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计算机组成原理第三章习题答案


习题讲评

计算机组成原理

计算机组成原理
习题串讲

2008.10

北京理工大学计算机科学技术学院

习题讲评

计算机组成原理

3-3 某机为定长指令字结构,指令长度16 位;每个操作数的地址码长6位,指令 分为无操作

数、单操作数和双操作数三 类。若双操作数指令已有K种,无操作 数指令已有L种,问单操作数指令最多 可能有多少种?上述三类指令各自允许 的最大指令条数是多少?

2008.10

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习题讲评 16位 OP 4位 A1 6位 16位 A2 6位

计算机组成原理

双操作数 指令K 设单操作 数指令X

OP 10位 16位 OP

A1 6位

无操作数 指令L

2008.10

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留给单地址 留给无地址 的扩展窗口 的扩展窗口

计算机组成原理

(2 -K)×2 -X [(24 -K) 6-X]×26=L 4-K)×26- L X= (2 26 上述三类指令各自允许的最大指令条数为: 双操作数:24-1
单操作数:15×26-1 (假设双操作数指令 仅1条,为无操作数指令留出1个扩展窗口) 。

2008.10

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无操作数: ( 15×26-1) ×26(假设双操 作数指令仅1条,单操作数指令留出1个扩展 窗口),这样实现比较简单。 如果单操作数指令也仅取1条,则无操 作数指令的数目还可以增多,但实现比较麻 烦。具体的条数: 216 – 212 – 26

其中212 为表示某条二地址指令占用的 编码数,26为表示某条单地址指令占用的编 码数。
2008.10

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3-4 设某机为定长指令字结构,指令长度12位 ,每个地址码占3位,试提出一种分配方案 ,使该指令系统包含:4条三地址指令,8条 二地址指令,180条单地址指令。
12位
OP A1 A2 A3

若操作码采用定长编码方法,最多只能 表示8条三地址指令,显然不能满足要求。故 应采用变长编码方法(扩展操作码法)。
2008.10

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12位 为二、一地址指令 A2 OP OP OP 1 A A3 A12 1 留下了100~111四 个扩展窗口 000 XXX YYY ZZZ 为一地址指令留下 4条三地址指令 011 了101~111三个扩 XXX YYY ZZZ 展窗口





100 000 XXX YYY 100 111 XXX YYY 101 000 000 XXX

8条二地址指令 180条一地址指令



111 110 011 XXX

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101~111三个扩展窗口可以扩展出192 条一地址指令。 64?3=192 现只需要180条一地址指令,故最后12 个操作码编码为非法操作码。 111 111 111 1 100 111 110 011
最后一个操作码编码 12个非法操作码 最后一个指令的操作码编码

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3-10 某机字长为16位,主存容量为64K字,指 令格式为单字长单地址,共有64条指令。试 说明: (1)若只采用直接寻址方式,指令能访问 多少主存单元? (2)为扩充指令的寻址范围,可采用直接 /间接寻址方式,若只增加一位直接/间接标 志,指令可寻址范围为多少?指令直接寻址 的范围为多少?
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计算机组成原理

(3)采用页面寻址方式,若只增加一位Z/C (零页/现行页)标志,指令寻址范围为多少 ?指令直接寻址范围为多少? (4)采用b、c两种方式结合,指令的寻址 范围为多少?指令直接寻址范围为多少?

2008.10

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习题讲评 16位 OP 6位 @ A 10位

计算机组成原理

因机器共64条指令,操作码占6位,其余 部分为地址码或标志位。

(1)若只采用直接寻址方式,地址码部分为 10位,指令能访问的主存单元数为210=1K字 。 (2)若采用直接/间接寻址方式,将增加 了一位直接/间接标志,地址码部分为9位, 指令直接寻址的范围为29=0.5K字,指令可 寻址范围为整个主存空间216=64K字。
2008.10

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习题讲评 16位 Z/CZ/C @

计算机组成原理

OP 6位

A 10位

(3)若采用页面寻址方式,将增加一位Z/C (零页/现行页)标志,所以指令直接寻址范 围仍为29=0.5K字,指令寻址范围仍为216=64K 字。 (4)采用b、c两种方式结合,将需要@和 Z/C两个标志位,所以指令直接寻址范围为 28=0.25K字,指令的可寻址范围仍为 216=64K字。
2008.10

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计算机组成原理

3-13 计算下列四条指令的有效地址(指令长 度为16位)。

(1) 000000Q
(3) 170710Q

(2) 100000Q
(4) 012305Q

假定:上述四条指令均用八进制书写; 指令的最左边是一位间址指示位@。(@=0 ,直接寻址;@=1,间接寻址),且具有多 重间访功能;指令的最右边两位为形式地址 ;主存容量215单元,下表为有关主存单元的 内容(八进制):
2008.10

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计算机组成原理

地址 00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 00010
2008.10

内容 100002 046710 054304 100000 102543 100001 063215 077710 100005

(1)000000Q 因为指令的最高位为0,故 为直接寻址,EA=A。 指令中的形式地址为00Q ,因主存容量为215个单元,主 存地址共15位,所以 EA=00000Q。

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计算机组成原理

地址 内容 00000 100002 00001 046710 00002 054304 00003 100000 00004 102543 00005 100001 00006 063215 00007 077710 00010 100005
2008.10

(2)100000Q 因为指令的最高位为1,故 指令为间接寻址。 (00000)=100002,最高位仍 为1,继续间接寻址。 (00002)=054304,其最高位 为0,表示已找到有效地址, EA=54304Q。
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计算机组成原理

地址 00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 00010
2008.10

内容 100002 046710 054304 100000 102543 100001 063215 077710 100005

(3)170710Q 因为指令的最高位为1,故 指令为间接寻址。 (00010)=100005,最高位 仍为1,继续间接寻址。 (00005)=100001,最高位 仍为1,继续间接寻址。 (00001)=046710,其最高 位为0,表示已找到有效地址, EA=46710Q。
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计算机组成原理

地址 00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 00010
2008.10

内容 100002 046710 054304 100000 102543 100001 063215 077710 100005

(4) 012305Q 因为指令的最高位为0,故 为直接寻址,EA=A。 指令中的形式地址为05Q ,因主存容量为215个单元,地 址主存共15位,所以 EA=00005Q。

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计算机组成原理

3-14 假定某机的指令格式如下:
11 10 9



OP

I1 I2 Z/C

8

7

6

5

0

A

其中: Bit8=1:变址寄存器I1寻址; Bit7=1:变址寄存器I2寻址; Bit6(零页/现行页寻址): Z/C=0,表示0页面; Z/C=1,表示现行页面,即指令所在页面
2008.10

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计算机组成原理

若主存容量为212个存储单元,分为26个 页面,每个页面有26个字。

设有关寄存器的内容为:
(PC)=0340Q (I1)=1111Q (I2)=0256Q 试计算下列指令的有效地址。 (1) 1046Q (3) 3215Q (2) 2433Q (4) 1111Q
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2008.10

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计算机组成原理

(1) 1046Q 将用八进制书写的指令变换成二进制。 1 0 4 6 001 000 100 110 因为四个标志位均为0,故为直接寻址。 EA=A=100110B=46Q 因主存容量为212个存储单元,主存地址 共12位,所以EA=0046Q
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(2) 2433Q 将用八进制书写的指令变换成二进制。 2 4 3 3 010 100 011 011 因为Bit8(I1)=1,故为变址寄存器1寻址。 EA=(I1)+A=1111Q+33Q=1144Q
001 001 001 001 + 011 011 001 001 100 100
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(3) 3215Q 将用八进制书写的指令变换成二进制。 3 2 1 5 011 010 001 101 因为Bit7(I2)=1,故为变址寄存器2寻址。 EA=(I2)+A=0256Q+15Q=0273Q
000 010 101 110 + 001 101 000 010 111 011
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(4) 1111Q 将用八进制书写的指令变换成二进制。 1 1 1 1 001 001 001 001 因为Bit6(Z/C)=1,故为当前页寻址。 EA=(PC)H∥A=03Q∥11Q=0311Q
000 011 001 001

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3-17 设相对寻址的转移指令占两个字节,第 一个字节是操作码,第二个字节是相对位移 量,用补码表示。假设当前转移指令第一字 节所在的地址为2000H,且CPU每取一个字 节便自动完成(PC)+1→PC的操作。试问当 执行JMP*+8和JMP*-9指令(*为相对寻址 特征)时,转移指令第二字节的内容各为多 少?

2008.10

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计算机组成原理

转移指令第一字节所在的地址为2000H ,指令执行过程中自动完成(PC)+2= 2000H+2=2002H。当执行JMP*+8时,转移 指令第二字节的内容为08H,转移地址为 200AH。当执行JMP*-9指令时,转移指令 第二字节的内容为F7H,转移地址为1FF9H 。

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3-21 在某些计算机中,调用子程序的方法是 这样实现的:转子指令将返回地址存入子程 序的第一个字单元,然后从第二个字单元开 始执行子程序,回答下列问题: (1)为这种方法设计一条从子程序转到主 程序的返回指令。 (2)在这种情况下,怎么在主、子程序间 进行参数的传递? (3)上述方法是否可用于子程序的嵌套?
2008.10

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计算机组成原理

(4)上述方法是否可用于子程序的递归( 即某个子程序自己调用自己)?

(5)如果改用堆栈方法,是否可实现d所 提出的问题?

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计算机组成原理

(1)返回指令通常为零地址指令。返回地址保存 在堆栈中,执行返回指令时自动从堆栈中弹 出。而目前返回地址是保存在子程序的第一 个单元中,故此时返回指令不能再是零地址 指令了,而应当是一地址指令。如 OP @ 子程序首地址 间接寻址可找到返回地址,然后无条件 转移到返回的位置。
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习题讲评 主程序 A 子程序 K+1

计算机组成原理 返回地址



JMP @ A

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K K+1

CALL A

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计算机组成原理

(2)在这种情况下,可利用寄存器或主存单元进 行主、子程序间的参数传递。

(3)可以用于子程序的嵌套(多重转子)。因为 每个返回地址都放在调用的子程序的第一个 单元中。
(4)不可以用于子程序的递归,因为当某个子程 序自己调用自己时,第一个单元的内容将被 破坏。 (5)如果改用堆栈方法,可以实现子程序的递归 ,因堆栈具有后进先出的功能。
2008.10

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