计算机专业基础综合计算机组成原理(指令系统)模拟试卷2

计算机专业基础综合计算机组成原理（指令系统）模拟试卷2

(总分：44.00，做题时间：90分钟)

一、单项选择题(总题数：9，分数：18.00)

1.单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个数常需采用( )。

A.堆栈寻址方式

B.立即寻址方式

C.隐含寻址方式√

D.间接寻址方式

2.寄存器间接寻址方式中，操作数处在( )。

A.通用寄存器

B.主存单元√

C.程序计数器

D.堆栈

3.堆栈寻址方式中，设R i为通用寄存器，SP为堆栈指示器，M SP为SP指示的栈顶单元，如果进栈操作的动作是：(R i )→M SP，(SP)－1→SP，那么出栈操作的动作应为( )。

A.(M SP )→R i，(SP)+1→SP

B.(SP)+1→SP，(M SP )→A √

C.(SP)－1→SP，(M SP )→A

D.(M SP )→R i，(SP)－1→SP

4.运算型指令的寻址与转移性指令的寻址不同点在于( )。

A.前者取操作数，后者决定程序转移地址√

B.后者取操作数，前者决定程序转移地址

C.前者是短指令，后者是长指令

D.前者是长指令，后者是短指令

5.算术右移指令执行的操作是( )。

A.符号位填0，并顺次右移1位，最低位移至进位标志位

B.符号位不变，并顺次右移1位，最低位移至进位标志位√

C.进位标志位移至符号位，顺次右移1位，最低位移至进位标志位

D.符号位填1，并顺次右移1位，最低位移至进位标志位

6.指出下面描述汇编语言特性的句子中概念上有错误的句子。

A.对程序员的训练要求来说，需要硬件知识

B.汇编语言对机器的依赖性高

C.汇编语言的源程序通常比高级语言源程序短小√

D.汇编语言编写的程序执行速度比高级语言快

7.下列说法中不正确的是( )。

A.变址寻址时，有效数据存放在主存中

B.堆栈是先进后出的随机存储器

C.堆栈指针SP的内容表示当前堆栈内所存储的数据的个数√

D.内存中指令的寻址和数据的寻址是交替进行的

8.下面关于RISC技术的描述中，正确的是( )。

A.采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单的情况

B.为实现兼容，新设计的RISC是从原来的CISC系统的指令系统中挑选一部分实现的

C.RISC的主要目标是减少指令数√

D.RISC设有乘、除法指令和浮点运算指令

9.下列各项中，不属于安腾体系结构基本特征的是( )。

A.超长指令字

B.显式并行指令计算

C.推断执行

D.超线程√

二、设计题(总题数：4，分数：8.00)

10.某单片机字长为16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有64条指令。试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。

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正确答案：(正确答案：64条指令需占用操作码字段(OP)6位，这样指令字下余长度为10位。为了覆盖主

存64K字的地址空间，设寻址模式位(X)2位，形式地址(D)8位，其指令格式如下：寻址模式X定义发下：X=00直接寻址有效地址E=D(256单元) X=01立即寻址D=操作数X=10变址寻址有效地址E=(R)+D (64K) X=11相对寻址有效地址E=(PC)+D (64K) 其中R为变址寄存器(16位)，PC为程序计数器(16位)。在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。)

11.某机字长16位，主存容量64K，指令为单字长指令，有50种操作码，采用页面寻址、间接、直接寻址方式，CPU中有一个AC，PC，IR，MAR，MBR。问：(1)指令格式如何安排?(2)存储器能划分成多少个页面?每页多少单元?(3)能否增加其他寻址方式?

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正确答案：(正确答案：(1)根据题意，有50种操作码，故OP字段占6位。页面寻址可用PC高8位(P(H)

与形式地址D18位)拼接成有效地址，设寻址模式X占2位，故指令格式如下：寻址模式定义如下：X=00，直接寻址，有效地址E=D。 X=01，页面寻址，有效地址E=PC H－D。 X=10，间接寻址，有效地址E=(D)。 X=11。 (2)按照上述指令格式，PC高8位形成主存256个页面，每个页面有256个单元。 (3)按照上述指令格式，寻址模式X一11尚未使用，故可增加一种寻址方式。由于CPU中给定的寄存器中尚可使用PC，故可增加相对寻址方式，其有效地址E=PC+D，如不用相对寻址，还可使用立即寻址方式，此时形式地址D为8位的操作数。当位移量(形式地址)D变成7时，寻址模式位可变成3位，原则上可使用更多的寻址方式，但是CPU现在没有其他更多的寄存器，因此不能增加其他寻址方式。)

12.在决定一台计算机采用何种寻址方式时，总要做出各种各样的权衡。在下列每种情况下，具体的考虑是什么?(1)单级间接寻址方式作为一种方法提出来的时候，硬件变址寄存器被认为是一种成本很高的办法。随着LSI电路的问世，硬件成本大降。试问，现在是不是使用变址寄存器更为可取?(2)如果允许在同一条指令中同时指定间接寻址方式和立即寻址方式，请问有效地址产生逻辑应如何处理这种情况?(3)已知一台16位计算机配有16个通用寄存器。请问，是否有一个简单的硬件设计规则，使我们可以指定这个通用寄存器组的某些寄存器来进行20位的存储器寻址?参与这种寻址的通用寄存器该采用什么办法区分出来?

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正确答案：(正确答案：(1)采用间接寻址的优点是不需要额外增加专用寄存器，只使用MAR和MDR即可完成这种寻址，但缺点是多访问一次存储器(对单级间接寻址而言)。随着LSI的发展，硬件成本大大下降，所以现在使用专门的变址寄存器来实现变址寻址更为可取，因为其优点是减少一次访问主存的时间，提高了指令执行的速度。 (2)同一条指令中同时指定间接寻址和立即寻址两种方式时，有效地址产生逻辑应对寻址模式进行分析判别：如寻址模式是立即寻址，则形式地址D即为操作数；如果寻址模式是间接寻址，则形式地址D被送到MAR，然后读主存，取得有效地址。 (3)可以有一个简单的硬件设计规则，使我们可以指定某些通用寄存器来进行20位的存储器寻址。由于这些通用寄存器字长是16位，我们可以用其组成20位地址的低16位，再用4位形式地址作为高4位，与低16位的某些通用寄存器简单相拼，从而形成页面寻址方式。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)，再与低位部分的形式地址相拼成20地址。这两种情况下，硬件上均需一个20位的MAR寄存器。参与这种寻址方式的通用寄存器，可用赋予地址编号来加以区分。16个通用寄存器为一组占用4位字长，可用R 0～R 15命名。哪几个参与这种方式的寻址，可由设计者选定。)

13.现在要设计一个单片机，但机器字长尚悬而未决。有两种方案等待决择：一种是指令字长16位，另一种是指令字长20位。该处理机的硬件特色是：有两个基值寄存器(20位)；有两个通用寄存器组，每组各包括16个寄存器。请问：(1)16位字长的指令和20位字长的指令各有什么优缺点?哪种方案较好?(2)如果选用20位的指令字长，基址寄存器还有保留的必要吗?

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正确答案：(正确答案：(1)采用16位字长的指令，原则上讲，优点是节省硬件(包括CPU中的通用寄存器组，ALU与主存储器，MDR)，缺点是指令字长较短，操作码字段不会很长，所以指令条数受到限制。另一方面，为了在有限的字段内确定操作数地址，可能要采用较复杂的寻址方式，从而使指令执行的速度降低。当采用20位字长的指令结构时，其优缺点正好相反。具体讲，按所给条件，16位字长的指令格式方案如

下：其中OP字段可指定64条指令，X 1为寻址模式，与R 1通用寄存器组一起，形成一个操作数。具体如下： X 1 =00 寄存器直接寻址 X 1 =01 寄存器间接寻址 E=(R s ) X 1 =10 基寻址方式0 E=(R b0 )+(R s ) X 1 =11 基寻址方式1 E=(R b1 )+(R s ) 其中R b0，R b1分别为两个20位的基值寄存器。 20位字长

指令格式方案如下：其中OP占6位，64条指令，X 1，X 2分别为两组寻址模式，分别与R s和R d通用寄存器组组成双操作数字段。由于X 1，X 2各占3位，可指定8种寻址方式，其指令格式结构类似于PDP—11机双操作数指令格式。(2)如果选用20位的指令字长，则基地址寄存器没有必要保留。因为通用寄存器长度为20位，足以覆盖1M字的主存空间。)

三、分析题(总题数：9，分数：18.00)

14.

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：指令格式及寻址方式特点如下： (1)单字长二地址指令。 (2)操作码字段OP可以指定2 6 =64条指令。 (3)源和目标都是通用寄存器(可分别指定32个寄存器)，所以是RR型指令，两个操作数均在寄存器中。 (4)这种指令结构常用于算术逻辑运算类指令。)

15.

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：指令格式及寻址方式特点如下：(1)单字长二地址指令，用于访问存储器。操作码字段可指定64种操作。(2)RS型指令，一个操作数在通用寄存器(共16个)，另一个操作数在主存中。(3)有效地址可通过寻址特征位X确定：有X=00，01，10，11四种组合，可指定四种寻址方式。)

16.已知计算机指令字长为16位，其双操作数指令的格式如下：OP为操作码，R为通用寄存器地址，试说明在下列各种情况下能访问的最大主存区为多少机器字? (1)D为直接操作数； (2)D为直接主存地址；(3)D为间接地址(一次问址)；(4)D为变址的形式地址，假定变址寄存器为R 1(字长为16位)。__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：(1)该机器字即为指令字，它本身包含操作数D(只有8位)，无需访存。(2)256个机器字，此时为直接寻址，E=D。(3)64K机器字，此时为间接寻址，E=(D)。(4)64K机器字，此时为变址寻址，E=R 1 +D。)

17.给出下表中操作数寻址方式的有效地址E

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：(1)操作数在指令中(2)操作数在寄存器中(3)E=D (4)E=(B) (5)E=(B)+D (6)E=(I)×S+D (7)E=(B)+(I)+D (8)E=(B)+(I)×S+D (9)指令地址=(PC)+D)

18.有一存储器堆栈。其栈底地址为300，且有a，b，c三个数据依次存放在堆栈中，a放在栈底。CPU中有一硬件堆栈指示器SP，且用通用寄存器R 1作为数据交换器。试画出数据c出栈以前与出栈以后堆栈、SP与通用寄存器R 1的状态。

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：存储器堆栈中，进栈时先存入数据，后修改堆栈指示器。反之，出栈时，先修改堆栈指示器，然后取出数据。即进栈操作：(R 1 )→Msp，(SP)－1→SP 出栈操作：(SP)+1→SP，(Msp)→R 1

其中Msp是堆栈指示器指示的栈顶单元。因此可画出题目要求的状态变化图，如图4．1所示。)

19.(1)选择寻址方式时主要考虑哪些因素?(2)在指令格式中指明寻址方式有几种方法?

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正确答案：(正确答案：(1)选择寻址方式时主要考虑以下因素：①应与数据的表示相配合，能方便地存取各种数据；②应根据指令系统及各种寻址方式的特点和相互组合的可能性进行选择；③应考虑实现上的有效性和可能性；④还应使地址码尽可能短、存取的空间尽可能大、使用方便。(2)寻址方式在指令格式中的表示方法通常有两种：①由不同的操作码指明操作数的不同寻让方式(操作码指明法)；②在指令格式中增设寻址特征位指明寻址方式(寻址方式位法)。)

20.设变量h放在寄存器$S2中，数组A的基值放在寄存器$S3中，请将下面C语句翻译成MIPS R4000汇编语言代码。C赋值语句是：A[12]=h+A[8]

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：虽然C语句只有一个操作，但是两个操作数均在存储器中，因此必须使用取字(iw)指令和存字(sw)指令。MIPSR4000计算机按字节访问存储器，字地址是32位(字节值的4倍)。因此MIPS R4000汇编语言表示如下： iw $t0，32($S3) #基值寄存器$S3的偏移量为32=4×8，访存地址为A[8] add $t0，$32，$t0 #加法操作将结果放到临时寄存器$t0 sw $t0，48($S3) #加法结果放到存储器地址A[12]中，偏移量为48=4×12)

21.将下面一条ARM汇编语言指令翻译成机器语言指令：ADDr5，r1，r2

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正确答案：(正确答案：ARM是32位计算机，按其指令机器格式，

22.设变量h放在寄存器r2，数组A的基值放在寄存器r3，请将下面C语句翻译成ARM汇编语言代码。C 赋值语句是；A[12]=h+A[8]

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：虽然C语句只有一个相加的操作，但是两个操作数均在存储器中，因此需要更多的ARM指令。首先用取字(LDR)指令访问存储器单元A[8]；然后用ADD指令将h+A[8]放在寄存器r6，最后用存字(STR)指令将r6中的结果写到存储器单元A[12]，此时寄存器r3作为基地址寄存器，位移量为48(4×12)，因ARM也是字节寻址。3条ARM汇编语言指令形式如下：LDR r6，[r3，#32]；读出A[8]单元数据到r6寄存器ADD r6，r2，r6；寄存器r6中保存数据h+A[8] STR r6，[r3，#48]；数据h+A[8]写回到A[12]单元)