第二章指令系统(1)

第二章数据表示与指令系统1.数据构造和机器的数据表示之间是什么关系？确立和引入数据表示的基来源则是什么？答：数据表示是能由硬件直接辨别和引用的数据种类。

数据构造反应各样数据元素或信息单元之间的构造关系。

数据构造要经过软件映象变换成机器所拥有的各样数据表示实现，所以数据表示是数据构造的构成元素。

不一样的数据表示可为数据构造的实现提供不一样的支持，表此刻实现效率和方便性不一样。

数据表示和数据构造是软件、硬件的交界面。

除基本数据表示不可以少外，高级数据表示的引入依照以下原则：（1）看系统的效率有否提升，能否养活了实现时间和储存空间。

（2）看引入这类数据表示后，其通用性和利用率能否高。

2.标记符数据表示与描绘符数据表示有何差异？描绘符数据表示与向量数据表示对向量数据构造所供给的支拥有什么不一样？答：标记符数据表示与描绘符数据表示的差异是标记符与每个数据相连，合存于同一储存单元，描绘单个数据的种类特征 ; 描绘符是与数据分开寄存，用于描绘向量、数组等成块数据的特色。

描绘符数据表示为向量、数组的的实现供给了支持，有益于简化高级语言程序编译中的代码生成，能够比变址法更快地形成数据元素的地点。

但负阶，最小为 0)最大阶(2^p-1)最小尾数值(rm^(-1))最大尾数值(1-rm^(-m'))可表示的最小值可表示的最大值阶的个数(2^p)可表示的尾数的个数可表示的规格化数的个数note:2^6-12^6-12^6-11/21/81/161-2^(-48)1-8^(-16) ，即(1-2^(-48)) 1-16^(-12)，即(1-2^(-48))1/21/81/162^63*(1-2^(-48))8^63*(1-8^(-16))16^63*(1-16^(-12))2^62^62^62^48*(2-1)/28^16*(8-1)/816^12*(16-1)/16 2^6*2^48*(2-1)/22^6*8^16*(8-1)/82^6*16^12*(16-1)/16描绘符数据表示其实不支持向量、数组数据构造的高效实现。

计算机学科专业基础综合组成原理-指令系统(一)(总分：154.00，做题时间：90分钟)一、单项选择题(总题数：40，分数：80.00)1.下列描述中 ____ 是正确的。

（分数：2.00）A.加法指令的执行周期一定要访存B.加法指令的执行周期一定不访存C.指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期一定访存√D.指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期不一定访存解析：指令的地址码部分是操作数的地址，而地址码给出存储器地址，表示加法指令在执行周期中取出操作数要从存储器中得到，所以一定会访问存储器。

2.基址寻址方式中，操作数的有效地址是 ____ 。

（分数：2.00）A.基址寄存器内容加上形式地址(位移量) √B.程序计数器内容加上形式地址C.变址寄存器内容加上形式地址D.寄存器内容加上形式地址解析：根据基址寻址方式的定义，操作数的有效地址是基址寄存器的内容加上形式地址(位移量)。

3.与本指令的地址有关的寻址方式是 ____ 。

（分数：2.00）A.立即寻址B.寄存器寻址C.相对寻址√D.直接寻址解析：题中四种寻址方式只有相对寻址需要用程序计数器的内容，也就是本指令的地址，所以答案选C。

4.子程序调用指令执行时，要把当前程序计数器(PC)的内容存到 ____ 。

（分数：2.00）A.通用寄存器B.堆栈√C.指令寄存器D.数据缓冲器解析：子程序调用指令执行时，为了在子程序结束后正确返回到主程序中，所以要把当前PC的内容放入堆栈保存起来。

5.存储器按字节编址，在向上生成(地址码减小方向)堆栈中，若约定为实顶栈(即堆栈指针随时指向实有数据的堆顶)，设SP=1428H，AX为16位累加寄存器，则执行一条指令PUSH AX后，SP内容为 ____ 。

（分数：2.00）A.1427B.142AC.1430D.1426 √解析：据题意，应该先使(SP)-1，再写入数据，而AX为16位寄存器，占用2个堆栈单元，所以SP的内容减1两次。

摘要我国计算机芯片产业目前基本形成了较为全面的产业化格局，指令系统经过14年的自主研究开发，积累了一定的专利技术。

但指令系统种类的多元化、专利缺乏系统化布局仍是我国芯片产业发展的最大困扰。

指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，它是软件和硬件的主要界面，从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性。

对不同的计算机在设计指令系统时，应对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。

指令系统简介在计算机指令系统的优化发展过程中, 网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件。

而中国CPU还远远未能在民用市场争得一席之地是我们不得不面对的事实。

国产CPU的技术本身还有待完善，应用领域还有待丰富，最终能否站稳脚跟，成为信息化建设的主力，还有待市场的检验。

毕竟，与世界最先进的水平相比，国产CPU才刚刚上路。

中国CPU的发展任重而道远！关键词：计算机指令，指令系统， CPUAbstractOur computer chip industry is the basic formation of a more comprehensive pattern of industrialization, the instruction after 14 years of independent research and development, the accumulation of a certain patented technology. However, the diversification of the types of instruction set, the patent lack of systematic layout is still a big headache for China's chip industry. System of instruction is the language of the computer hardware system, also known as machine language, which is the main interface of the software and hardware from the system architecture point of view, it is the main attributes of a computer systems programmer to see. On different computers in the design of the instruction set address instruction format, type, and operating functions to be given the attention it deserves. About instruction set computer instruction set to optimize the development process, network communications, information security and information appliances will become more and more popular, and the CPU is the essential components in all of these information products. The Chinese CPU also fallen far short of the civilian market to gain a place we have to face facts. Made CPU technology itself remains to be perfect, applications remains to be rich, can ultimately gain a firm foothold and become the main information construction has yet to be tested by the market. After all, compared with the world's most advanced level, made CPU is just the road. The development of China's CPU a long way to go!Key words: computer instruction, the instruction system, the CPU目录摘要 (I)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1计算机指令系统国内外发展状况 (1)1.2计算机指令的发展历程 (3)第二章计算机指令系统 (5)2.1计算机指令系统的概况、特点及要求 (5)2.2计算机指令系统- 寻址方式 (6)2.3计算机指令系统- 种类 (7)2.4计算机指令系统- 指令格式 (8)第三章计算机指令系统与中国CPU的发展 (10)3.1计算机指令的研究 (10)3.2迅速崛起的中国CPU (11)参考文献 (16)致谢 (17)第一章绪论1.1计算机指令系统国内外发展状况计算机芯片是电子信息产品的核心，是确保国家电子信息安全的战略性产品。

第二章计算机指令集结构设计名词解释1.堆栈型机器——CPU中存储操作数的单元是堆栈的机器。

2.累加型机器——CPU中存储操作数的单元是累加器的机器。

3.通用寄存器型机器——CPU中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。

4.CISC——复杂指令集计算机。

5.RISC——精简指令集计算机。

@2.2堆栈型机器、累加器型机器和通用寄存器型机器各有什么优缺点2.3常见的三种通用寄存器型机器的优缺点各有哪些指令集结构设计所涉及的内容有哪些(1)指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向；(2)寻址方式的设计：设置寻址方式可以通过对基准程序进行测试统计，察看各种寻址方式的使用频度，根据适用频度设置相应必要的寻址方式；(3)操作数表示和操作数类型：主要的操作数类型和操作数表示的选择有，浮点数据类型（可以采用IEEE 754标准）、整型数据类型（8位、16位、32位的表示方法）、字符型（8位）、十进制数据类型（压缩十进制和非压缩十进制数据表示）等等。

(4)寻址方式的表示：可以将寻址方式编码与操作码中，也可将寻址方式作为一个单独的域来表示。

(5)（(6)指令集格式的设计：有固定长度编码方式、可变长编码方式和混合编码方式三种选择。

简述CISC计算机结构指令集功能设计的主要目标。

从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点CISC结构追求的目标是强化指令功能，减少程序的指令条数，以达到提高性能的目的。

从目前的计算机技术观点来看，CISC结构存在以下几个缺点：(1)在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。

(2)CISC结构的指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。

(3)CISC结构的指令系统的复杂性给VLSI设计带来了很大负担，不利于单片集成。

(4)CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。

(5)^(6)在结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。

第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。

题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。

2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。

题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。

按功能和机构可分为单片机和多片机。

按组装方式可分为单板机和多板机。

单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。

单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。

题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。

运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。

题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。

Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。

题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。

计算机系统结构第2章第⼆章指令系统第⼀节指令系统设计概述⼀、指令系统概述1、指令系统的设计、应⽤及实现(1)指令系统的设计*机器指令：计算机硬件实现的运算或操作的命令；第i 种格式：OP i A 1A 2编码⽰例：00110 000~111 000~111功能⽰例：A 1←(A 1)+(A 2)第j 种格式：OP j A 编码⽰例：10110 000~111功能⽰例：A←(A)+1*指令系统设计：定义所有机器指令的格式(含编码)。

*指令系统：所有机器指令的集合；第1种：第2种：…第n 种：OP 1A 1A 2OP 2A OP n A 1A 2…(2)指令系统的应⽤第i种指令应⽤⽰例a：00110 000 001 功能AH←(AH)+(AL)⽰例b：00110 011 000 功能BL←(BL)+(AH)应⽤程序⽰例：从主存地址为2000H开始的100个元素累加求和机器指令格式机器指令程序汇编程序1011wreg data 1011001001100100 CX←1001011100100000000 00100000LP：BX←2000H1011000000000000 AL←0 0000000w mod reg r/m 0000000100000111AL←AL+[BX] 01000reg 01000001 BX←BX+1 11100010 disp 11100010 11111000 LOOP LP*指令系统应⽤：按指令格式要求，根据应⽤需要、编写程序中的指令(即指令格式的实例)。

(3)指令系统的实现指令功能实现步骤—ID 对IR 的OP 译码，⽤输出信号控制某⼀部件⼯作；ID 对IR 的A 译码，⽤输出信号控制相关REG 的读/写；信号有效时间由时序部件及该指令功能实现步骤决定。

指令操作或运算—部件功能实现及数据传递等的组合。

*指令系统实现：按指令格式要求，⽤硬件实现指令功能。

*设计/应⽤实现三者关系：类似C 语⾔设计、⽤C 语⾔编程、C 语⾔编译及执⾏平台！☆指令系统的实质—软件与硬件之间的界⾯(“约定”)！指令译码器ID I OP A 内部总线CPU ID D 功能部件1功能部件n …寄存器1寄存器m…指令寄存器IR ：……存储总线MAR/MDR2、指令系统涉及内容(1)指令格式包含信息分析第i种指令格式：OP i A1A2②数据：(A1)=OP i⽀持类型的地址为A1的数据①操作：A1←(A1) OP i(A2) 或A 2←(A2) OP i(A1)硬件⽀持的数据类型(含数据长度)可存放数据部件类型、部件的编址⽅式部件中同⼀数据地址的表⽰⽅式(2)涉及内容*指令集结构：指令集总体框架，如存放部件、寄存器数量;*指令集功能：⽀持操作的类型；*数据表⽰：操作⽀持的数据类型、数据存储格式等。