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第4章习题参考答案1ASCII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7位OP12位操作数12位操作数单操作数指令7位OP25位操作数无操作数指令7位OP-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。15 109 87 43 0OP-目标寄存器源寄存器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2664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 3 015 109 87 43 0OP-源寄存器变址寄存器偏移量16位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2664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。15 1211 98 65 32 0OP寻址方式寄存器寻址方式寄存器源地址目标地址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称。寻址方式名称IX有效地址E000011000110110010EDE(PC)DE(R)DE(R1)DEDER1D，D0答 直接寻址 相对寻址 变址寻址 基址寻址 间接寻址 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 31 2625 1817 1615 0OP-寻址方式XD设寻址方式X00为直接寻址方式，由16位的D直接给出有效地址，EAD寻址方式X01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X10为变址寻址方式，设变址寄存器为IR，则EAIRD寻址方式X11为相对寻址方式，设程序计数器为PC，则EAPCDD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D31 2625 2423 2019 0OP寻址方式寄存器DD字段的寻址方式由25-24位决定，如寻址方式字段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D31 2625 2423 2019 1615 0OP寻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，因为寄存器为32，位所以RS型指令可寻址空间最大可达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31 2625 2221 1312 98 0OP目的寻址方式目的操作数源寻址方式源操作数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。 DRISC设有乘、除法指令和浮点运算指令。答C12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(gh)-(ij)假设变量、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gh的和存入寄存器s5中s5s1s2add s6,s3,s4;将ij的和存入寄存器s6中s6s3s4sub s0,s5,s6;将结果存入寄存器s0中s0s5-s614将如下MIPS R4000汇编语言翻译成机器语言指令。lw t0,1200t1add t0,s2,t0sw t0,1200t1答已知MIPS指令的字段值如下表所示，而且寄存器s0s7对应的寄存器号为1623(十进制)，寄存器t0t7对应的寄存器号为815。MIPS指令的字段值指令格式oprsrtrdshamtfunct常数或地址add加R0regregreg032-sub减R0regregreg034-立即数加I8regreg-常数lw取字I35regreg-addresssw存字I43regreg-address由此，可写出以上3条指令翻译成机器语言指令如下表所示。3条指令对应的机器语言指令机器语言各字段各字段长度6位5位5位5位5位6位R型oprsrtrdshamtfunctI型oprsrtaddresslw t0,1200t135981200add t0,s2,t001888032sw t0,1200t14398120015将下面一条ARM汇编语言指令翻译成用十进制和二进制表示的机器语言指令ADD r5,r1,r2答已知ARM汇编指令的指令译码格式如下表所示ADD、SUB、LDR、STR指令的指令译码格式指令名称condFIopcodeSRnRdoperand2ADD加140040regregregSUB减140020regregregADD立即数加140140regregconstant12位LDR取字141-24-regregaddress12位STR存字141-25-regregaddress12位由此，可得该指令的十进制和二进制的机器语言如下表所示ADD r5,r1,r2的机器语言condFopcodeRnRdoffset 12IopcodeSoperand 12十进制140040152二进制1110001000000101010000 0000 001016将下面C语言翻译成ARM汇编语言代码，C赋值语句是(gh)-(ij)假设变量、g、h、i、j分别放在寄存器r0、r1、r2、r3、r4中答该语句翻译成ARM汇编语句如下add r5,r1,r2;将gh的和存入寄存器r5中r5r1r2add r6,r3,r4;将ij的和存入寄存器r6中r6r3r4sub r0,r5,r6;将结果存入寄存器r0中r0r5-r6