【正文】 用 題 ? 一片 EDRAM的存儲容量為 1M 4位 ， 其中 Sel為片選信號 ， RAS為行選通信號 ， CAS為列選通信號 ， Ref為刷新信號 ， A0~A10為地址輸入信號 。 再由 4個片組組成一個 1M 32位 （ 4MB） 的存儲模塊 。 若配置 4個這樣的 4MB模塊 ，存儲器容量可達 16MB。 （ 1） 假設(shè)不用通用寄存器也能直接訪問主存中的每一個單元 ， 并假設(shè)操作碼域 OP=6位 ， 請問地址碼域應(yīng)分配多少位 ？ 指令字長度應(yīng)有多少位 ？ （ 2） 假設(shè) X=11時 ， 指定的那個通用寄存器用做基值寄存器 ， 請?zhí)岢鲆粋€硬件設(shè)計規(guī)劃 ， 使得被指定的通用寄存器能訪問 1M主存空間中的每一個單元 。 設(shè)ＰＣ ， Ｒ x， Ｒ b分別為指令計數(shù)器 ， 變址寄存器 ， 基地址寄存器 ， Ｅ為有效地址 ， 請回答以下問題： （ １ ） 該指令格式能定義多少種不同的操作 ？ 立即尋址操作數(shù)的范圍是多少 ？ （２） 在非間接尋址情況下，寫出各計算有效地址的表達式 （３） 設(shè)基址寄存器為１４位，在非變址直接基地址尋址時，確定存儲器可尋址的地址范圍 （４） 間接尋址時，尋址范圍是多少？ 分 析 題 解： （ 1） 該指令格式可定義 16種不同的操作 ， 立即尋址操作數(shù)的范圍是 –128 ~+127 （ 2） 絕對尋址 （ 直接尋址 ） E ＝ D 基值尋址 E = （ R b） +D 相對尋址 E = （ PC） +D 立即尋址 操作數(shù)在指令中 變址尋址 E = （ R X） +D （ 3） 由于 E = （ R b） +D， R b=14位 ， 故存儲器可尋址的地址范圍為（ 16383+127） ~（ 16383128） （ 4） 間接尋址時 ， 尋址范圍為 64K， 因為此時從主存讀出的數(shù)作為有效地址 （ 16位 ） 。 (2)單字長 （ 32位 ） 二地址指令 (3)一個操作數(shù)在源寄存器 （ 共有 16位 ） ， 另一個操作數(shù)在存儲器中（ 由變址寄存器內(nèi)容 +偏移量決定 ） ， 所以是 RS型指令 。 15 1 0 7 3 2 0OP 源寄存器 基值寄存器偏移量 （ 16 位）解 : （ 1）操作碼字段 OP為 16位，可指定 26 = 64 （ 2）雙字長（ 32位）二地址指令，用于訪問存儲器。 解： 由已知條件 ， 機器字長 16位 ， 主存容量 128KB/2 = 64K字 。該處理機的硬件特色是： ① 有兩個基值寄存器 （ 20位 ） 。 具體講 ， 按所給條件 ， 16位字長的指令格式方案可設(shè)計如下： 15 10 9 8 7 4 3 0 O P X1 R1 R2分 析 題 其中 OP字段可指定 64條指令 。 X1,X2分別為兩組尋址模式 ， 分別與 R1和 R2通用寄存器組組成雙操作數(shù)字段 。 因為通用寄存器長度為 24位 ， 足以覆蓋 1M字的空間 。 也可以用通用寄存器作 20位地址的高位部分 （ 全部或一部分 ） ， 在與低位部分形式地址相拼成 20位地址 。 分 析 題 ? 如下圖所示的處理機是按下列規(guī)則設(shè)計的 ① 所有指令的字長都是１６位 。④ 數(shù)據(jù)存儲器 (DM)字長１６位 ， 最大容量 65536字 。⑧ 四個合法的 OP碼是： LDA=00,從 DM位置AAA 取數(shù)放在 AC0 中 ， STA=01, 將 AC0 的 內(nèi) 容 存 入 DM 位置AAA。 ① .將一個通用寄存器內(nèi)容與 AC0的內(nèi)容相加 ② .將 AC0的內(nèi)容存放到 DM中某個位置 ， 具體位置由某個變址寄存器的內(nèi)容與位移量之和來確定 。 ① 將一個通用寄存器內(nèi)容與 AC0的內(nèi)容進行相加的操作 ， 可定義如下指令格式： 8個 OP2擴充操作碼中任選一個 ， 現(xiàn)選 OP2=000， 實現(xiàn)的操作是：(AC0)+(Ri)?AC1。 CPU中有一硬件堆棧指示器 SP且用通用寄存器A作為數(shù)據(jù)交換器 。 即 進棧操作： （ A） → Msp (SP)1→ SP 出棧操作： (SP)+1→ SP （ Msp） → A 其中 Msp是堆棧指示器的棧頂單元 。 ? 解： 存儲器堆棧中 ， 進棧時先存入數(shù)據(jù) ， 后修改堆棧指示器 。X=0,IX0變址； X=1,IX1變址實現(xiàn)的操作是： (AC0)?DM ,E=IX+D. 分 析 題 ? 一臺處理機具有如下指令字格式 : 1 3位 X OP 寄存器 地址 其中 ,每個指令字中專門分出 3位來指明選用哪一個通用寄存器 (12位 ),最高位用來指明它所選定的那個通用寄存器將用作變址寄存器 (X=1時 ),主存容量最大為 16384字 . (1)假如我們不用通用寄存器也能直接訪問主存中的每一個操作數(shù) ,同時假設(shè)有用的操作碼位數(shù)至少有 7位 ,試問 :在此情況下 ,―地址 ” 碼域應(yīng)分配多少位 ?―OP‖碼域應(yīng)分配多少位 ?指令字應(yīng)有多少位 ? (2)假設(shè)條件位 X=0,且指令中也指明要使用某個通用寄存器 ,此種情況表明指定的那個通用寄存器將用作基值寄存器 .請?zhí)岢鲆粋€硬件設(shè)計規(guī)則 ,使得被指定的通用寄存器能訪問主存中的每一個位置 。 如果增加其他組多指令 ， 可采用 “ 擴充操作碼 ” 方式 ， 即利用 UNA=11,再用指令格式中的非“ OP碼域 ” 某幾位來具體定義各種指令 。 請問 （ １ ） 下述各寄存器多少位 ？ PC， IAR(IM地址寄存器 )， IDR(IM數(shù)據(jù)寄存器 )， IR(指令寄存器 )，DAR(DM地址寄存器 )， DDR(DM數(shù)據(jù)寄存器 )， AC0,AC1， 變址寄存器IX0,IX1。⑥ 四個合法的操作碼中 ， 任一操作碼所指定的任何一個操作數(shù)都可以按直接尋址方式從 DM中找到 。③ 在進行所有的算術(shù)運算時 ， 累加器 AC0的內(nèi)容總是作為一個操作數(shù) ， 而運算結(jié)果保存在 AC1。 參與這種尋址方式的通用寄存器 ， 可賦與地址編號來加以區(qū)分 。 （ 2） 可以存一個簡單的硬件規(guī)則 ， 使我們可以指定某些寄存器來進行20位的存儲器尋址 。 比較兩種方案 ， 從性能價格比衡量 ， 16位字長指令的方案較優(yōu) 。 具體定義如下： X1=00 寄存器直接尋址 E=R1i X1=01 寄存器間接尋址 E=(R1i) X1=10 基地址方式 0 E=(Rb0)+(R1i) X1=11 基地址方式 1 E=(Rb1)+(R1i) 其中 Rb0,Rb1分別為兩個 20位的基地址寄存器 。 請問： (1)16位字長的指令和 24位字長的指令各有什么優(yōu)缺點 ？ 哪種方案較好 ？ (2)若選用 24位的指令字長 ， 基地址寄存器還有保留的必要嗎 ？ ? 解： （ 1） 采用 16位字長的指令 ， 原則上講 ， 優(yōu)點是節(jié)省硬件 （ 包括 CPU中的通用寄存器組 ， ALU與主存儲器 ， MDR） ， 缺點是指令字長較短 ， 操作碼字段不會很長 ， 所以指令條數(shù)受到限制 。 采用單字長和雙字長兩種指令格式 ， 其中單字長指令用于算術(shù)邏輯和 I/O指令 ， 雙字長用于訪問主存的指令 。所以是 RS型指令。 分 析 題 ? 指令格式如下所示 。 OP為操作碼字段 ， 試分析指令格式特點 。 然后與指令字形式地址相加得有效地址 ， 可訪問主存1M地址空間中任何單元 。 Pentium機尋址方式 序 號 尋址方式名稱 說 明 （ 1 ） 立 即 操作數(shù)在指令中 （ 2 ） 寄存器 操作數(shù)在某寄存器中，指令給出寄存器號 （ 3 ） 直 接 D isp 為偏移量 （ 4 ） 基 值 B 為基值寄存器 （ 5 ） 基值 + 偏移量 （ 6 ） 比例變址 + 偏移量 I