（本题满分 10 分）某 16 位计算机按字节编址，通用寄存器 R0～R15 的编号为 0～15，存储器地址为 16 位，采用定长指令字，指令格式有 R 型、I 型、M 型三种，如下表所示。

其中：

• OP1 为 0001、0010 分别表示加、左移指令；
• OP2 为 0100 表示加立即数指令；
• OP3 为 1110、1111 分别表示取数、存数指令；
• R[r] 表示寄存器 r 中的内容；
• mm 表示移位位数；
• M[addr] 表示存储器地址 addr 中的内容。请回答下列问题：

(1) 主存单元和通用寄存器的宽度各为多少位？（2 分）

(2) op1 和 op2 的编码是否可以相同？op2 和 op3 的编码是否可以相同？（2 分）

(3) 若 R(2)=ABCDH，R(9)=F001H，则指令 0000 0010 1001 0001 执行后，R2 和 R9 中的内容分别是多少？（2 分）

(4) 若变量x、y均为 16 位带符号整数，在存储器中依次从低地址向高地址连续存放，x的地址在 R15 中。实现y=16x−5的 4 条指令 11–14 如题 43 表所示，写出 ①～④ 处的内容。（4 分）题 43 表：

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【答案】

(1) 主存单元和通用寄存器的宽度

• 该计算机是 按字节编址→ 所以主存单元存储的是字节即 8 位

• 通用寄存器R0∼R15用于参与算术、移位、访存等运算，且指令中的运算（如加法、移位、取数/存数）都是以“字”为基本操作单位→ 寄存器必须能容纳一个完整的字。

结论：

• 主存单元宽度：8 位
• 通用寄存器宽度：16 位

(2) op1 和 op2 可以相同，因为两者在指令中占据不同位。op2 和 op3 不能相同，因为两者在指令中占据相同位，若相同会导致指令冲突。 (3) 0000 0010 1001 0001 属于 R 型指令，下表中给出了每个字段的具体含义：

• R[2] ← R[2] + R[9]- R[2] = ABCDH + F001H = 9BCEH

所以 R2 中的内容变为 98CEH，R9 中的内容保持不变为 F001H。

(4) y = x * 16 需要通过四个步骤得到：

• 从 x 的地址中获取 x 的值：通过取数指令
• 通过移位指令实现 x * 16 的乘法操作
• 通过减法指令实现 - 5 的操作
• 将 x * 16 - 5 的值存储到 y 中：通过存数指令所以四条指令的二进制如下：
• R[0] ← M[R[15]]：1110 0000 0000 0000
• R[0] ← R[0] << 4: 0000 0000 0100 0010
• R[0] ← R[0] + (-5)：0100 0000 1111 1011
• M[R[15] + 2] ← R[0]: 1111 0000 0000 0010所以 ① = 1110，② = 0000 0100，③ = 1111 1011，④ = 0000 0000 0010。