计算机组成原理第七章课后部分问题详解
7.1 什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器指令的主要
功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？
机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分
组成。
指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机
全部的控制信息和“逻辑判断”能力。
指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。
7.2 什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？
寻址方式：指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影
响指令格式和指令功能。
学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。
7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？
指令字长：是指机器指令中二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址
的个数。不同的指令的字长是不同的。
机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据
的位数（整数运算即定点整数运算）。机器字长也就
是运算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU部
数据通路的宽度。即字长越长，数的表示围也越大，
精度也越高。机器的字长也会影响机器的运算速度。
存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8
位、16位、32位等。
7.6 某指令系统字长为16位，地址码取4位，提出一种方案，使该指令系统有
8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。
解：三地址指令格式如下：
4 4 4 4
OP A1 A2 A3
指令操作码分配方案如下：
4位OP
0000，
……，A1,A2,A3:8条三地址指令
0111，
1000，0000，
……，……，A2，A3:16条二地址指令
1000，1111，
1001，0000，0000，
……，……，……，A3:100条一地址指令
1001，0110，0011，
1001，0110，0100，
……，……，……，冗余编码
1001，1111，1111，可用来扩充一、零地址指令条数
1010，
……，冗余编码
1111，可用来扩充三、二、一、零地址指令条数
7.7 设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。如
果定义了13条二地址指令，还可以安排多少条一地址指令？
解：二地址指令格式如下：
设二地址指令格式为该指令系统的基本格式，4位操作码共
有16种编码，其中13种用来定义二地址指令，还剩3种可
用来作扩展标志。如不考虑零地址指令，该指令系统最多还
能安排：
一地址指令条数= 3 * 2^6 = 192条
7.9 比较间接寻址和寄存器间接寻址。
解：计算机组成原理: 试比较间接寻址和寄存器间接寻址。
7.10 比较基址寻址和变址寻址。
解：1）都可以有效的扩大指令寻址围。
2）基址寻址时，基准地址由基址寄存器给出，地址的改变
反映在位移量A的取值上，变址寻址时，基准地址
由A给出，地址的改变反映在变址值的自动修改上，
变址值由变址寄存器给出。
3）基址寄存器容通常由系统程序设定，变址寄存器容
通常由用户设定。
4）基址寻址适用于程序的动态重定位，变址寻址适用于数组或字符串处理，适用场合不同。
7.14 设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是
相对位移量，用补码表示。假设当前转移指令第一字节所在的地址为2000H，且CPU每取出一个字节便自动完成（PC）+1→PC的操作。问当执行“JMP * +8”和“JMP * -9”指令时，转移指令第二字节的容各为多少？
解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：
2001H
2002H
当执行JMP指令时，指令第二字节的容不变，PC的容变为
2002H。此时转移指令第二字节容各为：
A1 = +8 = 0000 1000 = 08H
A2 = -9 = 1111 0111 = F7H
其有效地址各为：
EA1 = (PC) + 8 = 2002H + 0008H = 200AH
EA2 = (PC) –9 = 2002H + FFF7H = 1FF9H
7.20 什么是RISC？简述它的主要特点。
解：RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起
源于80 年代的MIPS主机（即RISC 机），RISC机中采用
的微处理器统称RISC处理器。
主要特点：
(1)选取使用频度较高的一些简单指令以及一些很有用但
又不复杂的指令，让复杂指令的功能由频度高的简单指
令的组合来实现。
(2)指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
(3)只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在
寄存器完成。
(4)CPU中有多个通用寄存器。
(5)采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期完成。采
用超标量和超流水线技术，可使每条指令的平均执行时
间小于一个时钟周期。
(6)控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。
(7)采用优化的编译程序。
7.21 比较RISC和CISC。
解：（1）指令系统：RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不
常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC
机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用
流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计
算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的
功能。因此，处理特殊任务效率较高。
（2）存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接。
（3）程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编
语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序
设计相对容易，效率较高。
（4）中断：RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应
中断。
（5）CPU：RISC CPU 包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISC CPU 包含有丰富的电路单元，
因而功能强、面积大、功耗大。
（6）设计周期：RISC 微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC 微处理器结构复杂，设计周期长。
（7）用户使用：RISC 微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用；CISC微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。
（8）应用围：由于RISC 指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC 机器更适合于专用机；而CISC 机
器则更适合于通用机。