发布时间 : 星期四 文章计算机组成原理辅导与实验更新完毕开始阅读
且两个操作数一个在寄存器中，一个在存储器中。这些都是题目中给出的隐含已知条件。在指令格式的设计中，应将所有信息都包含在指令格式中。
另外，字段复用技术是指令格式设计中常用的方法，使用字段复用技术可以使指令字长度最短，但指令译码、分析较复杂。本题解法二给出采用字段复用技术设计指令格式的方法。
解法一：
指令系统中有64种操作，2 6=64，即指令操作码需要６位。
因每条指令都为RS型，所以两个操作数一个在寄存器中，一个在内存中。因此指令格式中设１位用来指明寄存器中存放的是源操作数还是目的操作数。设S/D＝０，表明寄存器字段REG1为源操作数；S/D＝１，表明寄存器字段REG1为目标操作数。
因共有16个通用寄存器，所以REG1字段为４位(2 4=16)。
因有五种寻址方式，所以寻址方式字段MOD为3位 (2 2<5<2 3)。当MOD＝001时表明寄存器间接寻址，此时REG2字段指明用于寄存器间接寻址的寄存器编号。
因16个通用寄存器都可以用于寄存器间接寻址，所以REG2字段为４位(2 4=16)。Ｄ为形式地址。
设计指令格式为： 6 1 4 3 4 14 OP S/D REG1 MOD REG2 D ?0REG1为源寄存器S/D??
1REG为目标寄存器1??001?010??MOD??011?100???101寄存器间接寻址E?(GR)直接寻址E?D(214)一次间接寻址E?(D)(232) 二次间接寻址相对寻址E?((D))(232)E?PC?D其中Ｅ为有效地址，ＰＣ为程序计数器。 解法二：
在解法一中REG2字段只在寄存器间接寻址时使用，利用率不高。现将REG2字段进行复用。在寄存器间接寻址时，REG2为用于寄存器间接寻址的寄存器编号。在其他寻址方式时，REG2为形式地址的一部分，这样形式地址Ｄ可以达到18位。因此直接寻址的寻址空间可以扩大至2 18个单元。此时指令格式为：
６ １ ４ ３ ４ １４ OP ?REG2REG2/D1???D1S/D REG1 MOD 当MOD?001时
当MOD?001时REG2／D1 D D=D1+D2
其他字段含义同解法一，有效地址表达式不变，只是直接寻址空间变为2 18个存储单元。 例1.14 某机存储字长为16位，采用一地址格式的指令系统，允许直接、间接、变址、基址寻址，变址寄存器和基址寄存器均为16位，试回答：
(1) 若采用单字长指令，共能完成108种操作，画出指令格式，并指出直接寻址和一次间址的寻址范围各为多少。
(2) 若采用双字长指令，操作码位数和寻址方式不变，指令可直接寻址的范围又是多
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少？画出其指令格式。
(3) 存储字长不变，可采用什么方法访问容量为8MB的主存任一地址单元，说明理由。 解题思路： 指令的字长通常是存储字的整数倍，分别称为单字长指令，双字长指令的四字长指令等。 指令中操作码的位数决定指令集的大小。指令中地址码字段中给出的数据，除了立即数寻址外，通常是访问存储器的形式地址，经过地址变换后形成有效地址，该过程就是寻址过程。 由于系统的指令集为108条指令，满足这个条件的最小指令操作码位数为７。采用单字指令时，地址码的位数为９位。因此直接寻址的范围为2 9个字。采用间址寻址时，由于地址码字段中存放的是操作数地址的地址，即要访问的地址存放在存储器内，该地址是16位的。因此，间址寻址的范围为2 16个字。
当采用双字长指令时，指令中地址码字段的长度增加，所以访问的范围也加大。该范围为2 25 (32M)个字。
由于(２)中的寻址范围已经达到(３)的要求，所以可以采用双字长指令的直接寻址方式来访问８ＭＢ的主存。但是这样每条指令需要占用两个存储字，处理上比较复杂且代价高，一般考虑使用基址或变址寻址来访问比较大的寻址空间。
解： （1） 系统的指令集为108条指令，所以指令操作码位数为7，地址码位数为9。指令格式如图。直接寻址的范围为2 9个字。间接寻址的范围为2 16个字。
15 9 8 0 OP A （2） 若采用双字指令，操作码位数和寻址方式不变，指令可直接寻址的范围为2 25 (32MB)个字。指令格式为操作码７位，地址码25位。指令格式如图。
31 25 24 0 OP A （3） 可以使用变址寻址。如果该存储器按字变址，8MB＝4MW，此物理空间需要22位物理地址，通常变址寄存器的长度与存储字的长度相同，因此变址寄存器也为16位。变址寻址的物理地址的形成满足：EA=(X)+A，因此指令中只需要指出剩余的４位地址就可以了。
例1.15 阐述RISC和CISC的不同。
答：RISC是精简指令系统计算机，CISC是复杂指令系统计算机。RISC与CISC的不同表现在两个方面。
（1）结构不同：RISC与CISC处理机的硬件特性如图5.5所示。 硬连线 数据通路 控制逻辑 控制部件 指令和数据通路
指令高速 数据高速
微程序控制存储器 高速缓存 缓存 缓存
（指令） （数据） 主存储器
主存储器
(a) (b)
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