计算机组成原理-第二版-唐朔飞著-课后习题详解(9)

[x-y]补=11，110；00.110 010, 已是规格化数。 4）舍入：无 5）溢出：无

则：x+y=2-101×（-0.110 000） x-y =2-010×0.110 010

（2）x=2-011×（-0.100010）,y=2-010×（-0.011111） [x]补=1，101；1.011 110, [y]补=1，110；1.100 001 1） 对阶：过程同(1)的1），则 [x]补=1，110；1.101 111 2）尾数运算：

[Mx]补+[My]补= 11.101111 + 11. 100001 = 11.010000 [Mx]补+[-My]补= 11.101111 + 00.011111 = 00.001110

3）结果规格化：

[x+y]补=11，110；11.010 000,已是规格化数

[x-y]补=11，110；00.001 110 =11，100；00.111000 （尾数左规

2次，阶码减2）

4）舍入：无 5）溢出：无

则：x+y=2-010×（-0.110 000） x-y =2-100×0.111 000

（3）x=2101×（-0.100 101）,y=2100×（-0.001 111） [x]补=0，101；1.011 011, [y]补=0，100；1.110 001 1）对阶：

[?E]补=00，101+11，100=00，001 >0，应Ey向Ex对齐，则： [Ey]补+1=00，100+00，001=00，101=[Ex]补 [y]补=0，101；1.111 000（1） 2）尾数运算：

[Mx]补+[My]补= 11.011011+ 11.111000（1）= 11.010011（1） [Mx]补+[-My]补= 11.011011+ 00.000111（1）= 11.100010（1） 3）结果规格化：

[x+y]补=00，101；11.010 011（1），已是规格化数

[x-y]补=00，101；11.100 010（1）=00，100；11.000 101 （尾数左规1次，阶码减1）

4）舍入：

[x+y]补=00，101；11.010 011（舍） [x-y]补 不变 5）溢出：无

则：x+y=2101×（-0.101 101）

x-y =2100×（-0.111 011）

第7章 指令系统

1. 什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？

机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成。 指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。

指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。

2. 什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？

寻址方式：指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影响指令格式和指令功能。

学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。

3. 什么是指令字长、机器字长和存储字长？

指令字长：是指机器指令中二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。不同的指令的字长是不同的。 机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（整数运算即定点整数运算）。机器字长也就是运算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU内部数据通路的宽度。即字长越长，数的表示范围也越大，精度也越高。机器的字长也会影响机器的运算速度。

存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8位、16位、32位等。

6.某指令系统字长为16位，地址码取4位，提出一种方案，使该指令系统有8

条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。 解：三地址指令格式如下：

4 4 4 4 OP A1 A2 A3 指令操作码分配方案如下：

4位OP 0000，

??， A1,A2,A3:8条三地址指令 0111，

1000，0000，

??，??， A2，A3:16条二地址指令 1000，1111， 1001，0000，0000，

??，??，??， A3:100条一地址指令 1001，0110，0011， 1001，0110，0100，

??，??，??， 冗余编码

1001，1111，1111， 可用来扩充一、零地址指令条数 1010，

??， 冗余编码

1111， 可用来扩充三、二、一、零地址指令条数

16. 某机主存容量为4M×16 位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统能完成108 种操作，操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式。试回答：

（1）画出一地址指令格式并指出各字段的作用； （2）该指令直接寻址的最大范围； （3）一次间址和多次间址的寻址范围； （4）立即数的范围（十进制表示）;

（5）相对寻址的位移量（十进制表示）；

（6）上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪一种最长？为什么？哪一种便于程

序浮动？哪一种最适合处理数组问题？

（7）如何修改指令格式，使指令的寻址范围可扩大到4M？

（8）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什么措施？简要说明之。

解：

（1）单字长一地址指令格式：

OP——操作码字段，提供至少108种指令操作码； M——寻址方式码字段，指出6种寻址方式； A——形式地址字段，给出寻址所需的形式地址。

（2）A为6位，该指令直接寻址的最大范围为26=64字； （3）一次间址的寻址范围为216=64K字； 多次间址的寻址范围为215=32K字； （4）立即数的范围：若采用补码表示为1FH~20H；十进制表示为+31~ -32；无符号数为0~63； （5）相对寻址的位移量范围在采用补码表示时同立即数范围，为 +31~ -32； （6）立即寻址指令执行时间最短，因为此时不需寻址；

间接寻址指令执行时间最长，因为寻址操作需访存一次到 多次；

相对寻址便于程序浮动，因为此时操作数位置可随程序存储 区的变动而改变，总是相对于程序一段距离；

变址寻址最适合处理数组问题，因为此时变址值可自动修改 而不需要修改程序。

（7）为使指令寻址范围可扩大到4M，需要有效地址22位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，形式地址A扩展到第2个字。这样，直接寻址时，EA=A=16+6=22位正好可访问4M地址空间。由于A的扩展，变址、基址、相对、立即数等寻址方式也扩展到22位。

（8）如使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采用上述双字长一地址指令，通过选用合适的寻址方式完成。（如选用直接寻址就可转移到主存任一位置，但选用相对寻址则只能在±2M范围内转移。）

除此之外，后两题也可通过段寻址方式达到扩大寻址空间的目的（此时不需修改指令格式）。总之，不论采取何种方式，最终得到的实际地址应是22位。

18.某机器共能完成78种操作，若指令字长为16位，试问一地址格式的指令地址码可取几位？若想指令寻址范围扩大到216，可采取什么方法？举出三种不同的例子加以说明。