计算机组成原理第七、八章答案解析.ppt

19. CPU内有32个32位的通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统。假设指令字长等于机器字长，试回答以下问题。 （1）如果主存可直接或间接寻址，采用“寄存器—存储器”型指令，能直接寻址的最大存储空间是多少？画出指令格式并说明各字段的含义。 （2）在满足（1）的前提下，如果采用通用寄存器作基址寄存器，则上述“寄存器—存储器”型指令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这类指令可访问多大的存储空间？ 解： （1）如采用RS型指令，则此指令一定是二地址以上的地址格式，指令格式如下：  6 5 1 20 OP Ri I A 操作码 寄存器号 间接 形式地址 标志 直接寻址的最大空间=220=1M字 此指令格式的设计有较大的发挥余地，为简化设计，在此采用紧贴题意的答题方式，即只按题意要求的因素设计，不考虑扩展因素。 （2）如采用基址寻址，则指令格式中应给出基址寄存器号，以指定哪一个通用寄存器用作基址寄存器。指令格式变为： 6 5 1 1 5 14 OP Ri I B BRi A 其中：I、B可省（B为基址寻址标志），BRi为基址寄存器号。基址寻址时： 寻址的最大空间=232=4G字 其寻址范围仅与基址位数有关，与形式地址位数无关。 20.什么是RISC？简述它的主要特点。 即精简指令集计算机 特点： 选取使用频度高的简单指令； 指令长度固定，格式少，寻址方式少； 只有存数/取数指令访存，其他指令不访存； CPU内有多个通用寄存器； 采用流水线技术，大部分指令一个时钟完成； 控制器采用组合逻辑实现； 采用优化的编译程序。 * * 21.试比较RISC和CISC。 1. RISC更能 充分利用 VLSI 芯片的面积 2. RISC 更能 提高计算机运算速度 指令数、指令格式、寻址方式少， 通用 寄存器多，采用 组合逻辑 ， 便于实现 指令流水 3. RISC 便于设计，可 降低成本，提高 可靠性 4. RISC 有效支持高级语言程序 5. RISC 不易 实现 指令系统兼容 * * 某计算机系统的指令字长为 22 位，具有无操作数、单操作数、双操作数三种指令格式，每个操作数地址为 7 位，当双操作数指令条数取最大值，而且单操作数指令条数也取最大值时，请问这三种指令最多可能拥有的指令条数总共是多少 ? 255+127+128 * * CPU的结构和功能 第 八 章 2. 什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？ 解：指令周期是指一条指令从开始取指令直到指令执行完这段时间。 由于计算机中各种指令执行所需的时间差异很大，因此为了提高CPU运行效率，即使在同步控制的机器中，不同指令的指令周期长度都是不一致的，也就是说指令周期对于不同的指令来说不是一个固定值。 讨论：指令周期长度不一致的根本原因在于设计者，为了提高CPU运行效率而这样安排的，与指令功能不同及指令实际执行时间不同没有什么必然关系。 4. 设CPU内有下列部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU，要求： （1）画出完成间接寻址的取数指令LDA@X（将主存某地址单元X的内容取至AC中）的数据流（从取指令开始）。 （2）画出中断周期的数据流。 解：CPU中的数据流向与所采用的数据通路结构直接相关，不同的数据通路中的数据流是不一样的。常用的数据通路结构方式有直接连线、单总线、双总线、三总线等形式，目前大多采用总线结构，直接连线方式仅适用于结构特别简单的机器中。 R/-W 为简单起见，本题采用单总线将题意所给部件连接起来，框图如下： 中 断 系 统 P C M A R M D R S P A C Z CU I R M A L U 单总线（BUS） 微命令序列 （1）假设为一重间址，在上述数据通路中，完成间接寻址的取数指令LDA@X的数据流如下页： LDA@X