計算機組成原理

1、第7章指令系統(tǒng)(13691016)1.什么叫機器指令？什么叫指令系統(tǒng)？為什么說指令系統(tǒng)與機器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系？答：參考P300。因為機器硬件是靠指令來操控的，每條指令執(zhí)行之后，由CPU來實現(xiàn)指令想要實現(xiàn)的功能16.某機主存容量為4M?16位，且存儲字長等于指令字長，若該機指令系統(tǒng)可完成108種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對、立即等六種尋址方式，試回答：（1）畫出一地址指令格式并指出各

2、字段的作用；（2）該指令直接尋址的最大范圍；（3）一次間址和多次間址的尋址范圍；（4）立即數(shù)的范圍（十進制表示）；（5）相對尋址的位移量（十進制表示）；（6）上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時間最短？哪一種最長？為什么？哪一種便于程序浮動？哪一種最適合處理數(shù)組問題？（7）如何修改指令格式，使指令的尋址范圍可擴大到4M？（8）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，可采取什么措施？簡要說明之。解：（1）單字長一地址指令格式：OP（7位）M

3、（3位）A（6位）OP為操作碼字段，共7位，可反映108種操作；M為尋址方式字段，共3位，可反映6種尋址操作；A為地址碼字段，共1673=6位。（2）直接尋址的最大范圍為26=64。（3）由于存儲字長為16位，故一次間址的尋址范圍為216；若多次間址，需用存儲字的最高位來區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址，故尋址范圍為215。（4）立即數(shù)的范圍為32——31（有符號數(shù)），或0——63（無符號數(shù)）。（5）相對尋址的位移量為32——31。（6）上述六種尋

4、址方式中，因立即數(shù)由指令直接給出，故立即尋址的指令執(zhí)行時間最短。間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存(一次間接尋址要兩次訪存，多次間接尋址要多次訪存)，故執(zhí)行時間最長。變址尋址由于變址寄存器的內(nèi)容由用戶給定，而且在程序的執(zhí)行過程中允許用戶修改，而其形式地址始終不變，故變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序。相對尋址操作數(shù)的有效地址只與當前指令地址相差一定的位移量，與直接尋址相比，更有利于程序浮動。（7）方案一方案一：為使指令尋址范圍

5、可擴大到4M，需要有效地址22位，此時可將單字長一地址指令的格式改為雙字長，如下圖示：OP（7位）MOD（3位）A（高6位）A（低16位）方案二方案二：如果仍采用單字長指令（16位）格式，為使指令尋址范圍擴大到4M，可通過段尋址方案實現(xiàn)。安排如下：硬件設(shè)段寄存器DS（16位），用來存放段地址。在完成指令尋址方式所規(guī)定的尋址操作后，得有效地址EA（6位），再由硬件自動完成段尋址，最后得22位物理地址。即：物理地址=（DS）?26EA注：段

6、尋址方式由硬件隱含實現(xiàn)。在編程指定的尋址過程完成、EA產(chǎn)生之后由硬件自動完成，對用戶是透明的。方案三：方案三：在采用單字長指令（16位）格式時，還可通過頁面尋址方案使指令尋址范圍擴大到4M。安排如下：SP1→SPPC→MDRMDR→M(MAR)向量地址→PC0→EINTSP→MAR注：解這道題有兩個要素，首先要根據(jù)所給部件設(shè)計好數(shù)據(jù)通路，即確定信息流動的載體。其次選擇好描述數(shù)據(jù)流的方法，無論采用什么樣的表達方式，其關(guān)鍵都要能清楚地反映數(shù)

7、據(jù)在通路上流動的順序，即強調(diào)一個“流”字。較好的表達方式是流程圖的形式。17.在中斷系統(tǒng)中INTR、INT、EINT三個觸發(fā)器各有何作用？解：INTR——中斷請求觸發(fā)器，用來登記中斷源發(fā)出的隨機性中斷請求信號，以便為CPU查詢中斷及中斷排隊判優(yōu)線路提供穩(wěn)定的中斷請求信號。EINT——中斷允許觸發(fā)器，CPU中的中斷總開關(guān)。當EINT=1時，表示允許中斷（開中斷），當EINT=0時，表示禁止中斷（關(guān)中斷）。其狀態(tài)可由開、關(guān)中斷等指令設(shè)置。I

8、NT——中斷標記觸發(fā)器，控制器時序系統(tǒng)中周期狀態(tài)分配電路的一部分，表示中斷周期標記。當INT=1時，進入中斷周期，執(zhí)行中斷隱指令的操作。24.現(xiàn)有A、B、C、D四個中斷源，其優(yōu)先級由高向低按A、B、C、D順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間為20s，請根據(jù)下圖所示時間軸給出的中斷源請求中斷的時刻，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。解：A、B、C、D的響優(yōu)先級即處理優(yōu)先級。CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：010203040506070809010011