🏷️ 知识点：标志寄存器

共 8 道相关题目

模拟卷年第 13 题组成原理选择题

在补码表示的机器中，若寄存器 R 中原来存的数为 9EH，执行一条指令后现存的数为 CFH，则表明该指令不可能是（）。

A. XOR 异或运算指令 B. IMUL 有符号数乘法指令 C. SAR 算术右移指令 D. ADD 加法指令

补码标志寄存器

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正确答案：B

寄存器 R 原存 9EH（二进制 1001 1110，补码表示有符号数 -98），执行后变为 CFH（二进制 1100 1111，补码表示有符号数 -49）。分析各指令的可能性：

A. XOR 异或运算指令：存在操作数 51H（0101 0001），使得 9EH XOR 51H = CFH，因此该指令可能。 >
B. IMUL 有符号数乘法指令：若将寄存器值视为有符号数，从 -98 变为 -49，需满足 -98 × Y = -49，但 Y = 0.5 不是整数； > 若考虑乘法后取低 8 位（模 256），需解同余方程 158Y ≡ 207 (mod 256)，由于 gcd(158,256)=2 而 207 是奇数，方程无解，故该指令不可能。 >
C. SAR 算术右移指令：算术右移一位时，9EH（1001 1110）右移后符号位填充 1，得到 CFH（1100 1111），且 -98 算术右移一位等价于除以 2 得 -49，因此该指令可能。 >
D. ADD 加法指令：存在操作数 31H，使得 9EH + 31H = CFH（-98 + 49 = -49），因此该指令可能。 >

综上，指令不可能是 IMUL 有符号数乘法指令。 >

2023 年第 16 题组成原理选择题

已知 x、y 为 int 类型，当 x=100,y=200 时，执行 x-y 指令的到的溢出标志 OF 和借位标志 CF 分别为0,1,那么当 x=10,y=-2 0 时，执行该指令得到的 OF 和 CF 分别是()。

17. 某运算类型指令中有一个地址码为通用寄存器编号，对应通用寄存器中存放的是操作数或操作数地址， CPU 区分两者的依据是()。

A. 操作数的寻址方式

B. 操作数的编码方式

C. 通用寄存器编号

D. 通用寄存器的内容

A.OF=0,CF=0

B.OF=0,CF=1

C.OF=1,CF=0

D.OF=1,CF=1

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正确答案：B

int 类型在计算机中以补码形式表示，因此，x（10）的二进制表示为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010B，y（-20）的二进制表示为 11111111 11111111 1111 1111 11101100。OF 和 CF 是 CPU 中标志寄存器的标志位。CF 表示无符号整数运算时的进位/借位，因此计算 CF 的时候，需要把和 x 和 y 当成无符号数进行计算，因为 x 不够减 y，所以 CF = 1。计算 OF 的时候，需要把和 x 和 y 当成有符号数进行计算，x-y=30，不超过 int 的最大值，不会产生溢出，所以 OF=0。所以本题的正确选项为 B。

2011 年第 17 题组成原理选择题

某机器有一个标志寄存器，其中有进位/借位标志CF、零标志ZF、符号标志SF 和溢出标志OF, 条件转移指令bgt ( 无符号整数比较大于时转移)的转移条件是()。

B.SF+ZF=1 A.CF+OF=1

C.CF+ZF=1

D.CF+SF=1

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正确答案：C

本题考察标志寄存器，假设两个无符号整数 A 和 B，bgt 指令会将 A 和 B 进行比较，也就是将 A 和 B 相减。如果 A > B，则 A-B 肯定无进位／借位，也不为 0（为 0 时表示两数相同），故而 CF 和 ZF 均为 0，选 C。其余选项中用到了符号标志 SF 和溢出标志 OF, 显然应当排除。

2018 年第 19 题组成原理选择题

减法指令“sub R1,R2,R3”的功能为"(R1)-(R2)→R3", 该指令执行后将生成进位/借位标志CF 和溢出标志OF。若(R1)=FFFFFFFFH,( R2)=FFFFFFFOH,则该减法指令执行后，CF与 OF 分别为()。

A. CF=0, OF=0 B. CF=1, OF=0 C. CF=0, OF=1 D. CF=1, OF=1

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正确答案：A

[x]补 = [y]补 = [x]补 + [-y]补，[-R2]补 = 00000010H, 很明显[R1]补 + [-R2]补的最高位进位和符号位进位都是 1（当最高位进位和符号位进位的值不相同时才产生溢出），可以判断溢出标志 OF 为 0。同时，减法操作只需判断借位标志，R1 大于 R2, 所以借位标志为 0, 综上选 A

模拟卷年第 43 题组成原理综合题

（12 分）假设有两个整数 $x$ 和 $y$ ， $x = - 68$ ， $y = - 80$ 。采用补码形式（含 1 位符号位）表示， $x$ 和 $y$ 分别存放在寄存器 A 和 B 中。另外，还有两个寄存器 C 和 D。A、B、C、D 都是 8 位的寄存器。请回答下列问题：（要求最终用十六进制表示二进制序列）

（1）寄存器 A 和 B 中的内容分别是什么？（2） $x$ 和 $y$ 相加后的结果存放在 C 寄存器中，寄存器 C 中的内容是什么？此时，溢出标志位 OF 是什么？符号标志位 SF 是什么？进位标志位 CF 是什么？（3） $x$ 和 $y$ 相减后的结果存放在 D 寄存器中，寄存器 D 中的内容是什么？此时，溢出标志位 OF 是什么？符号标志位 SF 是什么？进位标志位 CF 是什么？

寄存器类型标志寄存器

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**【解析】** 本题考查补码的机内表示、补码的运算和溢出判断。

（1）因 $x = - 68 = - (1000100)_{2}$ ，则 $[- 68]_{补} = 10111100 = BCH$ ；因 $y = - 80 = - (1010000)_{2}$ ，则 $[- 80]_{补} = 10110000 = B0H$ ，所以寄存器 A 和 B 中的内容分别是 BCH、B0H。

（2） $[x + y]_{补} = [x]_{补} + [y]_{补} = 10111100 + 10110000 = 101101100 = 6 CH$ ，所以寄存器 C 中的内容是 6CH，其真值为 108。此时，溢出标志位 OF 为 1，表示溢出，即说明寄存器 C 中的内容不是真正的结果；符号标志位 SF 为 0，表示结果为正数（溢出标志为 1，说明符号标志有错）；进位标志位 CF 为 1，仅表示加法器最高位有进位，对运算结果不说明什么。

（3） $[x - y]_{补} = [x]_{补} + [- y]_{补} = 10111100 + 01010000 = 100001100 = 0 CH$ ，最高位前面的一位被丢弃（取模运算），结果为 12，所以寄存器 D 中的内容是 0CH，其真值为 12。此时，溢出标志位 OF 为 0，表示不溢出，即：寄存器 D 中的内容是真正的结果；符号标志位 SF 为 0，表示结果为正数；进位标志位 CF 为 1，仅表示加法器最高位有进位，对运算结果不说明什么。

2013 年第 44 题组成原理综合题

某计算机采用 16 位定长指令字格式，其 CPU 中有一个标志寄存器，其中包含进位/借位标志 CF、零标志 ZF 和符号标志 NF。假定为该机设计了条件转移指令，其格式如下：

2012_Q41_1

其中，00000 为操作码 OP；C、Z 和 N 分别为 CF、ZF 和 NF 的对应检测位，某检测位为 1 时表示需检测对应标志，需检测的标志位中只要有一个为 1 就转移，否则就不转移，例如，若 C=1，Z=0，N=1，则需检测 CF 和 NF 的值，当 CF=1 或 NF=1 时发生转移；OFFSET 是相对偏移量，用补码表示。转移执行时，转移目标地址为 (PC)+2+2×OFFSET；顺序执行时，下条指令地址为 (PC)+2。请回答下列问题。

(1) 该计算机存储器按字节编址，还是按字编址？该条件转移指令向后（反向）最多可跳转最多少条指令？

(2) 某条件转移指令的地址为 200CH，指令内容如下图所示，若该执行时 CF=0，ZF=0，NF=1，则该指令执行后 PC 的值是多少？若该指令执行时 CF=1，ZF=0，NF=0，则该指令执行后 PC 的值又是多少？请给出计算过程。

2012_Q41_1

(3) 实现“无符号数比较小于等于时转移”功能的指令中，C、Z 和 N 应各是什么？

(4) 以下是该指令对应的数据通路示意图，要求给出中部件①~③的名称或功能说明。

2012_Q41_1

指令格式标志寄存器数据通路

1）因为指令长度为 16 位，且下条指令地址为 (PC)+2，故编址单位是字节。偏移量 OFFSET 为 8 位补码，范围为 -128~127，故相对于当前条件转移指令，向后最多可跳转 127 条指令。【评分说明】若正确给出 OFFSET 的取值范围，则酌情给分。

2）指令中 C=0，Z=1，N=1，故应根据 ZF 和 NT 的值来判断是否转移。当 CF=0，ZF=0，NF=1 时，需转移。己知指令中偏移量为 11100011B=E3H，符号扩展后为 FFE3H，左移一位（乘 2）后为 FFC6H，故 PC 的值（即转移目标地址）为 200CH+2+FFC6H=1FD4H。当 CF=1，ZF=0，NF=0 时不转移。PC 的值为 200CH+2=200EH。

3）指令中的 C、Z 和 N 应分别设置为 C=Z=1，N=0，进行数之间的大小比较通常是对两个数进行减法，而因为是无符号数比较小于等于时转移，即两个数相减结果为 0 或者负数都应该转移，若是 0，则 ZF 标志应当为 1，所以是负数，则借位标志应该为 1，而无符号数并不涉及符号标志 NF。

4）部件①用于存放当前指令，不难得出为指令寄存器；多路选择器根据符号标志 C/Z/N 来决定下一条指令的地址是 PC+2 还是 PC+2+2×OFFSET，故多路选择器左边线上的结果应该是 PC+2+2×OFFSET。根据运算的先后顺序以及与 PC+2 的连接，部件②用于左移一位实现乘 2，为移位寄存器。部件③用于 PC+2 和 2×OFFSET 相加，为加法器。部件②：移位寄存器（用于左移一位）；部件③：加法器（地址相加）。【评分说明】合理给出部件名称或功能说明均给分。

2017 年第 44 题组成原理综合题

在按字节编址的计算机 M 上，题 43 中 f1 的部分源程序（阴影部分）与对应的机器级代码（包括指令的虚拟地址）如下图所示。

int f1(unsigned n)
1   00401020 55         push ebp
...      ...        ...
    for (unsigned i = 0; i <= n-1; i++) {
...      ...        ...
20  0040105E 39 4D F4   cmp dword ptr [ebp-0Ch],ecx
...      ...        ...
        power *= 2;
...      ...        ...
23  00401066 D1 E2      shl edx,1
...      ...        ...
    return sum;
...      ...        ...
35  0040107F C3         ret

其中，机器级代码行包括行号、虚拟地址、机器指令和汇编指令。

请回答下列问题。

(1) 计算机 M 是 RISC 还是 CISC？为什么？

(2) f1 的机器指令代码共占多少字节？要求给出计算过程。

(3) 第 20 条指令 cmp 通过 i 减 n-1 实现对 i 和 n-1 的比较。执行 f1(0) 过程中，当 i=0 时，cmp 指令执行后，进/借位标志 CF 的内容是什么？要求给出计算过程。

(4) 第 23 条指令 shl 通过左移操作实现了 power2 运算，在 f2 中能否也用 shl 指令实现 power2？为什么？

复杂和精简指令集标志寄存器指令操作码

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（1）M 为 CISC。（1 分）M 的指令长短不一，不符合 RISC 指令系统特点。（1 分）

（2）f1 的机器代码为 96B。（1 分）因为 f1 的第一条指令 “push ebp” 所在的虚拟地址为 0040 1020H，最后一条指令 “ret” 所在的虚拟地址为 0040 107FH，所以，f1 的机器指令代码长度为：0040 107FH - 0040 1020H + 1 = 60H = 96B（1 分）

（3）CF = 1。（1 分）cmp 指令实现 i 与 n-1 的比较功能，进行的是减法运算。在执行 f1(0) 过程中，n=0，当 i=0 时，i=0000 0000H，并且 n-1=FFFF FFFFH。因此，当执行第 20 条指令时，在补码加/减运算器中执行的是 “0 - FFFF FFFFH” 的操作，即：0000 0000H + 0000 0000H + 1 = 0000 0001H。此时，进位输出 C=0，减法运算时的借位标志 CF = C ⊕ 1 = 1。（2 分）

（4）f2 中不能用 shl 指令实现 power * 2。（1 分）因为 shl 指令用来将一个整数的所有有效位作为一个整体左移；而 f2 中的变量 power 是 float 型，其机器数中不包含最高有效位，但包含了阶码部分，将其作为一个整体左移时并不能实现 “乘 2” 的功能。因此在 f2 中不能用 shl 指令实现 power * 2。（2 分）浮点数运算比整型运算要复杂，耗时也较长。

2019 年第 45 题操作系统综合题

已知f(n)=n!=n×(n−1)×(n−2)×⋯×2×1，计算f(n)的 C 语言函数 f1 的源程序（阴影部分）及其在 32 位计算机 M 上的部分机器级代码如下：

int f1(int n) {
1   00401000   55             push ebp
      ...           ...            ...
   if(n>1)
11  00401018  83 7D 08 01    cmp   dword ptr [ebp+8],1
12  0040101C  7E 17          jle   f1+35h (00401035)
   return n*f1(n-1);
13  0040101E  8B 45 08       mov   eax, dword ptr [ebp+8]
14  00401021  83 E8 01       sub   eax, 1
15  00401024  50             push  eax
16  00401025  E8 D6 FF FF FF call  f1 ( 00401000)
      ...           ...            ...
19  00401030  0F AF C1       imul  eax, ecx
20  00401033  EB 05          jmp   f1+3Ah (0040103a)
   else return 1;
}
21  00401035  B8 01 00 00 00 mov   eax,1
      ...           ...            ...
26  00401040  3B EC          cmp   ebp, esp
      ...           ...            ...
30  0040104A  C3             ret

其中，机器级代码行包括行号、虚拟地址、机器指令和汇编指令，计算机 M 按字节编址，int 型数据占 32 位。请回答下列问题：

(1) 计算 f(10) 需要调用函数 f1 多少次？执行哪条指令会递归调用 f1？

(2) 上述代码中，哪条指令是条件转移指令？哪几条指令一定会使程序跳转执行？

(3) 根据第 16 行的 call 指令，第 17 行指令的虚拟地址应是多少？已知第 16 行的 call 指令采用相对寻址方式，该指令中的偏移量应是多少（给出计算过程）？已知第 16 行的 call 指令的后 4 字节为偏移量，M 是采用大端方式还是采用小端方式？

(4) f(13)=6227020800，但 f1(13) 的返回值为 1932053504，为什么两者不相等？要使 f1(13) 能返回正确的结果，应如何修改 f1 的源程序？

(5) 第 19 行的 imul 指令（带符号整数乘）的功能是 R[eax]←R[eax]×R[ecx]，当乘法器输出的高、低 32 位乘积之间满足什么条件时，溢出标志 OF=1？要使 CPU 在发生溢出时转异常处理，编译器应在 imul 指令后应加一条什么指令？

汇编代码指令寻址方式标志寄存器

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1）计算 f(10) 需要调用函数 f1 共 10 次，执行第 16 行的 call 指令会递归调用 f1。

2）第 12 行的 jle 指令是条件转移指令，其含义为小于等于时转移，本行代码的意义为：当 n≤1 时，跳转至地址 0040 1035H。第 16 行的 call 指令为函数调用指令，第 20 行的 jmp 指令为无条件转移指令，第 30 行的 ret 指令为子程序的返回指令，这三条指令一定会使程序跳转执行。

3）其长度计算机 M 上按字节编址，第 16 行的 call 指令的虚拟地址为 0040 1025H，长度为 5 字节，故第 17 行的指令的虚拟地址为 0040 1025H + 5 = 0040 102AH。第 16 行的 call 指令采用相对寻址方式，即目标地址 = (PC) +偏移量，call 指令的目标地址为 0040 1000H，所以偏移量 = 目标地址 - (PC) = 0040 1000H - 0040 102AH = FFFF FFD6H。根据第 16 行的 call 指令的偏移量字段为 D6 FF FF FF，可以确定 M 采用小端方式。

4）因为 f(13) = 6227020800，其结果超出了 32 位 int 型数据可表示的最大范围，因此 f(13) 的返回值是一个发生了溢出的错误结果。为使 f1(13) 能返回正确结果，可将函数 f1 的返回值类型改为 double（或 long long，或 long double，或 float）类型。

5）若乘积的高 33 位为非全 0 或非全 1，则 OF=1。编译器应在 imul 指令后加一条“溢出自陷指令”，使得 CPU 自动查询溢出标志 OF，当 OF=1 时调出“溢出异常处理程序”。

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