地址碼20位，直接尋址的最大主存空間是220字。 (2)如果采用通用寄存器作為基址寄存器，EA=(Rb)+A，能直接尋址的最大主存空間是232字。 12已知某小型機(jī)字長為16位，其雙操作數(shù)指令的格式如下： 其中：OP為操作碼，R為通用寄存器地址。試說明下列各種情況下能訪問的最大

9、主存區(qū)域有多少機(jī)器字? (1)A為立即數(shù)。 (2)A為直接主存單元地址。 (3)A為間接地址(非多重間址) (4)A為變址尋址的形式地址，假定變址寄存器為R1(字長為16位)。 解： (1)1個(gè)機(jī)器字。 (2)256個(gè)機(jī)器字。 (3)65536個(gè)機(jī)器字。 (4)65536個(gè)機(jī)器字。 13計(jì)算下列4條指令的有效地址(指令長度為16位)。 (1)000000Q (2)l00000Q (3)170710Q (4)012305Q 假定：上述4條指令均用八進(jìn)制書寫，指令的最左邊是一位間址指示位(=O，直接尋址；=1，間接尋址)，且具有多重間訪功能；指令的最右邊兩位為形式地址；主存容量215單元，下表為有

10、關(guān)主存單元的內(nèi)容(八進(jìn)制)。解：(1)000000Q 因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?，故為直接尋址，EA=A=00000Q。 (2)100000Q 因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?，故指令為間接尋址。 (00000)=100002，最高位仍為1，繼續(xù)間接尋址，(00002)=054304，其最高位為0，表示已經(jīng)找到有效地址，EA=54304Q。 (3)170710Q因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?，故指令為間接尋址。(00010)=100005，最高位仍為1，繼續(xù)間接尋址。(00005)=100001，最高位仍為1，繼續(xù)間接尋址。(00001)=046710，其最高位為0，表示已找到有效地址，EA=46710Q。(4)0123

11、05Q因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?，故為直接尋址，EA=A=00005Q。14假定某機(jī)的指令格式如下：其中： Bitll=1：間接尋址； Bit8=1：變址寄存器I1尋址； Bit7=1：變址寄存器I2尋址； Bit6(零頁現(xiàn)行頁尋址)：ZC=0，表示O頁面；ZC=1，表示現(xiàn)行頁面，即指令所在頁面。 若主存容量為212個(gè)存儲(chǔ)單元，分為26個(gè)頁面，每個(gè)頁面有26個(gè)字。 設(shè)有關(guān)寄存器的內(nèi)容為 (PC)=0340Q (11)=11llQ (12)=0256Q 試計(jì)算下列指令的有效地址。 (1)1046Q (2)2433Q (3)32150 (4)1111Q解：(1)1046Q=001 000 100 110

12、因?yàn)?個(gè)標(biāo)志位均為0，故為直接尋址，EA=A=0046Q。(2)2433Q一010 100 011 011因?yàn)锽it8(I1)=1，故為變址寄存器1尋址，EA=(I1)+A=1111+33=1144Q。(3)3215Q=011 010 001 101因?yàn)锽it7(I2)=1，故為變址寄存器2尋址，EA=(I2)+A=0256+15=0273Q。(4)111lQ一001 001 001 001因?yàn)锽it6(zC)=1，故為當(dāng)前頁尋址，EA=(PC)HA=0311=0311Q。15假定指令格式如下： ， 其中：DI為直接間接尋址標(biāo)志，DI=0表示直接尋址，DI=1表示間接尋址。其余標(biāo)志位同題14說

13、明。 若主存容量為216個(gè)存儲(chǔ)單元，分為28個(gè)頁面，每個(gè)頁面有28個(gè)字。設(shè)有關(guān)寄存器的內(nèi)容為 (I1)=002543Q (I2)=063215Q (PC)=004350Q 試計(jì)算下列指令的有效地址。 (1)152301Q (2)074013Q (3)161123Q (4)140011Q 解：(1) 152301Q =1 101 010 011 000 001因?yàn)锽it10(I2)=1，故為變址寄存器2尋址，EA=(I2)+A=063215+301=063516Q。(2) 074013Q=0 111 100 000 001 011因?yàn)锽it11(I1)=1，故為變址寄存器1尋址，EA=(I1)+

14、A=002543+013=002556Q。(3) 161123Q=1 110 001 001 010 011因?yàn)锽it9(zC)=1，故為當(dāng)前頁尋址，EA=(PC)A=994123Q。 (4)140011Q=1 100 000 000 001 001 因?yàn)?個(gè)標(biāo)志位均為O，故為直接尋址，EA=A=000011Q。16舉例說明哪幾種尋址方式除去取指令以外不訪問存儲(chǔ)器?哪幾種尋址方式除去取指令外只需訪問一次存儲(chǔ)器？?完成什么樣的指令，包括取指令在內(nèi)共訪問4次存儲(chǔ)器?解：除去取指令外不訪問存儲(chǔ)器：立即尋址，寄存器尋址。除去取指令外只需訪問一次存儲(chǔ)器：直接尋址，寄存器間接尋址，變址尋址，基址尋址，相對(duì)

15、尋址，頁面尋址。 二級(jí)間接尋址包括取指令在內(nèi)共訪問4次存儲(chǔ)器。 17設(shè)相對(duì)尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是操作碼，第二個(gè)字節(jié)是相對(duì)位移量，用補(bǔ)碼表示，假設(shè)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令第一字節(jié)所在的地址為2000H，且CPU每取一個(gè)字節(jié)便自動(dòng)完成(PC)+1一PC的操作。試問當(dāng)執(zhí)行JMP*+8和JMP*一9指令(*為相對(duì)尋址特征)時(shí)，轉(zhuǎn)移指令第二字節(jié)的內(nèi)容各為多少?轉(zhuǎn)移的目的地址各是什么? 解：轉(zhuǎn)移指令第二字節(jié)的內(nèi)容分別為：00001000(+8)，11110111(一9)轉(zhuǎn)移的目的地址分別為：200AH，1FF9H。 18什么叫主程序和子程序?調(diào)用子程序時(shí)還可采用哪幾種方法保存返回地址?畫圖說明調(diào)用子程

16、序的過程。 解：主程序就是指通常的程序，而子程序是一組可以公用的指令序列，只要知道子程序的入口地址就能調(diào)用它。 保存返回地址的方法有多種： (1)用子程序的第一個(gè)字單元存放返回地址。轉(zhuǎn)子指令把返回地址存放在子程序的第一個(gè)字單元中，子程序從第二個(gè)字單元開始執(zhí)行。返回時(shí)將第一個(gè)字單元地址作為間接地址，采用間址方式返回主程序。 (2)用寄存器存放返回地址。轉(zhuǎn)子指令先把返回地址放到某一個(gè)寄存器中，再由子程序?qū)⒓拇嫫髦械膬?nèi)容轉(zhuǎn)移到另一個(gè)安全的地方。 (3)用堆棧保存返回地址。 調(diào)用子程序的過程如下圖所示，此時(shí)返回地址保存在堆棧中。 19在某些計(jì)算機(jī)中，調(diào)用子程序的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：轉(zhuǎn)子指令將返回地址存入子程序的第一個(gè)字單元，然后從第二個(gè)字單元開始執(zhí)行子程序，請(qǐng)回答下列問題：(1)為這種方法設(shè)計(jì)一條從子程序轉(zhuǎn)到主程序的返回指令。(2)在這種情況下，怎么在主、子程序間進(jìn)行參數(shù)的傳遞?(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遞歸(即某個(gè)子程序自己調(diào)用自己)?(5)如果改用堆棧方法，是否可實(shí)現(xiàn)(4)所提出的問題? 解：(1)返回指令通常為零地址指令。返回地址保存在堆棧中