计算机组成原理习题 第四章.docx
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计算机组成原理习题第四章
第四章
一．填空题
1.根据操作数所在位置，指出其寻址方式：
操作数在寄存器中，称为寻址方式；操作数地址在寄存器中，称为寻址方式；操作数在指令中，称为寻址方式；操作数地址在指令中，为寻址方式。
操作数的地址，为某一个寄存器中的内容与位移之和，则可以是、和寻址方式。
2.设字长和指令长度均为24位，若指令系统可完成108种操作，且具有直接、间接（一次间址）、变址、基址、相对、立即等6种寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占位，寻址特征位占位，可直接寻址的范围是，一次间址的范围是。
3.指令字中的地址码字段（形式地址）有不同的含意，它是通过体现的，因为通过某种方式的变换，可以得出地址。
常用的指令地址格式有、、和四种。
4.立即寻址的指令其指令的地址字段指出的不是，而是。
5.寄存器直接寻址操作数在中，寄存器间接寻址操作数在中，所以执行指令的速度前者比后者。
6.设形式地址为X，则直接寻址方式中，操作数的有效地址为；间接寻址方式中，操作数的有效地址为；相对寻址中，操作数的有效地址为。
7.变址寻址和基址寻址的区别是：
基址寻址中基址寄存器提供，指令的地址码字段提供。
而变址寻址中变址寄存器提供，指令的地址码字段提供。
8.指令寻址的基本方式有两种，一种是寻址方式，其指令地址由给出，另一种是寻址方式，其指令地址由给出。
9.不同机器的指令系统各不相同，一个较完善的指令系统应该包括、、、、、等类指令。
10.常见的数据传送类指令的功能可实现和之间或和之间的数据传送。
11.设指令字长等于存储字长，均为24位，某指令系统可完成108种操作，操作码擦汗高难度固定，且具有直接、间接（一次间址）、变址、基址、相对、立即等寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占位，寻址特征占位，可直接寻址的范围是，一次间址的范围是。
12.设计器指令系统可完成98种操作，指令字长为16位，操作码长度固定。
若该指令系统具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，其指令代码中操作码占位，寻址特征占位，形式地址码占位，一次间址的范围是。
13.某机采用三地址格式指令，共能完成50种操作，若机器可在1K地址范围内直接寻址，则指令字长应取位，其中操作码占位，地址码占位。
14.RISC指令系统选取使用频率较高的一些指令，复杂指令的功能由指令的组合来实现。
其指令长度，指令格式种类，寻址方式种类，只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行，且采用流水线技术，大部分指令在时间内完成。
15.操作数的地址直接在指令中给出的寻址方式是。
16.操作数的地址在寄存器中的寻址方式是。
17.操作数的地址在主存储器中的寻址方式是。
18.操作数的地址隐含在指令的操作码中，这种寻址方式是。
二．选择题
1.执行一条一地址的加法指令共需要次访问主存（含取指令）。
A．1B．2C．3D．4
2.零地址的运算类指令在指令格式中不给出操作数地址，参加的两个操作数来自。
A．累加器和寄存器B．累加器和暂存器
C．堆栈的栈顶和次栈顶单元D．暂存器和堆栈的栈顶单元
3.在关于一地址运算类指令的叙述中，正确的是。
A．仅有一个操作数，其地址由指令的地址码提供
B．可能有一个操作数，也可能有两个操作数
C．一定有两个操作数，另一个是隐含的
D．指令的地址码字段存放的一定是操作码
4.一个计算机系统采用32位单字长指令，地址码为12位，如果定义了250条二地址指令，那么单地址指令的条数有。
A．4KB．8K
C．16KD．24K
5.某计算机存储器按字（16位）编址，每取出一条指令后PC值自动+1，说明其指令长度是。
A．1字节B．2字节
C．3字节D．4字节
6.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是。
A．可降低指令译码难度
B．缩短指令字长，扩大寻址空间，提高编程灵活性
C．实现程序控制
7.一地址指令中，为完成两个数的算术运算，除地址译码指明的一个操作数外，另一个数常采用。
A．堆栈寻址方式
B．立即寻地址方式
C．隐含寻址方式
8.二地址指令中，操作数的物理位置可安排在。
（本题是多项选择）
A．两个主存单元
B．两个寄存器
C．一个主存单元和一个寄存器
D．栈顶和次栈顶
9.变址寻址方式中，操作数的有效地址是。
A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）
B．程序计数器内容加上形式地址
C．变址寄存器内容加上形式地址
10.采用基址寻址可扩大寻址范围，且。
A．基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中不可变
B．基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中不可变
C．基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中可变
11.采用变址寻址可扩大寻址范围，且。
A．变址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中不可变
B．变址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中可变
C．变址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中可变
12.程序控制类指令的功能是。
A．进行主存和CPU之间的数据传送
B．进行CPU和设备之间的数据传送
C．改变程序执行的顺序
13.运算型指令的寻址和转移型指令的寻址不同点在于。
A．前者取操作数，后者决定程序转移地址
B．前者是短指令，后者是长指令
C．后者是短指令，前者是长指令
14.指令的寻址方式有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现。
A．程序浮动
B．程序的无条件转移和浮动
C．程序的条件转移和无条件转移
15.为了缩短指令中地址码的位数，应采用寻址。
A．立即数B．寄存器C．直接
16.下列三种类型的指令，执行时间最长。
A．RR型B．RS型C．SS型
17.对于实现程序浮动提供了较好的支持。
A．间接寻址B．变址寻址C．相对寻址
18.便于处理数组问题。
A．间接寻址B．变址寻址C．相对寻址
19.有利于编制循环程序。
A．基址寻址B．相对寻址C．寄存器间址
20.在下列寻址方式中，寻址方式需要先计算，再访问主存。
A．立即B．变址C．间址
21.下列叙述中，能反映RISC的特征（多项选择）。
A．丰富的寻址方式
B．指令执行采用流水方式
C．控制器采用微程序设计
D．指令长度固定
22.下列叙述中，能反映CISC的特征（多项选择）。
A．丰富的寻址方式
B．控制器采用组合逻辑设计
C．指令字长固定
D．大多数指令需要多个时钟周期才能执行完成
E．各种指令都可以访存
F．只有LOAD/STORE指令可以访存
G．采用优化编译技术
三．简答题
1.在寄存器—寄存器型、寄存器—存储器型和存储器—存储器型这3类指令中，哪类指令的执行时间最长？
哪类指令的执行时间最短？
为什么？
2.某计算机的指令系统定长为16位，采用扩展操作码，操作数地址需4位。
该指令系统已有三地址指令M条，二地址指令N条，没有零地址指令。
问：
最多含有多少条一地址指令？
3.某机器指令码长度16位，地址码长度都为6位，包含单地址指令、双地址指令和零地址指令，试问单地址指令最多能有多少条，此时双地址指令和零地址指令各位多少条？
4.设计算机指令字长为16位，指令中地址字段的长度为4位，共11条三地址指令，72条二地址指令，64条零地址指令。
问最多还能安排多少条一地址指令？
5.某机主存容量为4MB×16,且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成108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6种寻址方式，试回答：
（1）画出一地址指令格式，并指出各字段的作用；
（2）该指令直接寻址的最大范围；
（3）一次间址和多次间址的寻址范围；
（4）立即数的范围（十进制表示）；
（5）相对寻址的位移量（十进制表示）；
（6）上述6种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？
哪一种最长？
为什么？
哪一种便于程序浮动？
哪一种最适合处理数组问题？
6.某16位机器所使用的指令格式和寻址方式如图4—1所示，该机有2个20位基址寄存器，4个16位变址寄存器，16个16位通用寄存器，指令汇编格式中的S（源），D（目标）都是通用寄存器，M是主存的一个单元，3种指令的操作码分别是MOV（OP）=0AH、STA（OP）=1BH、LDA（OP）=3CH，其中MOV为传送指令，STA为写数指令，LDA为读数指令。
要求：
（1）分析3种指令的指令格式和寻址方式特点。
（2）CPU完成哪一种操作所花时间最短？
哪一种最长？
第二种指令的执行时间有时会等于第三种指令的执行时间吗？
（3）下列情况下每个十六进制指令字分别代表什么操作？
其中有编码不正确时，如何改正才能成为合法指令？
①F0F1H,3CD2H②2856H③6FD6H④1C2H
6244
OP
—
目标
源
MOVS,D
6244
OP
基址
源
变址
位移量
STAS,M
6244
LDAD,M
图4—1习题6的指令格式
7.CPU的双操作数指令格式如图4—2所示。
43333
OP
Md
Rd
Ms
Rs
图4—2一种双操作数指令格式
OP为4位操作码，Md和Ms分别为3位目的和源操作数寻址方式，Rd和Rs分别为3位目的和源寄存器号。
问：
（1）计算机设计16种双操作数指令是否可取？
为什么？
（2）CPU内部寄存器增加到16个，在不改变指令长度的条件下，可以用哪两种方式修改指令格式（画出修改后的指令格式），将对指令功能产生什么影响？
（3）如不降低指令功能，指令长度可变，画出具有16个寄存器的双操作数指令的格式。
8.某机字长16位，直接寻址空间128字，变址时的位移量是-64~+63,16个通用寄存器都可以作为变址寄存器，设计一套指令系统，满足下列寻址类型的要求。
（1）直接寻址的二地址指令3条；
（2）变址寻址的一地址指令6条；
（3）寄存器寻址的二地址指令8条；
（4）直接寻址的一地址指令12条；
（5）零地址指令32条。
9.指令字中有哪些字段?
各有何作用？
如果确定这些字段的位数？
10.设某机器共能完成78种操作，若指令宁长为16位，试同单地址格式的指令其地址码可取几位?
若想使指令的寻址范围扩大到216，可采用什么办法?
举出三种不同的例子加以说明。
11.某机字长32位，CPU内有32个32位的通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统，设指令字长等于机器字长。
（1）如果主存可直接或间接寻址，栗用寄存器存储器型指令，能直接寻址的最大存储空间是多少？
画出指令格式。
（2）如果采用通用寄存器作为基址寄存器，则上述寄存器一存储器型指令的指令格式有何特点？
画出指令格式并指出这类指令可访同多大舶存储空间？
12.若机器采用三地址格式访存指令，试问完成一条加法指令共需访问几次存储器？
若该机共能完成54种操作。
操作数可在IK地址范围内寻找，试画出该机器的指夸格式。
13.某机指令格式如图4—3所示：
OP
I
A
03457
图4—313题机器指令格式
图中I为间址特征位（1=0，直接寻址；l=1，一次间接寻址）。
假设存储器部分单元有以下内容：
指出下列机器指令（十六进制表示）的有效地址。
（1）D7;
（2）DF;（3）DE;（4）D2.
14.某机指令格式如图4—4所示：
OP
X
A
0567815
图4—414题机器指令格式
图中X为寻址特征位，且
当X=0时，不变址；
X=1时，用变址寄存器X1进行变址；
X=2时，用变址寄存器X2进行变址；
X=3时，相对寻址。
设（PC）=1234H，[X1]=0037H,[X2]=1122H，确定下列指令的有效地址（指令和地址均用十六进制表示）；
（1）4420；
（2）2244；（3）1322；（4）3521.
15.某机存储器容量为64K×16位，该机访存指令格式如图4—5下：
OP
M
I
X
A
034567815
图4—515题访存指令格式
其中M为寻址模式：
0为直接寻址，l为基址寻址，2为相对寻址，3为立即寻址；I为间址特征（I=l间址）；x为变址特征（X=l变址）。
设PC为程序计数器，RX为变址寄存器，RB为基址寄存器，试问：
（1）该指令能定义多少种操作?
（2）立即寻址操作数的范围。
（3）在非间址睛况下，除立即寻址外，写出每种寻址方式计算有效地址的表达式。
（4）设基址寄存嚣为14位，在非变址直接基址寻址时，指令的寻址范围是多少？
（5）间接寻址时，寻址范围是多少7若允许多重间址，寻址范围又是多少？
16.一种一地址指令的格式如下图4—5所示：
OP
I
X
A
图4—516题指令格式
其中I为间址特征，X为寻址模式，A为形式地址。
设R为通用寄存器，也可作为变址寄存器。
在表4—1中填入适当的寻址方式名称。
表4—1寻址表
17.某机使用的指令格式和寻址方式如图4—6所示，该机有16个16位的通用寄存器，并可选定任一个通用寄存器作为变址寄存器。
指令汇编格式中的S（源）、D（目标）都是通用寄存器，M是主存中的一个单元。
图4—6某机的指令格式和寻址方式
试问：
（1）CPU完成哪一种操作花的时问最短?
为什么？
（2）CPU完成哪一种操作花的时闻最长?
为什么？
（3）第②种指令的执行时间有时会等于第③种指令的执行时间吗?
为什么?
（4）哪种指令操作技的寻址范围最大?
为什么?
18.某机机器字长、指令字长和存储字长均为16位，指令系统共能完成50种操作，采用相对寻址、间址、直接寻址。
试问：
（1）指令格式如果确定？
各种寻址方式的有效地址如何形成？
（2）能否增加其他寻址方式？
说明理由。
19.RISC指令系统具有哪些主要特点？
20.设某及共能完成120种操作，CPU有8个通用寄存器（12位），主存容量为16K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？
（2）若在上述设计的指令字中设置一寻址特征位X,且X=0表示某个寄存器作基址寄存器，画出指令格式。
试问采用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，使指令可访问主存的任一位置。
（3）若指令字长等于存储字长，且主存容量扩大到64K，在不改变硬件结构的前提下，可采用什么方法使指令可访问存储器的任一位置？
21.某计算机的指令宇长16位，采用扩展操作码，操作数地址取4位。
假设该指令系统已有X条三地址指令，Y条二地址指令，没有零地址指令，问最多还有几条一地址指令?
22.设指令字长为16位，每个地址码为6位，采用扩展操作码技术，设计12条二地址指令,96条一地址指令，50条零地址指令。
列出操作码的扩展形式并计算操作码的平均长度。
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