计算机组成原理第七、八章答案ppt课件.ppt

计算机组成原理是计算机科学的基础，主要探讨计算机硬件层面的基本概念和设计原理。第七、八章主要涉及指令系统，这是计算机硬件和软件之间的桥梁，决定了计算机能够执行哪些操作。 机器指令是计算机能直接理解和执行的基本操作命令，每条机器语言的语句都是一条机器指令。指令系统是所有机器指令的集合，它定义了计算机能够执行的所有操作和数据处理方式。指令系统的设计直接影响到计算机的性能和应用范围，因为它规定了硬件如何与软件交互。设计者需要在硬件实现和用户需求之间找到平衡，而用户则根据指令系统编写程序。 指令字长是指一条指令中包含的二进制代码的总位数，这包括操作码和操作数地址。操作码指示计算机执行何种操作，而操作数地址指向参与运算的数据。指令字长取决于操作码长度、操作数地址长度及操作数地址的数量。不同的指令可能具有不同的字长。 存储字长是指存储单元能存储的二进制位数，通常与CPU的机器字长有关。机器字长是CPU一次能处理的数据宽度，例如，如果机器字长是32位，那么CPU每次能处理32位的数据。存储字长、指令字长和机器字长可以相同，也可能不同，具体取决于计算机架构的设计。 零地址指令不显式指定操作数的地址，它们的操作数通常从堆栈的栈顶或次栈顶获取。一地址指令只有一个显式的操作数地址，另一个操作数可能通过隐含寻址，如预存于累加器ACC中，来获取。 在设计指令系统时，有时会采用扩展操作码技术来增加指令种类。例如，如果一个16位的指令字长，地址码取4位，我们可以设计8条三地址指令，16条二地址指令，100条一地址指令。三地址指令的前4位作为操作码，剩余的12位用于地址。二地址指令和一地址指令通过扩展操作码的方式进行编码，以适应更多的指令需求。 对于一个16位的指令字长，当采用扩展操作码且每个操作数的地址为6位时，如果有13条二地址指令，剩下的操作码位可以用于一地址指令。在这种情况下，最多可以安排3×2^6=192条一地址指令。 如果指令字长固定，但操作码长度可以变化，那么二地址指令的最大数量取决于剩余的操作码位数。在上述16位指令字长的例子中，如果已定义了13条二地址指令，还有3个操作码位可用于扩展，这意味着二地址指令最多允许有3×2^6种，即192种。 指令系统的设计是计算机体系结构的核心部分，它决定了计算机的能力和程序员编程的便捷性。理解指令系统、字长和寻址方式对于深入理解计算机的工作原理至关重要。