《计算机系统概论》-第5章-习题答案 _指令

《计算机系统概论》-第5章-习题答案
/8/29 5:10:31
给定指令ADD、JMP、LEA、NOT，请判断它们分别是操作（或运算）指令，还是数据搬移指令或控制指令？对每一条指令，进一步列出该指令可以采用的寻址模式。指令类型寻址模式
ADD
【《计算机系统概论》-第5章-习题答案】操作
立即数、寄存器2种寻址模式
JMP
控制
寄存器1种寻址模式
LEA
数据搬移
立即数1种寻址模式
NOT
运算
寄存器1种寻址方式
如果内存可寻址的宽度是64-bit，那么有关MAR和MDR的大小意味着什么？
MDR存放的是数据，至少需要64-bit，MAR存放内存地址，与寻址空间有关，MAR大于等于寻址空间大小。有两种终止循环（loop）的方法。一种是采用计数器控制循环次数；另一种是采用一个被称为（xx）的“元素”来控制。适合于做这种元素的字符有什么特性？
“哨兵法”的元素字符需要与其他元素明显区分开，这样通过判断“哨兵字符”可以中断循环。假设内存包含256个位置，每个位置的宽度是16位，问：
a. 表达地址的宽度至少是多少位？8-bit
b. 如果采用PC相对寻址模式，并要求控制指令能跳转至20个间隔以内的地址处，那么跳转指令中要留出多少位的字段来标识PC相对偏移（PC- ）？表示前后20个间隔之内的位置，所以需要6-bit表示有符号的数
c. 如果控制指令所在的地址是3，那么在LC-3指令中，它与地址10之间的PC偏移值应该是多少？6a. 什么是寻址模式？是定义操作数位置的一种模式。
b. 列举三种指令操作数可能存在的地方。指令本身、寄存器、内存
c. 列举LC-3的5种寻址模式，并指明各个模式下操作数存在的位置。立即数寻址（指令本身）、寄存器寻址（寄存器）、相对寻址（内存）、间接寻址（内存）和基址偏移寻址（内存）
d. 5.1.2节中的ADD指令采用的是什么寻址模式？寄存器寻址模式回顾2.7.1节中的“机器忙”（ busy)例子。假设位矢量内容存放在R2寄存器中，我们可以采用LC-3指令“0101 011 010 1 00001（AND R3，R2，#1）”判断机器0是否忙（busy）。如果该指令的结果是0，则意味着机器0是busy状态。
a. 写一条判断机器2是否busy的LC-3指令；0101 011 010 1 00100（AND R3，R2，#4）
b. 写一条判断机器2和机器3是否同时busy的LC-3指令；0101 011 010 1 01100（AND R3，R2，#12）
c. 写一条能够指示没有任何一个机器是busy的LC-3指令；0101 011 010 1 11111
d. 你能写一个判断机器6是否busy的指令吗？有什么问题吗？不可以，超出范围LC-3的ADD指令所能表达的最大的正整数是多少？
15如果我们希望将ADD指令能寻址的寄存器数目增加到32个，有什么问题吗？请解释。
不可以，因为表示32个寄存器需要5-bit，那么该指令长度=操作码4bit+3*寄存器地址5bit=19-bit，这样超过16bit，所以无法增加到32个寄存器。我们希望设计一个“什么也不做”的指令。许多ISA都有一个什么都不做的操作码，通常称之为NOP指令，即“NO ” 。该指令仍然经历取指令、译码、执行等节拍，只是在执行节拍它什么也不做。下面哪条指令可以扮演NOP的功能，且不影响程序的正常执行？
a. 0001 001 001 1 00000
b. 0000 1
c. 0000 0
其中ADD指令与其他两条指令的区别是什么？
c指令可以扮演NOP功能，其中ADD指令虽然结果没有发生变化，但其实已经进行+0的操作了。下面的指令A和B之间的区别是什么？他们之间的相似性是什么？差异是什么？
A 10101
B 10101
A：BRnzp -171
B：JSR -171
A和B的PC偏移量都是171，但是两者执行的指令不同，参考第9章，Ｂ中的中JSR指令还涉及R7寄存器，而A中不涉及。我们希望通过一条指令的执行来完成：将寄存器R1的内容减20，并将结果保存在R2中。能做到吗？如果能，写出来；如果不能，请解释为什么。