【正文】 可能要采用較復(fù)雜的尋址方式 ， 從而使指令執(zhí)行的速度降低 ， 當(dāng)采用 24位字長(zhǎng)的指令結(jié)構(gòu)時(shí) ， 其優(yōu)缺點(diǎn)正好相反 。 具體講 ， 按所給條件 ， 16位字長(zhǎng)的指令格式方案可設(shè)計(jì)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為尋址模式 ， 與 R1通用寄存器組一起 ， 形成一個(gè)操作數(shù) 。 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(gè) 20位的基地址寄存器 。 24位字長(zhǎng)指令格式方案如下： 其中 OP占 6位 ， 64位條指令 。 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 。 由于 X1,X2各占 3位 ， 可指定 8種尋址方式 。 比較兩種方案 ， 從性能價(jià)格比衡量 ， 16位字長(zhǎng)指令的方案較優(yōu) 。 （ 2） 如果選用 24位的指令字長(zhǎng) ， 基地址寄存器沒有必要保留 。 因?yàn)橥ㄓ眉拇嫫鏖L(zhǎng)度為 24位 ， 足以覆蓋 1M字的空間 。 6 3 4 3 4 4 O P X1 R1 X2 R2分 析 題 ? 在決定一臺(tái)計(jì)算機(jī)采用何種尋址方式時(shí)，總要做出各種各樣的權(quán)衡，在下列每種情況下，具體的考慮是什么？ (1)單級(jí)間接尋址方式作為一種方式，提出來的時(shí)候，硬件變址寄存器被認(rèn)為是一種成本很高的方法，隨 LSI電路的問世，硬件成本大降，試問，現(xiàn)在是不是使用變址寄存器更為可??？ (2)已知一臺(tái) 16位計(jì)算機(jī)配有 16個(gè)通用寄存器 ， 請(qǐng)問 ， 是否有一個(gè)簡(jiǎn)單的硬件設(shè)計(jì)規(guī)則 ， 使我們可以指定這個(gè)通用寄存器組的某些寄存器來進(jìn)行 20位的存儲(chǔ)器尋址 ？ 參與這種尋址的通用寄存器該采用什么辦法區(qū)分出來 ？ 分 析 題 解： （ 1） 采用間接尋址的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外增加專用寄存器 ， 只使用 MAR和 MDR即可完成這種尋址 ， 但缺點(diǎn)是多訪問一次存儲(chǔ)器 （ 對(duì)單級(jí)間接尋址而言 ） ， 隨著 LSI的發(fā)展 ， 硬件成本大大下降 ， 所以現(xiàn)在使用專門的變址寄存器更為可取 ， 因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)是減少一次訪問主存的時(shí)間 ， 提高了指令執(zhí)行的速度 。 （ 2） 可以存一個(gè)簡(jiǎn)單的硬件規(guī)則 ， 使我們可以指定某些寄存器來進(jìn)行20位的存儲(chǔ)器尋址 。 由于這些通用寄存器字長(zhǎng)是 16位 ， 我們可以組成 20位地址的低 16位 ， 再用 4位形式地址做為高 4位 ， 與低 16位的某些通用寄存器簡(jiǎn)單相拼 ， 從而形成頁(yè)面尋址方式 。 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 。 這兩種情況下 ， 硬件上均需一個(gè) 20位的 MAR寄存器 。 參與這種尋址方式的通用寄存器 ， 可賦與地址編號(hào)來加以區(qū)分 。 16個(gè)通用寄存器為一組占用 4位字長(zhǎng) ， 可用 R0—R15命名 ， 哪幾個(gè)參與這種方式尋址 ， 可由設(shè)計(jì)者選定 。 分 析 題 ? 如下圖所示的處理機(jī)是按下列規(guī)則設(shè)計(jì)的 ① 所有指令的字長(zhǎng)都是１６位 。② OP碼域?qū)挾葹椋参?。③ 在進(jìn)行所有的算術(shù)運(yùn)算時(shí) ， 累加器 AC0的內(nèi)容總是作為一個(gè)操作數(shù) ， 而運(yùn)算結(jié)果保存在 AC1。 AC0,AC1均不必在指令中指出 。④ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (DM)字長(zhǎng)１６位 ， 最大容量 65536字 。⑤ 指令存儲(chǔ)器 (IM)最大容量為 16384字 。⑥ 四個(gè)合法的操作碼中 ， 任一操作碼所指定的任何一個(gè)操作數(shù)都可以按直接尋址方式從 DM中找到 。⑦ 每個(gè)通用寄存器 (Ri)的寬度都是１６位 。⑧ 四個(gè)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。ADD=10,AC0內(nèi)容與 DM位置 AAA里的內(nèi)容相加 ， UNA=11未用 。 請(qǐng)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。 （ ２ ） 先假設(shè)將 DM擴(kuò)充到１２８ K字 ， 指令字字長(zhǎng)保持不變 ， 也不允許進(jìn)行間接尋址 ， 那么對(duì)現(xiàn)有的這一套 DM寄存器進(jìn)行哪一種簡(jiǎn)單改動(dòng) ，就能滿足要求 ？ （ ３ ） 在 OP碼域保持不變的條件下 ， 如何增加另外的指令 ？ 分 析 題 （ ４ ） 假定使用 “ 擴(kuò)充操作碼 ” 碼域 ， 請(qǐng)畫出下述操作的指令格式 。 ① .將一個(gè)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(gè)位置 ， 具體位置由某個(gè)變址寄存器的內(nèi)容與位移量之和來確定 。 分 析 題 解： (1) PC=14位 IAR=14位 IDR=16位 DAR=16位 DDR=16位 AC0=AC1=16位 IX0=IX1=16位 (2)將 DM的地址寄存器 DAR變成 17位 ， 尋址空間可變?yōu)?217=131072字 （ 128K） (3)已知條件 OP碼域只有 2位 ， 僅操作碼 11尚未使用 。 如果增加其他組多指令 ， 可采用 “ 擴(kuò)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 。 (4)采用 “ 擴(kuò)充操作碼 ” 方式 。 ① 將一個(gè)通用寄存器內(nèi)容與 AC0的內(nèi)容進(jìn)行相加的操作 ， 可定義如下指令格式： 8個(gè) OP2擴(kuò)充操作碼中任選一個(gè) ， 現(xiàn)選 OP2=000， 實(shí)現(xiàn)的操作是：(AC0)+(Ri)?AC1。 ② 將 AC0的內(nèi)容存放到 DM中某個(gè)位置 ， 其位置由某個(gè)變址寄存器的內(nèi)容與位移量之和來確定 OP1=11,OP2=001。X=0,IX0變址； X=1,IX1變址實(shí)現(xiàn)的操作是： (AC0)?DM ,E=IX+D. 分 析 題 ? 一臺(tái)處理機(jī)具有如下指令字格式 : 1 3位 X OP 寄存器 地址 其中 ,每個(gè)指令字中專門分出 3位來指明選用哪一個(gè)通用寄存器 (12位 ),最高位用來指明它所選定的那個(gè)通用寄存器將用作變址寄存器 (X=1時(shí) ),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(gè)操作數(shù) ,同時(shí)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(gè)通用寄存器 ,此種情況表明指定的那個(gè)通用寄存器將用作基值寄存器 .請(qǐng)?zhí)岢鲆粋€(gè)硬件設(shè)計(jì)規(guī)則 ,使得被指定的通用寄存器能訪問主存中的每一個(gè)位置 。 (3)假設(shè)主存容量擴(kuò)充到 32768字 ,且假定硬件結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定不變 ,問采用什么實(shí)際方法可解決這個(gè)問題 ? 分 析 題 ? 有一存儲(chǔ)器堆棧 ， 棧底地址為 300(8進(jìn)制 ） ， 且有 a,b,c三個(gè)數(shù)據(jù)依次存放在堆棧中 ， a在棧底 。 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 。 試畫出數(shù)據(jù) c出棧以前與出棧以后堆棧 ， SP與通用寄存器 A的狀態(tài) 。 ? 解： 存儲(chǔ)器堆棧中 ， 進(jìn)棧時(shí)先存入數(shù)據(jù) ， 后修改堆棧指示器 。 反之 ，出棧時(shí) ， 先修改堆棧指示器 ， 然后取出數(shù)據(jù) 。 即 進(jìn)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 。 因此可畫出題目要求的狀態(tài)變化圖 ，如下： 分 析 題