计算机组成原理第7章习题指导
第7章习题指导
一、假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址三种格式。
1、设操作码固定，若零地址指令有P种，一地址指令有Q种，则二地址指令最多有几种：
解答：根据操作数地址码为6位，则二地址指令中操作码的位数为16 – 6 – 6 = 4。这4位操作码可有24=16种操作。由于操作码固定，则除去了零地址指令P种，一地址指令Q种，剩下二地址指令最多有16 – P – Q种。
2、采用扩展操作码技术，若二地址指令有X种，零地址指令有Y种，则一地址指令最多有几种：
解答：采用扩展操作码技术，操作码位数可变，则二地址、一地址和零地址的操作码长度分别为4位、10位和16位。可见二地址指令操作码每减少一种，就可多构成26种一地址指令操作码；一地址指令操作码每减少一种，就可多构成26种零地址指令操作码。
因二地址指令有X种，则一地址指令最多有24 X×26种。设一地址指令有M种，则零地址指令最多有24 X×26 M()[()]×26种。根据题中给出零地址指令有Y种，即Y=(24 X)×26 M[]×26，则一地址指令 M=24 X×26 Y×26。
二、设相对寻址的转移指令占3个字节，第一字节为操作码，第二、三字节为相对位移量（补码表示），而且数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式。每当CPU从存储器取出一个字节时，即自动完成 (PC) + 1 → PC。
1、若PC当前值为240（十进制），要求转移到290（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是：
解答：PC当前值为240，该指令取出后PC值为243，要求转移到290，即相对位移量为290 –243 = ()47，转换成补码为2FH。由于数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式，故该转移指令的第二字节为2FH，第三字节为00H。
2、若PC当前值为240（十进制），要求转移到200（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是：
解答：PC当前值为240，该指令取出后PC值为243，要求转移到200，即相对位移量为200 – 243= – 43，转换成补码为D5H，由于数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式，故该转移指令的第二字节为D5H，第三字节为FFH。
三、设某机共能完成110种操作，CPU有8个通用寄存器（16位），主存容量为4M字，采用寄存器 存储器型指令。
1、欲使指令可直接访问主存的任一地址，指令字长应取多少位，画出指令格式：
解答：欲使指令可直接访问4M字存储器的任一单元，采用寄存器 存储器型指令，该机指令应包括22位的地址码、3位寄存器编号和7位操作码，即指令字长取22 + 3 + 7 =32位，指令格式为7322A。
2、若在上述设计的指令字中设置一寻址特征位X，且X = 1表示某个寄存器作基址寄存器，画出指令格式。试问基址寻址可否访问主存的任一单元，为什么，如不能，提出一种方案，使其可访问主存的任一位置：
解答：上述指令格式中增设一寻址特征位，且X = 1表示某个寄存器作基址寄存器RB。其指令格式为731318XRB由于通用寄存器仅16位，形式地址18位，不足以覆盖4M地址空间。
可将RB寄存器内容左移6位，低位补0，形成22位基地址，然后与形式地址相加，所得的有效地址即可访问4M字存储器的任一单元。
3、若主存容量扩大到4G字，且存储字长等于指令字长，则在不改变上述硬件结构的前提下，可采用什么方法使指令可访问存储器的任一位置：
解答：若主存容量扩大到4G字，且存储字长等于指令字长，则在不改变上述硬件结构的前提下，采用一次间址即可访问存储器的任一单元，因为间址后得到的有效地址为32位，232=4G。
四、某机主存容量为4M×16位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统能完成97种操作，操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式。
1、画出一地址指令格式并指出各字段的作用：
解答：一地址指令格式为 OP 操作码字段，共7位，可反映97种操作；M 寻址方式特征字段，共3位，可反映6种寻址方式；A 形式地址字段，共16 – 7 – 3 = 6位。
2、该指令直接寻址的最大范围：
解答：直接寻址的最大范围为26 = 64。
五、设某机配有基址寄存器和变址寄存器，采用一地址格式的指令系统，允许直接和间接寻址，且指令字长、机器字长和存储字长均为16位。
1、若采用单字长指令，共能完成105种操作，则指令可直接寻址的范围是多少。一次间址的寻址范围是多少，画出其指令格式并说明各字段的含义：
在单字长指令中，根据能完成105种操作，取操作码7位。因允许直接和间接寻址，且有基址寄存器和变址寄存器，故取2位寻址特征位，其指令格式为：727 其中OP为操作码，可完成105种操作.
M为寻址特征，可反映四种寻址方式；AD为形式地址。 这种指令格式可直接寻址27 = 128，一次间址的寻址范围是216 = 65536。
2、若存储字长不变，可采用什么方法直接访问容量为16MB的主存：
容量为16MB的存储器，正好与存储字长为16位的8M存储器容量相等，即16MB=8M×16位。欲使指令直接访问16MB 的主存，可采用双字长指令。
其操作码和寻址特征位均不变，其格式为7 2 7 AD1AD2，其中形式地址为AD1∥AD2，7+16=23位。223=8M，即可直接访问主存的任一位置。
