某计算机字长为 16 位,主存地址空间大小为 128KB,按字编址。采用单字长指令格式,指令各字段定义如下:
转移指令采用相对寻址方式,相对偏移量用补码表示,寻址方式定义如下:
| Ms/Md | 寻址方式 | 助记符 | 含义 |
|---|---|---|---|
| 000B | 寄存器直接 | Rn | 操作数 = (Rn) |
| 001B | 寄存器间接 | (Rn) | 操作数 = ((Rn)) |
| 010B | 寄存器间接、自增 | (Rn)+ | 操作数 = ((Rn)), (Rn) + 1 → Rn |
| 011B | 相对 | D(Rn) | 转移目标地址 = (PC) + (Rn) |
请回答下列问题:
(1) 该指令系统最多可有多少条指令?该计算机最多有多少个通用寄存器?存储器地址寄存器(MAR)和存储器数据寄存器(MDR)至少各需要多少位?
(2) 转移指令的目标地址范围是多少?
(3) 若操作码 0010B 表示加法操作(助记符为 add),寄存器 R4 和 R5 的编号分别为 100B 和 101B,R4 的内容为 1234H,R5 的内容为 5678H,地址 1234H 中的内容为 5678H,地址 5678H 中的内容为 1234H,则汇编语言为“add (R4), (R5)+”(逗号前为源操作数,逗号后为目的操作数)对应的机器码是什么(用十六进制表示)?该指令执行后,哪些寄存器和存储单元中的内容会改变?改变后的内容是什么?
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1)操作码占 4 位,则该指令系统最多可有24=16条指令。操作数占 6 位,其中寻址方式占 3 位、寄存器编号占 3 位,因此该机最多有23=8个通用寄存器。主存地址空间大小为 128KB,按字编址,字长为 16 位,共有 128KB/2B =216个存储单元,因此 MAR 至少为 16 位;因为字长为 16 位,故 MDR 至少为 16 位。
2)寄存器字长为 16 位,PC 和 Rn 可表示的地址范围均为0∼216−1,而主存地址空间为216,故转移指令的目标地址范围为 0000H~FFFFH(0∼216−1)。
3)汇编语句“add(R4),(R5)+”,对应的机器码为
| 字段 | OP | Ms | Rs | Md | Rd |
|---|---|---|---|---|---|
| 内容 | 0010 | 001 | 100 | 010 | 101 |
| 说明 | add | 寄存器间接 | R4 | 寄存器间接,自增 | R5 |
将对应的机器码写成十六进制形式为 0010 0011 0001 0101B = 2315H。该指令的功能是将 R4 的内容所指存储单元的数据与 R5 的内容所指存储单元的数据相加,并将结果送入 R5 的内容所指存储单元中。(R4)=1234H,(1234H)=5678H,(R5)=5678H,(5678H)=1234H;执行加法操作 5678H+1234H=68ACH,之后 R5 自增。该指令执行后,R5 和存储单元 5678H 的内容会改变,R5 的内容从 5678H 变为 5679H,存储单元 5678H 中的内容变为该指令的计算结果 68ACH。【注意】第 3 问中两个操作数的存储地址和数值有点令人晕头,请读者务必保持清醒。