指令-习题.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,母版标题样式,*,指令系统,设某机为定长指令字结构，指令长度12位，每个地址码占3位，试提出一种分配方案，使该指令系统包含：4条三地址指令，8条二地址指令，180条单地址指令。,解：,000,001,010,011,OP,A,1,A,2,3,3,3,A,3,3,二地址指令8条,单地址指令64条,单地址指令64条,单地址指令52条,三地址指令4条,(100)OP=6位,100 000,111,(101)OP=9位,101 000 000,111 111,(110)OP=9位,110 000 000,111 111,(111)OP=9位,111 000 000,110 011,单地址指令180条,1,指令系统,指令格式同上题，能否构成：三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令64条？为什么？,解：,OP,A,1,A,2,3,3,3,A,3,3,000,001,010,011,单地址指令64条,单地址指令64条,单地址指令64条,单地址指令63条,三地址指令4条,(100)OP=9位,100 000 000,111 111,(101)OP=9位,101 000 000,111 111,(110)OP=9位,110 000 000,111 111,(111)OP=9位,111 000 000,111 110,单地址指令255条,(111 111 111)OP=12位,111 111 111 000,111 111 111,零地址指令8条,不能，因为按此分配方案，零地址指令只能有8条，不够64条。,2,某机为定长指令字结构，指令长度16位；每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。若双操作数指令已有K种，无操作数指令已有L种，1)单操作数指令最多可能有多少种？,解：,指令系统,OP,A,1,A,2,4,6,6,0000,K-1,K 000000,111111,K+n 000000,111111,xxxxxx 000000,111111,1111 111111 000000,111111,K条,L条,?,(2,4,-K)*2,6,L/2,6,3,指令系统,2)上述三类指令各自允许的最大指令条数多少？,OP,A,1,A,2,4,6,6,0000,1110,双操作数指令最多为15条,OP,A,1,A,2,4,6,6,00001条双操作数指令,0001 000000,111111,1111 000000,111110,(1111 111111)无操作数指令扩展口,单操作数指令最多为15*2,6,-1,OP,A,1,A,2,4,6,6,00001条双操作数指令,(0001)单操作数指令扩展口,0010 000000000000,111111111111,1111 000000000000,111111111111无操作数指令最多为14*2,12,(1111 111111)无操作数指令扩展口,(0001)单操作数指令扩展口,4,指令系统,OP,A,1,A,2,4,6,6,00001条双操作数指令,(0001)单操作数指令扩展口,0010 000000000000,111111111111,1111 000000000000,111111111111,无操作数指令最多为14*2,12,0000,xxxxxx xxxxxx,(0001),单操作数指令扩展口,0001 000000,xxxxxx,单操作数指令1条,0001 000001,00000,111111111111,0010 000000000000,111111111111,1111 000000000000,111111111111,OP,A,1,A,2,4,6,6,无操作数指令最多为,15*2,12,-,2,6,5,无操作数指令最多为14*2,12,是什么导致这样的结果？,2)上述三类指令各自允许的最大指令条数多少？,OP,A,1,A,2,4,6,6,0000,1110,双操作数指令最多为15条,OP,A,1,A,2,4,6,6,00001条双操作数指令,0001 000000,111111,1111 000000,111110,(1111 111111)无操作数指令扩展口,单操作数指令最多为15*2,6,-1,OP,A,1,A,2,4,6,6,00001条双操作数指令,(0001)单操作数指令扩展口,0010 000000000000,111111111111,1111 000000000000,111111111111,无操作数指令最多为,14*2,12,(1111 111111)无操作数指令扩展口,(0001)单操作数指令扩展口,6,某机字长16位，内存容量为64K字，指令格式为单字长单地址，共有64条指令。试说明：,(1)若只采用直接寻址方式，指令能访问多少内存单元？,解：,指令系统,(2)为扩充指令的寻址范围，可采用直接/间接寻址方式，若只增加一位直接/间接标志，指令可寻址范围为多少？指令直接寻址的范围为多少OP,D,15 10 9 0,EA=D 1024个单元,OP,D,15 10 9 8 0,间接：EA=(D)64K个单元,直接：EA=D 512个单元,9,指令系统,(3)采用页面寻址方式，若只增加一位Z/C(零页/现行页)标志，指令寻址范围为多少？指令直接寻址范围为多少？,(4)采用(2)、(3)两种方式结合，指令的寻址范围为多少？指令直接寻址范围为多少？,OP,D,15 10 9 8 0,Z/C,EA=页面号/D 64K个单元,直接：EA=D 256个单元 间接：EA=（D）64K个单元,页面：EA=页面号/D 64K个单元,OP,D,15 10 9 8 7 0,Z/C,10,指令系统设某机字长32位，CPU有32个32位的通用寄存器，设计一个能容纳64种操作的单字长指令系统。,(1)如果是存储器间接寻址方式的寄存器存储器型指令，能直接寻址的最大内存空间是多少？,解：机器字长32位，单字长指令，指令字长也为32位，指令系统能容纳64种操作，操作码为6位。,RS型双操作数指令，32个寄存器,(2)如果采用通用寄存器作为基址寄存器，能直接寻址的最大内存空间又是多少？,基址寻址 EA=(Ri)+D 2,32,=4G个单元,OP（6位）,Ri(5位）,D（21位）,直接寻址 EA=D,2,21,=2M个存储单元,11,指令系统,已知某小型机字长为16位，其双操作数指令的格式如下：其中，OP为操作码，R为通用寄存器地址，试说明下列各种情况下能访问的最大内存区有多少机器字？,(1)A为立即数。,立即数：访问1个内存单元。指令本身。,(2)A为直接内存单元地址。,2,8,=256个机器字。,(3)A为间接地址（非多重间址）。,EA=（A）2,16,=64K,(4)A为变址寻址的形式地址，假定变址寄存器为Ri(字长16位）。,EA=（R1）+A 64K,OP,R,A,0 5 6 7 8 15,12,(05)=100001,(00)=100002,(4)000005Q,(3)100010Q,(2)100000Q,(10)=100005,指令系统,计算机下列四条指令的有效地址(指令长度为16位)。,(1)000000Q (2)100000Q,(3)100010Q (4)000005Q,假定：上述4条指令均用八进制书写，指令的最左边是一位间址指示位(=0，直接寻址；=1，间接寻址），且具有多重间访功能；指令的最右边两位为形式地址；内存容量2,15,单元，下表为有关内存单元的内容(八进制)：,地址,内容,000,00,100002,000,01,046710,000,02,054304,000,03,100000,000,04,102543,000,05,100001,000,06,063215,000,07,077710,000,10,100005,(1)000000Q形地,形地,二间,二间,三间,形地,形地,形地,EA=00,EA=00005Q,形地,形地,一间,一间,直,直,EA=(02)=054304Q,EA=(01)=046710Q,操作数=100001Q,操作数=100002Q,13,指令系统,14.假定某机的指令格式如下：,11,10 9,8,7,6,5 0,OP,I,1,I,2,Z/C,A,解：(1)EA=0046Q (2)EA=1144Q,其中:Bit8=1：变址寄存器I1寻址；Bit7=1：变址寄存器I,2,寻址；Bit6(零页/现行页寻址)：Z/C=0，表示0页面；Z/C=1，表示现行页面，即指令所在页面。,若内存容量为2,12,个存储单元，分为2,6,个页面，每个页面有2,6,个字。,设有关寄存器的内容为：,(PC)=0340Q (I,1,)=1111Q (I,2,)=0256Q，,试计算下列指令的有效地址。,(1）1046Q （2）2433Q （3）3215Q （4）1111Q,14,指令系统,（3）3215Q=,（4）1111Q=,0,11,0,1,0,001101,I,2,变址,偏移量,EA=（I,2,）+15Q=0256Q+15Q=0273Q,0,01,0,0,1,001001,现行页,页内地址,EA=(PC),H,/11Q=03/11Q=0311Q,15,指令系统,15.假定指令格式如下：,15,12 11,109,8,7 0,OP,I,1,I,2,Z/C,D/I,A,其中:D/I为直接/间接寻址标志，D/I=0表示直接寻址，D/I=1表示间接寻址。其余标志位同前题说明。若内存容量为2,16,个存储单元，分为2,8,个页面，每个页面有2,8,个字。,设有关寄存器的内容为：,(I,1,)=002543Q (I,2,)=063215Q (PC)=004350Q，,试计算下列指令的有效地址。,(1）152301Q （2）074013Q,（3）161123Q （4）140011Q,16,指令系统,（1）3215Q=,（2）1111Q=,1101,0,1,0,0,11000001,EA=(I,2,)+A=063215Q+301Q=063516Q,EA=(I,1,),+A=002543Q+013Q=002556Q,（3）3215Q=,（4）1111Q=,EA=（PC),H,/A=004Q/123Q=004123Q,EA=000/A=000Q/011Q=000011Q,0111,1,0,0,0,00001011,1110,0,0,1,0,01010011,1100,0,0,0,0,00001001,I,2,变,I,1,变,现行页,0页,17,指令系统,16.举例说明哪几种寻址方式除去取指令以外不访问存储器？哪几种寻址方式除去取指令外只需访问一次存储器？完成什么样的指令，包括取指令在内共访问4次存储器？解：,1)立即寻址 mov ax,0020H 寄存器寻址 mov ax,bx 除取指外不访问内存。,2)寄存器间接寻址 mov ax,bx,直接寻址 mov ax,si+20H,页面寻址、基址寻址 mov ax,bx+20H,变址寻址 mov ax,si+20H,相对寻址 这六类除取指外，只访问一次存储器。,3)二级间接寻址包括取指令在内，共访问4次内存。,1,一间,OP,0 EA,操作数,取指,1 二间,18,指令系统,17.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位移量，用补码表示。假设当前转移指令第一个字节所在的地址为2000H，且CPU每取一个字节便自动完成（PC）+1,PC的操作。试问当执行JMP*+8和JMP*-9指令（*为相对寻址特征）时，转移指令第二字节的内容各为多少？,解：,操作码,位移量,2000H,2001H,2002H,位移量,位移量,下一指令,JMP指令,PC,PC+2,JMP*+8 指令第二字节 08H,转移目的地址 2000H+2H+08H=200AH,JMP*-9 指令第二字节F7H（补码）,转移目的地址2000H+2H+F7H=1FFF9H,19,指令系统,19.在某些计算机中，调用子程序的方法是这样实现的：转子指令将返回地址存入子程序的第一个字单元，然后从第二个字单元开始执行子程序，请回答下列问题：,（1）为这种方法设计一条从子程序转到主程序的返回指令。,解：返回地址是保存在子程序的第一个单元中，故此时返回指令应当是一地址指令。如,OP,子程序首地址,间接寻址可找到返回地址，然后无条件转移到返回的位置。,20,指令系统,主程序,子程序,A,JMP A,CALL A,K,K+1,K+1,返回地址,21,指令系统,（2）在这种情况下，怎么在主、子程序间进行参数的传递？,在这种情况下，可利用寄存器或主存单元进行主、子程序间的参数传递。,（3）上述方法是否可用于子程序的嵌套？,可以用于子程序的嵌套（多重转子）。因为每个返回地址都放在调用的子程序的第一个单元中。,（4）上述方法是否可用于子程序的递归？,不可以用于子程序的递归，因为当某个子程序自己调用自己时，第一个单元的内容将被破坏。,（5）如果改用堆栈方法，是否可实现4）所提出的问题？,如果改用堆栈方法，可以实现子程序的递归，因堆栈具有后进先出的功能。,22,指令系统,20.某计算机有10条指令，它们的使用频度分别是：,0.3,0.24,0.16,0.12,0.07,0.04,0.03,0.02,0.01,0.01用Huffman编码法对它们的操作码进行编码，并计算其操作码的平均码长。,0.01 0.01 0.02 0.03 0.04 0.07 0.12 0.16 0.24 0.30,0.02,0.28,0.04,0.07,0.11,0.18,0.421.00,0.58,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1111111,1111110,111110,11110,1110,110,011 010 10 00,L=2.64,等长编码=4,23,指令系统,21.某计算机有8条指令，它们的使用频度分别是：,0.3,0.3,0.2,0.1,0.05,0.02,0.02,0.01，试分别用Huffman编码法和Huffman扩展编码法对其操作码进行编码，限定Huffman扩展编码法只能有两种长度。它们的平均码长各比定长操作码的码长减少多少？,（1）,Huffman编码法,0.01 0.02 0.02 0.05 0.1 0.2 0.3 0.3,0.03,0.05,0.10,0.2,0.4,0.6,1.0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,111111,111110,11110,1110,110,10,01 00,L=2.38,24,指令系统,(2)Huffman扩展编码法：只有2位、3位两种码长,0.01 0.02 0.02 0.05 0.1 0.2 0.3 0.3,1111 1110 1101 1100 11 10 01 00,L=2.2,(3)等长编码=3位,Huffman编码法减少 3-2.38=0.62位,Huffman扩展编码法减少 3-2.2=0.8,25,