指令格式設(shè)計(jì)舉例

指令格式設(shè)計(jì)舉例綜合題1、若某計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線、地址線均是8bit，有一條相對尋址的無條件轉(zhuǎn)移指令存于內(nèi)存的20H單元中，指令給出的位移量D=00010101B，設(shè)該指令占用2個字節(jié)，試計(jì)算：（1）取該指令時(shí)PC的內(nèi)容。（2)該指令執(zhí)行時(shí)PC的內(nèi)容。答：(1)取該指令時(shí)PC的內(nèi)容為20H（2）轉(zhuǎn)移地址=PC+2+D=00100000+00000010+00010101=00110111B2、假設(shè)（R)=1000，（1000）=2000，（2000）=3000，（PC）=4000，問在以下方式中，訪問到的操作數(shù)的值是什么？（1）寄存器尋址RDATA=(R)=1000(2)寄存器間接尋址DATA=((R))=(1000)=2000(3)直接尋址1000DATA=（1000)=2000(4)存儲器間接尋址（1000）DATA=((1000))=(2000)(5)相對尋址-2000EA=(PC)-2000=2000DATA=(EA)=(2000)=3000(6)立即數(shù)尋址#2000DATA=20003、某臺計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中共有50條指令，試問：（1）若采用固定長度編碼方式，其操作碼的變碼長度需要多少位？（2）設(shè)該指令系統(tǒng)中有10條指令的使用概率為90%，其余指令為10%，若采用不等長編碼方式，其操作碼的平均長度為多少？（3）若原指令系統(tǒng)采用固定長度編碼，后繼產(chǎn)品中需增加50條指令，試設(shè)計(jì)器指令操作碼，并計(jì)算器平均長度。解：（1）采用固定長度編碼方式，其操作碼的變碼長度需要6位，即從000000—110001（2）采用不等長編碼方式，常用的指令用4位，編碼表示，即從0000—1001，其余用7位編碼，即從1010000---1110111。平均長度=4*90%+7*10%=4.3(3)若原指令系統(tǒng)采用固定長度編碼，后繼產(chǎn)品中需增加50條指令，其操作碼的變碼長度需要6位，即從000000—110001。新增指令采用8位編碼，即從11001000--111110013、某指令系統(tǒng)字長16位,每個操作數(shù)的地址碼長6位.設(shè)系統(tǒng)有雙操作數(shù)指令,單操作數(shù)指令和無操作數(shù)指令3類.若單操作數(shù)指令有M條,無操作數(shù)指令有N條,問雙操作數(shù)指令最多有多少條?解：因指令總長度為16位,操作數(shù)地址為6位,則雙操作數(shù)指令的操作碼長度為(16-6×2)=4位單操作數(shù)指令的操作碼長度為(16-6)=10位零操作數(shù)指令的操作碼長度為16位設(shè)雙操作數(shù)指令最多有X條.則三類指令的操作碼范圍:雙操作數(shù)指令的操作碼范圍:0000～(X-1)

單操作數(shù)指令的操作碼范圍:

X?000000～X?(M-1)

零操作數(shù)指令的操作碼范圍:

X?M?000000～X?M?111111N=((24-X)×26-M)×26X=24-(N/26+M)/26某臺計(jì)算機(jī)字長16位，主存容量為64K，采用單字長單地址指令，共有64條指令。請用四中尋址方式（直接、間接、變址、相對）設(shè)計(jì)指令格式。

64條指令占用操作碼（OP）字段6位，尋址方式（X）4種，需2位，剩余8位為位移量（D）X=00直接尋址有效地址E=D（256單元）X=01直接尋址有效地址E=（D）（64K）X=10直接尋址有效地址E=D+（R）64K）X=11直接尋址有效地址E=D+（PC）（64K）OPXD15109870設(shè)有一臺計(jì)算機(jī),其指令長度為16位,指令格式如下:OPRM中,OP為操作碼,占5位,R為寄存器編號,占3位,可有8個寄存器;M為尋址方式,占2位,與D一起決定元操作數(shù),規(guī)定如下:MM=00,為立即尋址,D為立即數(shù);MM=01,為相對尋址,D為位移量;MM=10為變址尋址,D為位移量;假定要執(zhí)行的指令為加法指令,存放在001000單元中,D的值為01,該指令執(zhí)行前存儲器和有關(guān)寄存器的存儲情況如下入所示,其中地址碼和數(shù)據(jù)時(shí)八進(jìn)制表示.000001050001150001250……002006002016001000001001001002001003002001002002001002000015變址寄存器R0在以下幾種情況下,給出該指令執(zhí)行后R0和PC內(nèi)容為幾?若M=00M,(R0)=?若M=01M,(R0)=?若M=10M,(R0)=?PC=?解:從001000單元中的10—8位可知,指令使用R0寄存器,指令為加法指令.(1)

M=00時(shí),為立即尋址,D為立即數(shù)01運(yùn)算結(jié)果=(R0)+D=000015+01=000016,(R0)=000016(2)

M=01時(shí),為相對尋址,D為位移量,操作數(shù)地址=(PC)+D=001001+01=001002運(yùn)算結(jié)果=(R0)+(001002)=000015+001150=001165,(R0)=001165(3)

(3)M=10時(shí),為變址尋址,D為位移量,操作數(shù)地址=(變址寄存器)+D=001002+01=001003運(yùn)算結(jié)果=(R0)+(001003)=000015+001150=001265,(R0)=001265(4)

無論尋址方式如何,指令執(zhí)行后,PC的內(nèi)容自動加1,指向下一單元的指令.所以(PC)=001001某計(jì)算機(jī)字長16位,直接尋址空間128字,變址時(shí)的位移量為-64~+63,16個通用寄存器都可以作為變址寄存器.設(shè)計(jì)一套指令系統(tǒng),滿足下列尋址類型的要求:(1).直接尋址的二地址指令3條.(2).變址尋址的一地址指令6條.(3).寄存器尋址的二地址指令8條.(4).直接尋址的一地址指令12條.(5).零地址指令32條.OP地址碼1地址碼22位7位7位操作碼000110(2).變址尋址的一地址指令6條,故操作碼需要2+3位;而變址時(shí)的位移量為-64~+63,其地址碼需7位;由于16個通用寄存器都可以作為變址寄存器,寄存器需4位.指令長度為16位.OP寄存器索引操作數(shù)5位4位7位操作碼1100011001….6條共3條解：(1).直接尋址的二地址指令3條,故操作碼需要2位;而直接尋址空間128字,故地址碼需log227=7位,指令長度為16位.(3).寄存器尋址的二地址指令8條,操作碼需5+3位;因有16個通用寄存器,寄存器需4位,故指令字長為16位.OP寄存器索引1寄存器索引28位4位4位操作碼1111000011110111…..(4).直接尋址的一地址指令12條,操作碼需5+4位;直接尋址空間128字,地址碼需7位;指令字長為16位.OP地址碼9位7位操作碼111110000111111011…..(5).零地址指令32條,需要5位;但上述指令均為16位,所以,也將此指令的字長增至16位.OP16位操作碼1111111000000000…..1111111000011111ASCll碼是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長為32位，指令字長為12位，是否合理？為什么？

解：指令字長設(shè)計(jì)為12位不是很合理。主存單元字長為32位，一個存儲單元可存放4個ASCII碼，余下4位可作為ASCII碼的校驗(yàn)位（每個ASCII碼帶一位校驗(yàn)位），這樣設(shè)計(jì)還是合理的。

但是，設(shè)計(jì)指令字長為12位就不合理了，12位的指令碼存放在字長32位的主存單元中，造成19位不能用而浪費(fèi)了存儲空間。指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。

解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：

①單字長二地址指令；

②操作碼OP可指定=64條指令；

③RR型指令，兩個操作數(shù)均在寄存器中，源和目標(biāo)都是通用寄存器（可分別指定16個寄存器之一）；

④這種指令格式常用于算術(shù)邏輯類指令。

指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)

解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：

①雙字長二地址指令；

②操作碼OP可指定=64條指令；

③RS型指令，兩個操作數(shù)一個在寄存器中（16個寄存器之一），另一個在存儲器中；

④