当前位置：首页 > 计算机体系结构第四章练习题参考解答说课讲解
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ADD（加） 30% SUB（减） 24% JOM（按负转移）6% STO（存） 7%
JMP（转移）7% SHR（右移）2% CIL（循环左移）3% CLA（清除）20% STP（停机）1%
要求有两种指令字长，都按双操作数指令格式编排，采用扩展操作码，并限制只能有两种操作码码长。设该机有若干通用寄存器，主存为16位宽，按字节编址，采用按整数边界存储，任何指令都在一个主存周期中取得，短指令为寄存器--寄存器型，长指令为寄存器--主存型，主存地址应能变址寻址。
（1）仅根据使用频度，不考虑其它要求，设计出全Huffman操作码，计算其平均码长；
（2）考虑题目全部要求，设计优化实用的操作码形式，并计算其操作码的平均码长； （3）该机允许使用多少可编址的通用寄存器？
（4）画出该机两种指令字格式，标出各字段之位数；
（5）指出访存操作数地址寻址的最大相对位移量为多少个字节？
解：（1）根据给出的使用频度，在构造Huffman树的过程中，有两个结点可供合并，因此可生成不同的Huffman树，其中给出一棵如图所示，相应的Huffman编码如表所示。
∴ Huffman编码的平均长度为：l=?pi×li
i?1nl=0.3×2＋0.24×2＋0.2×2＋0.07×4＋0.07×4＋0.06×4＋0.03×5＋0.02×6＋0.01×6=2.61（位）
1.00 0.56 0.44
ADD CLA SUB 0.26 0.30 0.20 0.24
0.12 0.14
0.06 0.06 0.07 0.07 J0M JMP STO
0.03 0.03 CIL 指令 Ii Pi Huffman编Li 2-5编码Li 0.01 0.02 码 （3/6） ADD I1 0．30 01 2 00 2 SUB I2 0．24 11 2 01 2 CLA I3 0．20 10 2 10 2 STO I4 0．07 0011 4 11001 5 JMP I5 0．07 0010 4 11010 5 JOM I6 0．06 0001 4 11011 5 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢5
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CIL I7 0．03 00001 5 11100 5 STP SHR SHR I8 0．02 000001 6 11101 5 STP I9 0．01 000000 6 11110 5
（2）任何指令都在一个主存周期中取得，那么短指令字长为8位，长指令字长为16位。又指令都是二地址指令，所以短指令寄存器--寄存器型的格式为： 操作码（2位）寄存器1（3位）寄存器2长指令为寄存器--主存型的格式为： 操作码（5位）寄存器（3位）变址寄存器（3位）相对位由题意可知：指令操作码采用扩展编码，且只能有两种码长。从指令使用频度来看，ADD、SUB和CLA三条指令的使用频度与其它指令的使用频度相差较大，所以用两位操作码的三个码点来表示三条指令，一个码点作为扩展码点，且扩展三位来表示六条指令，即采用2--4扩展编码构成3/6编码，2--4扩展编码如表所示。
∴ 2--4扩展编码（3/6）的平均长度为：l=?pi×li=2.78
i?1n（3）（4）由短指令寄存器--寄存器型的格式可知，寄存器号字段长度为3位，寄存器个数为8个。则各字段长度如图格式所标识。
而对于长指令寄存器--主存型，一般变址寄存器是某通用寄存器，则变址寄存器号的字段长度为3位，则各字段长度如图格式所标识。
（5）由于相对位移字段长度为5位，因此访存地址寻址的最大相对位移量为25=32字节。
4.79 下面是一段数据块搬家程序。在RISC处理机中，为了提高指令流水线的执行效率，通常要采用指令取消技术。
START：MOVE AS，R1 ；把源数组的起始地址送入变址寄存器R1
MOVE NUM，R2 ；把传送的数据个数送入R2
LOOP： MOVE （R1），AD－AS（R1） ；AD－AS为地址偏移量，在汇编过程中计算
INC R1 ；增量变址寄存器 DEC R2 ；剩余数据个数减1 BGT LOOP ；测试N个数据是否传送完成
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HALT ；停机
NUM： N ；需要传送的数据总数 （1）如果一条指令的执行过程分解为“取指令”和“分析”两个阶段，并采用两级流水线。为了采用指令取消技术，请修改上面的程序。
（2）如果N=100，采用指令取消技术后，在程序执行过程中，能够节省多少个指令周期？
（3）如果把一条指令的执行过程分解为“取指令”、“分析”（包括译码和取操作数等）和“执行”（包括运算和写回结果等）三个阶段，并采用三级流水线。仍然要采用指令取消技术，请修改上面的程序。
解：（1）START：MOVE AS，R1
MOVE NUM，R2
MOVE （R1），AD－AS（R1） LOOP：INC R1
DEC R2
BGT LOOP
MOVE （R1），AD－AS（R1） HALT NUM：N
（2）解决转移指令引起的流水线断流可插入一条无效的空操作指令（NOP）。空操作指令也要占用一个机器周期，又不执行任何实际的操作。当N=100时，则要浪费100个机器周期（50个指令周期）。采用指令取消技术后，仅在转移不成功时取消指令，浪费1个机器周期（0.5个指令周期）。因此可节省49.5个指令周期。
（3）START：MOVE AS，R1
MOVE NUM，R2
MOVE INC LOOP：DEC
BGT
（R1），AD－AS（R1） R1 R2 LOOP
MOVE INC HALT NUM：N
（R1），AD－AS（R1） R1
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