组成原理习题

【例１３】　假设某计算机的指令长度为２０位，具有双操作数、单操作数和无操作数三类指令形式，每个操作数地址规定用６位表示。

（１）若操作码字段固定为８位，现已设计出ｍ条双操作数指令，ｎ条无操作数指令。在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数指令？

（２）当双操作数指令条数取最大值，且在此基础上单操作数指令条数也取最大值时，试计算这三类指令最大容许具有的指令条数各是多少？

解：

（１）双操作数指令地址字段占去１２位，操作码字段为８位。由于设定全部指令采用８位固定的ＯＰ字段，故这台计算机最多的指令条数为２８＝２５６条。因此最多还可以设计出 （２５６－ｍ－ｎ）条单操作数指令。

（２）双操作数指令条数最大值为２８条。

单操作数指令条数最大值为 （２１４－２８）条。

无操作数指令条数最大值为 （２２０－２１４－２８）条。

【例３１４】　某台计算机字长为１６位，主存容量为６４ＫＢ，采用单字长单地址指令，共有６４条指令。试采用四种寻址方式 （直接、间接、变址、相对）设计指令格式。

解：６４条指令需占用操作码字段 （ＯＰ）６位，这样指令字下余长度为１０位。为了覆盖主存６４ＫＢ的地址空间，设寻址模式位 （Ｘ）２位，形式地址 （Ｄ）８位，其指令格式如下：

寻址模式Ｘ定义如下：

Ｘ＝００　直接寻址　有效地址　Ｅ＝Ｄ（２５６单元）

Ｘ＝０１　间接寻址　有效地址　Ｅ＝（Ｄ）（６４Ｋ）

Ｘ＝１０　变址寻址　有效地址　Ｅ＝（Ｒ）＋Ｄ（６４Ｋ）

Ｘ＝１１　相对寻址　有效地址　Ｅ＝（ＰＣ）＋Ｄ（６４Ｋ）

【例３１５】　某机字长为１６位，内存容量为６４Ｋ，指令为单字长指令，有５０种操作码，采用页面寻址、间接，直接寻址方式。ＣＰＵ中有一个ＡＣ、ＰＣ、ＩＲ、ＭＡＲ、ＭＢＲ。问：

（１）指令格式如何安排？

（２）存储器能划分成多少页面？每页多少单元？

（３）能否增加其他寻址方式？

解：

（１）根据题意，有５０种操作码，故ＯＰ字段占６位。页面寻址可用ＰＣ高８位 （ＰＣＨ）与形式地址Ｄ（８位）拼接成有效地址。设寻址模式Ｘ占２位，故指令格式如下：

寻址模式定义如下：

Ｘ＝００　直接寻址　有效地址　Ｅ＝Ｄ

Ｘ＝０１　页面寻址　有效地址　Ｅ＝ＰＣＨ－Ｄ

Ｘ＝１０　间接寻址　有效地址　Ｅ＝（Ｄ）

Ｘ＝１１

（２）按照上述指令格式，ＰＣ高８位形成主存２５６个页面，每个页面有２５６个单元。

（３）按照上述指令格式，寻址模式Ｘ＝１１尚未使用，故可增加一种寻址方式。由于ＣＰＵ中给定的寄存器中尚可使用ＰＣ，故可以增加相对寻址方式，其有效地址Ｅ＝ＰＣ＋Ｄ。如不用相对寻址，还可使用立即寻址方式，此时形式地址Ｄ为８位的操作数。

当位移量 （形式地址）Ｄ变成７位时，寻址模式位可变成３位，原则上可以使用更多的寻址方式，但是现在由于ＣＰＵ没有其他更多的寄存器，因此不能增加其他方式的寻址。

【例３１６】　假设机器字长１６位，主存容量为１２８Ｋ字节，指令字长度为１６位或３２位，共有１２８条指令，请设计计算机的指令格式，要求有八种寻址方式。

解：根据题目已知条件，机器字长１６位，主存容量为１２８ＫＢ／２＝６４ＫＢ，因此ＭＡＲ＝１８位。

共有１２８条指令，故ＯＰ字段占去７位。我们采用单字长和双字长两种指令格式，其中单字长指令用于算术逻辑运算和Ｉ／Ｏ类指令，双字长指令用于访问主存的指令，并采用８种寻址方式，则指令格式如下：