计算机组成大题分析（三）

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我是靠谱客的博主忧虑黑猫，最近开发中收集的这篇文章主要介绍计算机组成大题分析（三），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

假定计算机 M 字长为 16 位，按字节编址，连接 CPU 和主存的系统总线中地址线为 20 位、数据线为 8位，采用 16 位定长指今字，指令格式及其说明如下:

其中，op1-op3 为操作码，rs，t 和 rd 为通用寄存器编号，R[]表示寄存器 r 的内容，imm为立即数，target 为转移目标的形式地址。请回答下列问题。

ALU 的宽度是多少位? 可寻址主存空间大小为多少字节?指令寄存器、主存地址寄存器 (MAR) 和主存数据寄存器(MDR) 分别应有多少位?
R 型格式最多可定义多少种操作?I型和]型格式总共最多可定义多少种操作?通用寄存器最多有多少个?
假定 opl 为 0010 和 0011 时，分别表示带符号整数减法和带符号整数乘法指令，则指01B2H 的功能是什么(参考上述指令功能说明的格式进行描述) ? 若 1、2、3 号通用寄存器当前内容分别为 B052H，0008H，0020H，则分别执行指令 01B2H 和 01B3H 后，3 号通用寄存器内容各是什么? 各自结果是否溢出?
若采用1型格式的访存指令中，imm(偏移量)为带符号整数，则地址计算时应对 imm进行零扩展还是符号扩展?
无条件转移指令可以采用上述哪种指令格式?

【分析】表中格式为指令格式，可发现其操作数占的位数，和寄存器占的位数以及指令的功能。题中计算机的字长位16位，地址线为20位，数据位8位，指令字长为定长16位。

R型，前六位是00000，后面是rs、rt、rd寄存器分别都由两位表示，操作数op1用4位表示，其功能是将rs寄存器和rt寄存器中的访存op1操作后存入到rd中；
I型，前六位是操作数op2，其含有两个寄存器，rs、rt分别都由两位表示，imm为立即数占4位（通常为立即寻址方式，给出的固定立即数），其指令的功能是条件转移和访存操作，含ALU运算。
J型，前六位是操作数op3，后面10位都为标记位，做为转移目标的形式地址，其功能是将target中作为PC的低10位作为跳转地址。

【解】

1.因为计算机的机器字长为16位，所以ALU的宽度为16位。其中主存总线地址线的位数为20位且数据位为8位，故能进行的寻址空间大小就为2^20字节。地址寄存器20位；数据寄存器8位。

因为指令为定长为16位，故指令寄存器的位数为16位；

2.R型中操作码占4位，故一共由16种操作；I型J型中占6位，但R型中的000000已经占了作为固定的标志，所以为64-1=63种操作。通用寄存器，在R型跟I型中只用2位作为通用寄存器的编码，故最多有4个。

3.指令01B2H表示的二进制为0000 0001 1011 0010，则从指令格式中可以看出，前000000为固定位，01为rs寄存器，10为rt寄存器，11为rd寄存器，0010为op1。则其功能就为R[3]->R[1]-R[2];

执行01B2H时：R[3] = B052H - 0008H = B04AH，结果未溢出。

执行01B3H，即R[3]->R[1] x R[2]，即R[3] = B052H x 0008H=8290H，结果溢出。

4. 因为进行地址跳转的时候，指令可能往前跳转，或者往后跳转，因此对imm进行符号扩展，方便指令跳转。

5. 无条件转移指令能采用J型指令，将target部分写入PC的低10位完成跳转。

【注】本题主要是对指令格式的考法，主要是对题目的研读，仔细阅读获取有用条件再进行作答，便可以比较清楚地解决问题。