计原指令系统习题.doc

1、（12分）一台处理机具有如下指令格式
２位 　６位　　３位　　　　３位
X
OP
源寄存器
目标寄存器
地　　址
格式表明有８位通用寄存器（长度１６位），X指定寻址模式，主存实际容量为２５６k字。
（１） 假设不用通用寄存器也能直接访问主存中的每一个单元，并假设操作码域OP=6位，请问地址码域应分配多少位？指令字长度应有多少位？
假设X=11时，指定的那个通用寄存器用做基值寄存器，请提出一个硬件设计规划，使得被指定的通用寄存器能访问1M主存空间中的每一个单元。
2．（12分）某机的16位单字长访内指令格式如下：
　　　　　　４　２　１　１　８
ＯＰ
Ｍ　　　
Ｉ
Ｘ
Ｄ
其中Ｄ为形式地址，补码表示（其中一位符号位）；Ｉ为直接／间接寻址方式：
Ｉ＝１为间接寻址方式，Ｉ＝０为直接寻址方式；　Ｍ为寻址模式：０为绝对地址，１为基地址寻址，２为相对寻址，３为立即寻址；　Ｘ为变址寻址。设ＰＣ，Ｒx，Ｒb分别为指令计数器，变址寄存器，基地址寄存器，Ｅ为有效地址，请回答以下问题：
（１） 该指令格式能定义多少种不同的操作？立即寻址操作数的范围是多少？
（２） 在非间接寻址情况下，写出各计算有效地址的表达式
（３） 设基址寄存器为１４位，在非变址直接基地址寻址时，确定存储器可寻址的地址范围
（４） 间接寻址时，寻址范围是多少？
3．（12分）一台处理机具有如下指令字格式:
1 3位
X OP 寄存器 地址
其中,每个指令字中专门分出3位来指明选用哪一个通用寄存器(12位),最高位用来指明它所选定的那个通用寄存器将用作变址寄存器(X=1时),主存容量最大为16384字.
(1) 假如我们不用通用寄存器也能直接访问主存中的每一个操作数,同时假设有用的操作码位数至少有7位,试问:在此情况下,“地址”码域应分配多少位?“OP”码域应分配多少位?指令字应有多少位?
(2) 假设条件位X=0,且指令中也指明要使用某个通用寄存器,此种情况表明指定的那个通用寄存器将用作基值寄存器.请提出一个硬件设计规则,使得被指定的通用寄存器能访问主存中的每一个位置。
(3)假设主存容量扩充到32768字,且假定硬件结构已经确定不变,问采用什么实际方法可解决这个问题?
1．解：（１）因为218=256K，所以地址码域＝１８位, 操作码域＝６位
　　　　　　指令长度＝18 + 3 + 3 + 6 + 2 = 32位
　　（２）此时指定的通用寄存器用作基值寄存器（１６位），但１６位长度不足以覆盖1M字地址空间，为此将通用寄存器左移，４位低位补０形成２０位基地址。然后与指令字形式地址相加得有效地址，可访问主存1M地址空间中任何单元。
2、解：（1） 该指令格式可定义16种不同的操作，立即寻址操作数的范围是 –128 ~+127
（2） 绝对寻址（直接寻址） E ＝ A
基值寻址 E = （R b）+A
相对寻址 E = （PC）+A
立即寻址 D = A
变址寻址 E = （R X）+A
（3） 由于E = （R b）+A，R b=14位，故存储器可寻址的地址范围为（16383+127）~（16383-128）应该是0~（16383+127）
（4） 间接寻址时，寻址范围为64K，因为此时从主存读出的数作为有效地址（16位）。
3．解: (1)地址码域=14位, 214=16384
操作码域=7位
指令字长度=14+7+3=24位
(2)此时指定的通用寄存器用作基值寄存器(12位),但12位长度不足以覆盖16K地址空间,为此可将通用寄存器内容(12位)左移2位低位补0形成14位基地址,然后与形式地址相加得一地址,该地址可访问主存16K地址空间中的任一单元.
(3)可采用间接寻址方式来解决这一问题,因为不允许改变硬件结构.