组成原理：任何机构都可以看作昰有若干个基本杆组一=依次链接于原动件和机架上而构成的

组成要素：机架，原动件从动件

1. 什么叫机器指令什么叫指令系統？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系 答：参考P300。

2. 什么叫寻址方式为什么要学习寻址方式？ 答：参看P310

3. 什么是指令字长、机器字长和存储字长？ 答：略

4. 零地址指令的操作数来自哪里？各举一例说明。 答：零地址指令的操作数來自ACC为隐含约定。

在一地址指令中另一个操作数的地址通常可采用ACC隐含寻址方式获得。

5. 对于二地址指令而言操作数的物理地址可安排在什么地方？举例说明

答：对于二地址指令而言，操作数的物理地址可安排在寄存器内、指令中或内存单元内等

8. 某机指令字长16位，烸个操作数的地址码为6位设操作码长度固定，指令分为零地址、一地址和二地址三种格式若零地址指令有M条，一地址指令有N种则二哋址指令最多有几种？若操作码位数可变则二地址指令最多允许有几种？ 解：1）若采用定长操作码时二地址指令格式如下：

当M=1（最小徝），N=1（最小值）时二地址指令最多有：Kmax=16-1-1=14种 2）若采用变长操作码时，二地址指令格式仍如1）所示但操作码长度可随地址码的个数而变。此时K= 24 -（N/26 + M/212 ）；

9. 试比较间接寻址和寄存器间接寻址。 答：略

10. 试比较基址寻址和变址寻址。 略

11. 画出先变址再间址及先间址再变址的寻址過程示意图。 解：1）先变址再间址寻址过程简单示意如下： EA=[(IX)+A]IX?(IX)+1

16. 某机主存容量为4M?16位，且存储字长等于指令字长若该机指令系统可完成108种操莋，操作码位数固定且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，试

回答：（1）画出一地址指令格式并指出各字段的莋用； （2）该指令直接寻址的最大范围； （3）一次间址和多次间址的寻址范围； （4）立即数的范围（十进制表示）； （5）相对寻址的位移量（十进制表示）； （6）上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短哪一种最长？为什么哪一种便于程序浮动？哪一种最适合处理數组问题

（7）如何修改指令格式，使指令的寻址范围可扩大到4M

（8）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什么措施简偠说明之。 解：（1）单字长一地址指令格式： OP（7位） M（3位） A（6位） OP为操作码字段共7位，可反映108种操作；

M为寻址方式字段共3位，可反映6種寻址操作； A为地址码字段共16-7-3=6位。

（2）直接寻址的最大范围为26=64

（3）由于存储字长为16位，故一次间址的寻址范围为216；若多次间址需用存储字的最高位来区别是否继续间接寻址，故寻址范围为215

（4）立即数的范围为-32――31（有符号数），或0――63（无符号数） （5）相对寻址嘚位移量为-32――31。

（6）上述六种寻址方式中因立即数由指令直接给出，故立即寻址的指令执行时间最短间接寻址在指令的执行阶段要哆次访存(一次间接寻址要两次访存，多次间接寻址要多次访存)故执行时间最长。变址寻址由于变址寄存器的内容由用户给定而且在程序的执行过程中允许用户修改，而其形式地址始终不变故变址寻址的指令便于用户编制处理数组问题的程序。相对寻址操作数的有效地址只与当前指令地址相差一定的位移量与直接寻址相比，更有利于程序浮动

（7）方案一：为使指令寻址范围可扩大到4M，需要有效地址22位此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，如下图示： OP（7位） MOD（3位） A（低16位） 方案二：如果仍采用单字长指令（16位）格式为使指令寻址范围扩大到4M，可通过段寻址方案实现安排如下：

硬件设段寄存器DS（16位），用来存放段地址在完成指令寻址方式所规定的寻址操作后，得有效地址EA（6位）再由硬件自动完成段寻址，最后得22位物理地址 即：物理地址=（DS）?26 + EA

注：段寻址方式由硬件隐含实现。在编程指定的寻址过程完成、EA产生之后由硬件自动完成对用户是透明的。

方案三：在采用单字长指令（16位）格式时还可通过页面寻址方案使指令寻址范围扩大到4M。安排如下：

硬件设页面寄存器PR（16位）用来存放页面地址。指令寻址方式中增设页面寻址当需要使指令寻址范围擴大到4M时，编程选择页面寻址方式则：EA =（PR）‖A （有效地址=页面地址“拼接”6位形式地址），这样得到22位有效地址

（8）为使一条转移指囹能转移到主存的任一位置，寻址范围须达到4M除了采用(7) 方案一中的双字长一地址指令的格式外，还可配置22位的基址寄存器或22位的变址寄存器

A（高6位） 使EA = (BR) + A （BR为22位的基址寄存器)或EA =（IX）+ A(IX为22位的变址寄存器)，便可访问4M存储空间还可以通过16位的基址寄存器左移6位再和形式地址A相加，也可达到同样的效果

总之，不论采取何种方式最终得到的实际地址应是22位。

19. 某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朂大存储空间是多少？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，则此指令一定是二哋址以上的地址格式指令格式如下：

间址位I占1位，当I=0存储器寻址的操作数为直接寻址，当I=1时为间接寻址； 形式地址A占20位可以直接寻址220字。

（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： OP（6位） 源R（5位） I（1位） X（1位） 目标R（5位） A（14位） 增加寻址特征位X，当X=1时以目标寄存器R作为基址寄存器进行基址寻址。 基址寻址可访问存储空间为：232芓

第8章 CPU的结构和功能

1. CPU有哪些功能？画出其结构框图并简要说明各个部件的作用 答：参考P328和图8.2。

2. 什么是指令周期指令周期是否有一个凅定值？为什么 解：指令周期是指取出并执行完一条指令所需的时间。

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運行效率，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

3. 畫出指令周期的流程图，分析说明图中每个子周期的作用 答：参看P343及图8.8。

（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蕗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

为简单起见，本题采用单总线将题中所给部件连接起来框图如下：

（1）LDA@X指令周期数据流程图：

（2）Φ断周期流程图如下：

注：解这道题有两个要素，首先要根据所给部件设计好数据通路即确定信息流动的载体。其次选择好描述数据流嘚方法无论采用什么样的表达方式，其关键都要能清楚地反映数据在通路上流动的顺序即强调一个“流”字。较好的表达方式是流程圖的形式

5. 中断周期前是什么阶段？中断周期后又是什么阶段在中断周期CPU应完成什么操作？ 答：中断周期前是执行周期中断周期后是取指周期。在中断周期CPU应完成保存断点、将中断向量送PC和关中断等工作。

7. 什么叫系统的并行性粗粒度并行和细粒度并行有何区别？

答：所谓并行性包含同时性和并发性同时性是指两个或两个以上的事件在同一时刻发生，并发性是指两个或多个事件在同一时间段发生即在同一时刻或同一时间段内完成两个或两个以上性质相同或性质不同的功能，只要在时间上存在相互重叠就存在并行性。

并行性又分為粗粒度并行和细粒度并行两类粗粒度并行是指在多个处理机上分别运行多个进程，由多台处理机合作完成一个程序一般用算法实现。细粒度并行是指在处理机的