計算機原理與設計習題(編輯修改稿)
2025-02-14 20:01 本頁面
【文章內容簡介】 假定 loop 的開始位置在內存 80000 處，則上述循環(huán)的 MIPS 機器碼為： 根據(jù)上述給出的敘述，回答下列問題。 （ 1） 上述給出的 MIPS 機器碼中有一處錯誤，你能找出來嗎 ? （ 2） MIPS 內存空間的編址單位是多少 ? （ 3） 解釋為什么指令“ sll $t1, $s3, 2”能實現(xiàn) 4*i 的功能 ? （ 4） 該循環(huán)中哪些是 R型指令 ? 哪些是 I型指令 ? （ 5） $t0 和 $s6 的編號各為多少 ? （ 6） Exit 的值是多少？要求說明其含義和計算過程。 （ 7） 指令“ j loop”的操作碼是什么（用二進位表示） ? （ 8） MIPS 中分支指令和跳轉指令的跳轉范圍分別是什么 ? （ 9） 數(shù)組 save 的每個元素占幾個字節(jié) ? 17 （ 1） 上述給出的 MIPS 機器碼中有一處錯誤，你能找出來嗎 ? 答：第一條指令中的倒數(shù)第二個字段的值應該是 2，而不是 4，表示左移的位數(shù)。 （ 2） MIPS 內存空間的編址單位是多少 ? 答：字節(jié)。從上圖可看出，每條指令 32 位，占 4 個地址，所以一個地址中有 8 位。 （ 3） 解釋為什么指令“ sll $t1, $s3, 2” 能實現(xiàn) 4*i 的功能。 答：因為這是左移指令，左移 2 位，相當于乘 22=4。 （ 4） 該循環(huán)中哪些是 R型指令 ? 哪些是 I型指令 ? 答：從上圖可看出，第 12 條為 R型，第 35 條為 I型。 （ 5） $t0 和 $s6 的編號各為多少 ? 答：從第 3 和 4 條指令，可看出 $t0 的編號為 8，第 2 條指令看出 $s6 的編號為 22。 18 （ 6） Exit 的值是多少？要求說明其含義和計算過程。 答： Exit 的值是 80024，其含義是循環(huán)結束時跳出循環(huán)后執(zhí)行的首條指令的地址，由當前條件轉移指令（分支指令）的地址 80012，加上 4 得到下條指令的地址，然后再加上相對位移量 2*4 得到。 80012+4+2*4=80024。（如果答 Exit 為 2 也算對，此時其含義就是轉移到的目標指令相對于當前條件轉移指令的指令條數(shù)，所以計算時，需要將指令條數(shù)轉換為地址位移量，所以要乘以 4。） （ 7） 指令“ j 20220” 的操作碼是什么（用二進位表示） ? 答：其操作碼為“ 000010” 。 19 （ 8） MIPS 中分支指令和跳轉指令的跳轉范圍分別是什么 ? 答：因為分支指令（條件轉移指令）的相對位移量的范圍為： 215 到 +（ 2151），但這是相對于分支指令的下條指令而言的，所以，相對于當前分支指令而言，轉移范圍為： （ 2151）到 +215 條指令。 即：往前跳，最多跳到第 32767 條指令（相當于 32767x4=131068 個單元），往后跳，最多跳到第 32768 條指令（相當于 32768x4=131072 個單元）。 因為無條件跳轉指令的目標地址范圍為： 0 到 2261（相對于下條指令），所以，相對于本條指令而言，其轉移范圍為： 1 到 226 條指令。即：相對于當前跳指令而言，最近就跳到下條指令，最遠跳到后面的第 226 條指令。 （ 9） 數(shù)組 save 的每個元素占幾個字節(jié) ? 答：因為每次循環(huán)取數(shù)，其下標地址都要乘以 4，所以是 4 個字節(jié)。 20 假設各主要功能單元的操作時間為： 讀存儲器： 10ns，寫存儲器： 5ns ALU和加法器： 10ns 寄存器堆（讀 /寫）： 5ns 而 MUX、控制單元、 PC、擴展器和傳輸線路沒有延遲，若各類指令的執(zhí)行次數(shù)占總數(shù)的比例為： 20%取數(shù)、 10%存數(shù)、 50%ALU、15%分支、 5%跳轉，則下面實現(xiàn)方式中，哪個更快？快多少？ ① 每條指令在一個固定長度的時鐘周期內完成 ； ② 每條指令在一個時鐘周期內完成，但時鐘周期是可以根據(jù)指令類型動態(tài)變化的。 21 解 ： 方式（ 1）： 時鐘周期由最長指令來決定，應定 load指令，為 40ns； 一條 load指令的執(zhí)行時間：取指令 10ns，讀寄存器堆 5ns，ALU計算地址 10ns，讀存儲器 10ns，寫寄存器堆 5ns，總的時間是 40ns。 方式（ 2）：
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