计算机组成原理——指令系统の选择题整理

指令格式

1、以下有关指令系统的说法中，正确的是（）
A、指令系统是一台机器硬件能执行的指令全体
B、任何程序运行前都要先转化为机器语言程序
C、指令系统是计算机软/硬件的界面
D、指令系统和机器语言是无关的

解析：选D
指令系统：一台机器硬件能执行的指令全体，是计算机软/硬件的界面。
机器语言：机器能直接识别的程序语言或指令代码，无需经过翻译，每一操作码在计算机内部都有相应的电路来完成它，或指不经翻译即可为机器直接理解和接受的程序语言或指令代码。
指令系统和机器语言一个是硬件的语言系统，一个是计算机内部的语言系统，两者之间互不干扰。

2、在CPU执行指令的过程中，指令的地址由（）给出
A、程序计数器（PC）
B、指令的地址码字段
C、操作系统
D、程序员

解析：选A
PC保存的是当前欲执行的指令的地址
地址码字段指出的是操作数所在的地址
程序员可以修改指令执行的顺序，但不能给出指令的地址。
操作系统编译为CPU指令，在CPU架构上执行，并不是决定指令的地址的。

3、下列指令中不属于程序控制指令的是（）
A、无条件转移指令
B、条件转移指令
C、中断隐指令
D、循环指令

解析：选C
中断隐指令指 CPU 响应中断之后，经过某些操作，转去执行中断服务程序的一种操作。 中断隐指令并不是指令系统中的一条真正的指令，它没有操作码 ，所以中断隐指令是一种不允许、也不可能为用户使用的特殊指令。
程序控制指令包括：无条件转移指令、条件转移指令、子程序调用和返回指令、循环指令等。

4、设机器字长为32位，一个容量为16MB的存储器，CPU按半字寻址，其寻址单元数是（）
A、2²⁴
B、2²³
C、2²²
D、2²¹

解析：选B
机器字长为32位，即4B，因为按半字寻址，因此是寻址单元长度为2B，存储容量为：16MB，故寻址单元数为16MB/2B =8M =2²³

5、一个计算机系统采用32位单字长指令，地址码为12位，若定义了250条二地址指令，则还可以有（）条单地址指令。
A、4K
B、8K
C、16K
D、24K

解析：选D
二地址指令种操作码有8位，共2⁸=256个，但只用了250个，因此还剩6个，给单地址指令用
单地址指令操作码位数为8+12=24位，其中前8位只有6个操作码，后12位全部可以用，因此是6*2¹²=24K

6、某计算机按字节编址，指令字长固定且只有两种指令格式，其中三地址指令29条、二地址指令107条，每个地址字段为6位，则指令子长至少应该是（）
A、24位
B、26位
C、28位
D、32位

解析：选A
每个地址字段为6位，对于三地址来说，地址码长度应改为63=18位，因为三地址指令有29条，2⁴<=29<=2⁵，因此操作码至少有5位。此时指令字长为18+5=23位，对于二地址指令，地址码长度为26=12，因为三地址指令只有29条，因此还剩32-29=3条，操作码还有6位可以全部用，因此是3*2⁶=192>107，因此23位时，对于三地址指令，二地址指令都满足题目中的要求。注意，指令字长在计算机内都必须是8的整数倍，显然23不是，因此取24位。

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指令的寻址方式

1、指令系统中采用不同寻址方式的目的是（）
A、提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度
B、可缩短指令字长，扩大寻址空间，提高编程的灵活性
C、实现程序控制
D、三者都正确

解析：选B
对于A，采用不同的寻址方式可以扩展操作码，但是并不会降低指令译码难度，反而会增加难度，毕竟都采用立即寻址，译码难度显然要比使用了寄存器寻址等方式的难度低。
对于B，采用不同寻址方式可缩短指令字长（如果使用立即寻址，长度会很长，但是使用寄存器寻址，指令长度就会变短），扩大寻址空间（立即寻址和间接寻址就可以看出来），提高编程的灵活性（可以按照需要采取直接或间接寻址方式）。
实现程序控制是通过转移指令来实现的。

2、简化地址结构的基本方法是尽量采用（）
A、寄存器寻址
B、隐地址
C、直接寻址
D、间接寻址

解析：选B
隐地址不给出地址，从而简化了地址结构，如零地址指令。

3、相对寻址方式中，指令所提供的相对地址实质上是一种（）
A、立即数
B、内存地址
C、以本条指令在内存中首地址为基准位置的偏移量
D、以下条指令在内存中首地址为基准位置的偏移量

解析：选D
相对寻址中，有效地址EA=（PC）+A，其中PC已经完成PC=PC+1的操作，表示的是下一条指令的地址，因此是以下条指令在内存中首地址为基准位置的偏移量。

4、指令寻址方式中有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现（）
A、程序浮动
B、程序的无条件浮动和条件浮动
C、程序的无条件转移和条件转移
D、程序的调用

解析：选C
程序浮动是因为存储单元的存储内容不确定，从而采用相对寻址的方式进行寻址，找到目标操作数。
程序转移是不按照顺序执行。通过跳转指令， call 指令、 jmp 指令等实现，如if else语句。

5、对按字寻址的机器，程序计数器和指令寄存器的位数各取决于（）
A、机器字长、存储器的字数
B、存储器的字数、指令字长
C、指令字长、机器字长
D、地址总线宽度、存储器的字数

解析：选B
存储器的字数决定了能存多少条指令，就是PC的值能到多大。
指令寄存器用来存放指令，因此位数取决于要存放的指令的长度。

6、设相对寻址的转移指令3B，第一字节为操作码，第二、三字节为相对位移量（补码表示)，而且数据在存储器中采用以低字节为字地址的存放方式。每当CPU 从存储器取出一字节时，即自动完成(PC) +1->PC。若PC的当前值为240（十进制），要求转移到290（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是（）；若PC的当前值为240（十进制），要求转移到200（十进制),则转移指令的第二、三字节的机器代码是（）
A、2F、FFH
B、D5、00H
C、D5、FFH
D、2F、00H

解析：选D C
因为每当CPU 从存储器取出一字节时，即自动完成(PC) +1->PC，因此在PC的当前值为240（十进制），等取出该指令后，PC=243，此时要转移到290，相对偏移量为290-243=47>0，47=>0010 1111=>2FH，因为在存储器中采用以低字节为字地址的存放方式，所以在第二字节为2F，第三字节补充0。因此是2F 00H
因为每当CPU 从存储器取出一字节时，即自动完成(PC) +1->PC，因此在PC的当前值为240（十进制），等取出该指令后，PC=243，此时要转移到200，相对偏移量为200-243=-43<0，-42=>1010 1011=>补码为：1101 0101=>D5H，因为在存储器中采用以低字节为字地址的存放方式，所以在第二字节为D5，第三字节补充1。因此是D5 FFH

7、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（）
A、CF+OF=1
B、$\overline{SF}$+$\overline{ZF}$=1
C、$\overline{CF+ZF}$=1
D、$\overline{CF+SF}$=1

解析：选C
在比较两个数大小时，采用做差的方法，假设比较的两个数为a和b，通过比较a-b的正负，判断谁大谁小，当结果为正时，a>b，此时零标志一定为0，否则a=b，且没有进位（减法不存在进位）和借位（如果有借位那就ab一定没有溢出，因此不用考虑OF标志，因为题目中是无符号整数，因此不存在符号位，所以不用考虑SF。

8、假设变址寄存器R的内容为1000H，指令中的形式地址为2000H；地址1000H中的内容为2000H，地址2000H中的内容为3000H，地址3000H中的内容为4000H，则变址寻址方式下访问到的操作数是（）
A、1000H
B、2000H
C、3000H
D、4000H

解析：选D
变址寻址的有效地址等于形式地址与寄存器的内容之和，EA=（R）+A
在题目中R=1000H，地址1000H中的内容为2000H，因此（R）=2000H。A=2000H，因此EA=2000H+2000H。

9、按字节编址的计算机中，某double型数组A是首地址为2000H，使用变址寻址和循环结构访问数组A，保存数组下标的变址寄存器的初值是0，每次循环取一个数组元素，其偏移地址为变址值乘以sizeof(double)，取完后变址寄存器的内容自动加1.若某次循环所取元素的地址为2100H，则进入该次循环时变址寄存器的内容是（）
A、25
B、32
C、64
D、100

解析：选B
偏移地址为2100H-2000H=100H=0001 0000 0000(二进制) =256(十进制)
偏移地址=变址值 * sizeof(double) =>256=变址值 * 8 => 变址值=32

10、某计算机采用大端方式，按字节编址。某指令中操作数的机器数为1234 FF00H，该操作数采用基址寻址方式，形式地址（用补码表示）为FF12H，基址寄存器的内容为F000 0000H，则该操作数的LSB（最低有效字节）所在的地址是（）
A、F000 FF12H
B、F000 FF15H
C、EFFF FF12H
D、EFFF FF15H

解析：选D
FF12H=1111 1111 0001 0010(补码)，补成32位：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0001 0010。
对于基址寻址方式，EA=（BR）+A 【有效地址=基址寄存器内容+形式地址】，所以EA=F000 0000H+FFFF FF12H=EFFF FF12H。
因为按字节编址，因此12 34 FF 00H，12对应FF12，34对应FF13，FF对应FF14，00对应FF15，采用大端方式，即正常方式，最低有效字节为00，因此该操作数的LSB（最低有效字节）所在的地址是EFFF FF15H。

11、某计算机采用16位定长指令字格式，操作码位数和寻址方式位数固定，指令系统有48条指令，支持直接、间接、立即、相对4种寻址方式。在单地址指令中，直接寻址方式的可寻址范围是（）
A、0~255
B、0~1023
C、-128~127
D、-512~511

解析：选A
支持直接、间接、立即、相对4（2²）种寻址方式，因此寻址方式位数为2位
指令系统有48条指令，2⁵<=48<=2⁶，因此操作码位数为6位
故地址码位数为16-2-6=8位，可以寻找2⁸=256个地址数，因为地址都是非负数，因此寻址范围为0-255

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程序的机器级代码表示

1、假设R[ax]=FFE8H,R[bx]=7FE6H，执行指令“addw %bx, %ax”后，寄存器的内容和各标志的变化为（）
A、R[ax]=7FCEH，OF=1，SF=0，CF=0，ZF=0
B、R[bx]=7FCEH，OF=1，SF=0，CF=0，ZF=0
C、R[ax]=7FCEH，OF=0，SF=0，CF=1，ZF=0
D、R[bx]=7FCEH，OF=0，SF=0，CF=1，ZF=0

解析：选C
溢出标志OF，符号标志SF，进位/借位标志CF，零标志ZF
由指令“addw %bx, %ax”，可知该指令是AT&T格式（因为指令中带%）。所以addw %bx, %ax相当于R[ax]=R[ax]+R[bx]=1111 1111 1110 1000+0111 1111 1110 0110=(1)0111 1111 1100 1110=7FCEH
因为R[ax]<0，R[bx]>0。所以结果一定不会溢出，因此OF=0，由结果可知，符号位为0，因此SF=0，且有进位 因此OF=1，结果不为0，因此ZF=0。

2、假设R[ax]=7FE6H,R[bx]=FFE8H，执行指令“sub bx, ax”后，寄存器的内容和各标志的变化为（）
A、R[ax]=8002H，OF=0，SF=1，CF=0，ZF=0
B、R[bx]=8002H，OF=0，SF=1，CF=0，ZF=0
C、R[ax]=8002H，OF=1，SF=1，CF=0，ZF=0
D、R[bx]=8002H，OF=1，SF=1，CF=0，ZF=0

解析：选B
溢出标志OF，符号标志SF，进位/借位标志CF，零标志ZF
由指令“sub bx, ax”，可知该指令是Intel格式（因为指令中不带%）。所以sub bx, ax相当于R[bx]=R[bx] - R[ax]=R[bx] + （-R[ax]_补）=(11)111 1111 1110 1000+(11)000 0000 0001 1010=（11)000 0000 0000 0010=8002H
因为结果的符号位为11，两个计算数符号位都是11，因此没有产生溢出，OF=0，符号位看双符号位的高位，因此SF=1，相减的过程中不会有进位，且在相减时并未有借位（不够减的情况，因为一个负数减一个正数，不会不够减），因此CF=0，结果不为零，因此ZF=0。