第四章 指令系统
指 令 系 统 第 四 章
1.画出先变址再间址及先间址再变址的寻址过 程示意图。 解:1)先变址再间址寻址过程简单示意如 下:EA=(X)+A,(IX)+1-I IR OP M 主存 操作数 ALl IX:变址寄存器, 设一重间接 既可是专用寄存器, EA 也可是通用寄存器之
1. 画出先变址再间址及先间址再变址的寻址过 程示意图。 解：1）先变址再间址寻址过程简单示意如 寻址过程简单示意如 下：EA=[(IX)+A]， (IX)+1→IX IX OP M A +1 ALU IR EA 操作数 主存 IX：变址寄存器， 既可是专用寄存器， 也可是通用寄存器之一。 设一重间接
2)先间址再变址寻址过程简单示意如下: EA=(IX)+(A),(X)+1-IX IR OPI M 主存 设一重间接 +1 IX:变址寄存器, ALU EA 既可是专用寄存器 操作数 也可是通用寄存器之一
2）先间址再变址寻址过程简单示意如下 寻址过程简单示意如下： EA=(IX)+(A) EA=(IX)+(A)， (IX)+1→IX IX OP M A OP M A +1 ALU IR EA 操作数 主存 IX：变址寄存器， 既可是专用寄存器， 既可是专用寄存器， 也可是通用寄存器之一。 也可是通用寄存器之一。 设一重间接
2.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 作,操作码位数固定,且具有直接、间接、 第四章指令系统 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 的作用; (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);
2. 某机主存容量为 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 指令字长，若该机指令系统可完成108 种 操 作，操作码位数 作，操作码位数固定，且具有直接、间接、 ，且具有直接、间接、 变址、基址、相对、立即等 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 一地址指令格式并指出各字段 的作用； （ 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； 间址的寻址范围； （ 4 ）立即数的范围（十进制表示）； 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 第四章指令系统 行时间最短?哪一种最长?为什么?哪一种 便于程序浮动?哪一种最适合处理数组问 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?简要说明之
（ 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 ）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 ？为什么？哪一种 便于程序浮动？哪一种最适合处理 ？哪一种最适合处理数组 问 题？ （ 7）如何修改指令格式，使指令的寻址 ）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 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？简要说明之。 ，可采取什么措施？简要说明之
解 (1)单字长一地址指令格式: 3 第四章指令系统 OP M 各字段的作用: OP操作码字段,提供至少108 种指令操作码; M寻址方式码字段,指出6种 寻址方式; A—形式地址字段,给出寻址所 需的形式地址
解： （1）单字长一地址指令 ）单字长一地址指令格式： 7 3 6 7 3 6 OP M A OP M A 各字段的作用： 各字段的作用： OP——操作码字段，提供至少 字段，提供至少108 种指令操作码； 种指令操作码； M——寻址方式码字段，指出6种 寻址方式； A——形式地址字段，给出寻址所 字段，给出寻址所 需的形式地址。 需的形式地址
(2)A为6位,该指令直接寻址的最大范围 为26=64字 (3)一次间址的寻址范围为216=64K字; 多次间址的寻址范围为215=32K字; 第四章指令系统 (4)立即数的范围:若采用补码表示为 IFH~20H;十进制表示为31~-32;无符号数为 0~63; (5)相对寻址的位移量范围在采用补码表 今示时同立即数范围,为31-32
（ 2 ） A 为 6位，该指令直接寻址的最大范围 位，该指令直接寻址的最大范围 为 2 6 =64 字 ； （ 3）一次间址的寻址范围为 ）一次间址的寻址范围为 216 =64K 字 ； 多次间址的寻址范围为 多次间址的寻址范围为 215 =32K字； （ 4）立即数的范围：若采用补码表示为 ）立即数的范围：若采用补码表示为 1FH~20H 1FH~20H ；十进制表示为31~ -32；无符号数为 0~63 ； （ 5 ）相对寻址的位移量范围在采用补码表 相对寻址的位移量范围在采用补码表 示时同立即数范围，为 示时同立即数范围，为31~ -32 ；
(6)六种寻址方式中,立即寻址指 第 令执行时间最短,因为此时不需寻址 间接寻址指令执行时间最长,因为 四寻址操作需访存一次到多次 相对寻址便于程序浮动,因为此时 操作数位置可随程序存储区的变动而改 指变,总是相对于程序一段距离 今变址寻址最适合处理数组问题,因 系为此时变址值可自动修改而不需要修改 统
（ 6）六种寻址方式中， ）六种寻址方式中，立即寻址 指 令执行时间最短，因为此时不需寻址； 令执行时间最短，因为此时不需寻址； 间接寻址指令执行时间最长，因为 指令执行时间最长，因为 寻址操作需访存一次到多次； 寻址操作需访存一次到多次； 相对寻址便于程序浮动，因为此时 便于程序浮动，因为此时 操作数位置可随程序存储区的变动而改 操作数位置可随程序存储区的变动而改 变，总是相对于程序一段距离； 变，总是相对于程序一段距离； 变址寻址最适合处理数组问题，因 最适合处理数组问题，因 为此时变址值可 为此时变址值可自动修改而不需要修改 自动修改而不需要修改 程序
(7)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 第长一地址指令的格式改为双字长,如下 四图示: OP M A 章指令系统 16 图中,指令的第一字保持原来格 式不变,形式地址A扩展到第2个字。 这样,直接寻址时,EA=A=16+6=22 位,正好可访问4M地址空间。由于A 的扩展,变址、基址、相对、立即数 等寻址方式也扩展到22位
（7）为使指令寻址范围可扩大到 ）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 位，此时可将单字 长一地址指令的格式改为 长一地址指令的格式改为双字长，如下 图示： 7 3 6 7 3 6 OP M A OP M A A 16 图中，指令的第一字 图中，指令的第一字保持原来格 式不变，形式地址 式不变，形式地址A扩展到第2个字。 这样，直接寻址时， 这样，直接寻址时，EA=A=16+6= EA=A=16+6=22 位，正好可访问4M地址空间。由于 地址空间。由于A 的扩展，变址、基址、相对、立即数 的扩展，变址、基址、相对、立即数 等寻址方式也扩展到 等寻址方式也扩展到22位
(8)如使一条转移指令能转移到主 存的任一位置,可采用上述双字长一地 第四章指 址指令,通过选用合适的寻址方式完成。 四(如选用直接寻址就可转移到主存任 位置,但选用相对寻址则只能在±2M范 围内转移。) 除此之外,(7)、(8)两题也可 今通过段寻址方式达到扩大寻址空间的目 亲的n总之·不论采取何种方式,最终得 统
（ 8 ）如使一条转移指令能转移到主 如使一条转移指令能转移到主 存的任一位置，可采用上述双字长一地 ，可采用上述双字长一地 址指令，通过选用合适的寻址方式完成。 寻址方式完成。 （如选用直接寻址就可转移到主存 （如选用直接寻址就可转移到主存任一 位置，但选用相对寻址则只能在 ，但选用相对寻址则只能在 ±2M 范 围内转移。） 除此之外，（ 7）、（ 8）两题也可 通过段寻址方式达到扩大寻址空间的目 达到扩大寻址空间的目 的。总之，不论采取何种方式，最终得 的。总之，不论采取何种方式，最终得 到的实际地址应是22 位