计算机组成原理第五版白中英详细第4章习题参考答案.docx
《计算机组成原理第五版白中英详细第4章习题参考答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理第五版白中英详细第4章习题参考答案.docx（10页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
计算机组成原理第五版白中英详细第4章习题参考答案
第4章习题参考答案
1．ASCII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OP
12位操作数
…
12位操作数
单操作数指令
7位OP
25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。
1510
!
98
74
30
OP
-
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26=64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。
1510987430
1510
98
74
30
—
OP
-
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26=64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。
1512
119
86
53
20
OP
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
I
X
有效地址E
①
②
③
④
⑤
}
⑥
0
0
0
0
1
1
00
01
10
|
11
00
10
E=D
E=（PC）+D
E=（R）+D
E=（R1）+D
E=（D）
E=（（R1）+D），D=0
）
答：
①直接寻址②相对寻址③变址寻址
④基址寻址⑤间接寻址⑥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：
3126
2518
1716
150
【
OP
-
寻址方式X
D
设：
寻址方式X=00为直接寻址方式，由16位的D直接给出有效地址，EA=D
寻址方式X=01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X=10为变址寻址方式，设变址寄存器为IR，则EA=（IR）+D
寻址方式X=11为相对寻址方式，设程序计数器为PC，则EA=（PC）+D（D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D
3126
2524
2320
^
190
OP
寻址方式
寄存器
D
D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D
3126
2524
2320
1916
#
150
OP
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．将表的指令系统设计成二地址格式的指令系统。
，
答：
表中的指令共有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：
3126
2522
2113
129
80
OP
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。
D．RISC设有乘、除法指令和浮点运算指令。
答：
C
~
12．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MIPSR4000汇编语言代码。
C赋值语句是：
=（g+h）-（i+j）
假设变量、g、h、i、j分别分配给寄存器$s0、$s1、$s2、$s3、$s4。
答：
该语句翻译成MIPSR4000汇编语句如下：
add$s5,$s1,$s2;将g+h的和存入寄存器$s5中（$s5=$s1+$s2）
add$s6,$s3,$s4;将i+j的和存入寄存器$s6中（$s6=$s3+$s4）
sub$s0,$s5,$s6;将结果存入寄存器$s0中（$s0=$s5-$s6）
（
14．将如下MIPSR4000汇编语言翻译成机器语言指令。
lw$t0,1200（$t1）
add$t0,$s2,$t0
sw$t0,1200（$t1）
答：
已知MIPS指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0$s7对应的寄存器号为1623（十进制），寄存器$t0$t7对应的寄存器号为815。
MIPS指令的字段值
指令
格式
op
rs
rt
rd
shamt
funct
常数或地址
add（加）
R
0
reg
#
reg
reg
0
32
sub（减）
R
0
reg
reg
…
reg
0
34
立即数加
I
8
reg
reg
\
常数
lw（取字）
I
35
reg
reg
）
address
sw（存字）
I
43
reg
reg
#
address
由此，可写出以上3条指令翻译成机器语言指令如下表所示。
3条指令对应的机器语言
指令
机器语言各字段
各字段长度
6位
5位
5位
5位
!
5位
6位
R型
op
rs
rt
rd
shamt
funct
I型
）
op
rs
rt
address
lw$t0,1200（$t1）
35
9
8
1200
add$t0,$s2,$t0
！
0
18
8
8
0
32
sw$t0,1200（$t1）
43
9
8
》
1200
15．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：
ADDr5,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
cond
F
I
；
opcode
S
Rn
Rd
operand2
ADD（加）
14
0
0
4
。
0
reg
reg
reg
SUB（减）
14
0
0
2
0
\
reg
reg
reg
ADD（立即数加）
14
0
1
4
0
reg
?
reg
constant（12位）
LDR（取字）
14
1
24
reg
reg
]
address（12位）
STR（存字）
14
1
25
reg
reg
address（12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
ADDr5,r1,r2的机器语言
cond
F
opcode
Rn
Rd
offset12
I
opcode
S
operand12
十进制
14
0
0
4
0
1
5
2
二进制
1110
0
0
100
0
0001
0101
000000000010
16．将下面C语言翻译成ARM汇编语言代码，C赋值语句是：
=（g+h）-（i+j）
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：
addr5,r1,r2;将g+h的和存入寄存器r5中（r5=r1+r2）
addr6,r3,r4;将i+j的和存入寄存器r6中（r6=r3+r4）
subr0,r5,r6;将结果存入寄存器r0中（r0=r5-r6）
^
升级会员 