計(jì)算機(jī)組成原理

1、第7章指令系統(tǒng)(13691016)1.什么叫機(jī)器指令？什么叫指令系統(tǒng)？為什么說(shuō)指令系統(tǒng)與機(jī)器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系？答：參考P300。因?yàn)闄C(jī)器硬件是靠指令來(lái)操控的，每條指令執(zhí)行之后，由CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)指令想要實(shí)現(xiàn)的功能16.某機(jī)主存容量為4M?16位，且存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于指令字長(zhǎng)，若該機(jī)指令系統(tǒng)可完成108種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對(duì)、立即等六種尋址方式，試回答：（1）畫(huà)出一地址指令格式并指出各

2、字段的作用；（2）該指令直接尋址的最大范圍；（3）一次間址和多次間址的尋址范圍；（4）立即數(shù)的范圍（十進(jìn)制表示）；（5）相對(duì)尋址的位移量（十進(jìn)制表示）；（6）上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？為什么？哪一種便于程序浮動(dòng)？哪一種最適合處理數(shù)組問(wèn)題？（7）如何修改指令格式，使指令的尋址范圍可擴(kuò)大到4M？（8）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，可采取什么措施？簡(jiǎn)要說(shuō)明之。解：（1）單字長(zhǎng)一地址指令格式：OP（7位）M

3、（3位）A（6位）OP為操作碼字段，共7位，可反映108種操作；M為尋址方式字段，共3位，可反映6種尋址操作；A為地址碼字段，共1673=6位。（2）直接尋址的最大范圍為26=64。（3）由于存儲(chǔ)字長(zhǎng)為16位，故一次間址的尋址范圍為216；若多次間址，需用存儲(chǔ)字的最高位來(lái)區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址，故尋址范圍為215。（4）立即數(shù)的范圍為32——31（有符號(hào)數(shù)），或0——63（無(wú)符號(hào)數(shù)）。（5）相對(duì)尋址的位移量為32——31。（6）上述六種尋

4、址方式中，因立即數(shù)由指令直接給出，故立即尋址的指令執(zhí)行時(shí)間最短。間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪(fǎng)存(一次間接尋址要兩次訪(fǎng)存，多次間接尋址要多次訪(fǎng)存)，故執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)。變址尋址由于變址寄存器的內(nèi)容由用戶(hù)給定，而且在程序的執(zhí)行過(guò)程中允許用戶(hù)修改，而其形式地址始終不變，故變址尋址的指令便于用戶(hù)編制處理數(shù)組問(wèn)題的程序。相對(duì)尋址操作數(shù)的有效地址只與當(dāng)前指令地址相差一定的位移量，與直接尋址相比，更有利于程序浮動(dòng)。（7）方案一方案一：為使指令尋址范圍

5、可擴(kuò)大到4M，需要有效地址22位，此時(shí)可將單字長(zhǎng)一地址指令的格式改為雙字長(zhǎng)，如下圖示：OP（7位）MOD（3位）A（高6位）A（低16位）方案二方案二：如果仍采用單字長(zhǎng)指令（16位）格式，為使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M，可通過(guò)段尋址方案實(shí)現(xiàn)。安排如下：硬件設(shè)段寄存器DS（16位），用來(lái)存放段地址。在完成指令尋址方式所規(guī)定的尋址操作后，得有效地址EA（6位），再由硬件自動(dòng)完成段尋址，最后得22位物理地址。即：物理地址=（DS）?26EA注：段

6、尋址方式由硬件隱含實(shí)現(xiàn)。在編程指定的尋址過(guò)程完成、EA產(chǎn)生之后由硬件自動(dòng)完成，對(duì)用戶(hù)是透明的。方案三：方案三：在采用單字長(zhǎng)指令（16位）格式時(shí)，還可通過(guò)頁(yè)面尋址方案使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M。安排如下：SP1→SPPC→MDRMDR→M(MAR)向量地址→PC0→EINTSP→MAR注：解這道題有兩個(gè)要素，首先要根據(jù)所給部件設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)通路，即確定信息流動(dòng)的載體。其次選擇好描述數(shù)據(jù)流的方法，無(wú)論采用什么樣的表達(dá)方式，其關(guān)鍵都要能清楚地反映數(shù)

7、據(jù)在通路上流動(dòng)的順序，即強(qiáng)調(diào)一個(gè)“流”字。較好的表達(dá)方式是流程圖的形式。17.在中斷系統(tǒng)中INTR、INT、EINT三個(gè)觸發(fā)器各有何作用？解：INTR——中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，用來(lái)登記中斷源發(fā)出的隨機(jī)性中斷請(qǐng)求信號(hào)，以便為CPU查詢(xún)中斷及中斷排隊(duì)判優(yōu)線(xiàn)路提供穩(wěn)定的中斷請(qǐng)求信號(hào)。EINT——中斷允許觸發(fā)器，CPU中的中斷總開(kāi)關(guān)。當(dāng)EINT=1時(shí)，表示允許中斷（開(kāi)中斷），當(dāng)EINT=0時(shí)，表示禁止中斷（關(guān)中斷）。其狀態(tài)可由開(kāi)、關(guān)中斷等指令設(shè)置。I

8、NT——中斷標(biāo)記觸發(fā)器，控制器時(shí)序系統(tǒng)中周期狀態(tài)分配電路的一部分，表示中斷周期標(biāo)記。當(dāng)INT=1時(shí)，進(jìn)入中斷周期，執(zhí)行中斷隱指令的操作。24.現(xiàn)有A、B、C、D四個(gè)中斷源，其優(yōu)先級(jí)由高向低按A、B、C、D順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為20s，請(qǐng)根據(jù)下圖所示時(shí)間軸給出的中斷源請(qǐng)求中斷的時(shí)刻，畫(huà)出CPU執(zhí)行程序的軌跡。解：A、B、C、D的響優(yōu)先級(jí)即處理優(yōu)先級(jí)。CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：010203040506070809010011