采用两种指令编写实现将寄存器R2、R4、R5、R6、R8内容进栈保护

一台模型机共有7条指令,主频25MHz.各指令的使用频率与CPI如表5.4所示，该机有8位和16位两种指令字长，采用2-4扩展操作码。8位字长指令为寄存器-寄存器(R-R)二地址类型.16位字长指令为寄存器-存储器(R-M)二地址变址寻址类型(地址码范围是—128~127)。

(1)计算该机的MIPS速率(即计算每秒能运行多少个百万条指令)。

(2)计算操作码的平均码长。

(3)设计该机的两种指令格式.标出各字段位数并给出操作码编码.

(4)该机允许使用多少个可编址的通用寄存器和多少个变址寄存器?

(5)如何计算存储器有效地址?

部件。 .启动操作包括寄存器操作数的读取，每个时钟周期可以启动两条指令； .执行阶段采用分离的功能单元进行有效地址加法、ALU操作和分支条件判断； .访存阶段只是LW指令的操作步骤，其他指令跳过该阶段； .写缓存是LW和运算指令将推测执行的结果写入重排序缓存，写入重排序缓存中的数据可以立即提供给等待该数据的其他指令，其他指令跳过该阶段； .提交阶段将指令的结果送入寄存器或存储器，每个时钟周期可以提交两条指令。 试写出在执行以下循环程序前3个迭代时指令执行的时空表，标出每条指令在每一个步骤的时刻。 Loop：LW R2，0(R1)；R2：数组元素 ADDUI R2，R2，1；R2加1 SW 0 (R1)，R2；存储结果 DADDUI R1，R1，4；指针加4 BNE R2，R3，Loop；R21：R3时转移

用一台每个时钟周期发射两条指令的超标量处理机运行下面一段程序。所有指令都要进行取指(IF)、译码(ID)、执行、写结果(WB)4个阶段。其中IF、ID、WB这3个阶段各为一个流水段，其延迟时间都为10 ns。在执行阶段，LOAD操作、AND操作各延迟10 ns，ADD操作延迟20 ns，MUL操作延迟30 ns。这4种功能部件各设置一个，它们可以并行工作。ADD部件和MUL部件都采用流水结构，每一级流水线的延迟时间都是10 ns。 I1 LOAD R0，M(A) ；R0←M(A) I2 ADD R1，R0 ；R1←(R1)+(R0) I3 LOAD R2，M(B) ；R2←M(B) I4 MUL R3，R4 ；R3←(R3)×(R4) I5 AND R4，R5 ；R4←(R4)∧(R5) I6 ADD R2，R5 ；R2←(R2)+(R5) ①请列出程序代码中所有的数据相关及其相关类型。 ②假设所有运算型指令都在译码(ID)流水段读寄存器，在写结果(WB)流水段写寄存器，采用顺序发射、顺序完成的调度方法。画出流水线的时空图，计算执行这个程序所用的时间。

假设寄存器R中的数值为1000.地址为1000的存储器中存储的数据为2000,地址为2000的存储单元中存储的数据是3000,PC的值是4000说出下述各寻址方式取得的数据是什么。

(1)寄存器寻址:R (2)寄存器间接寻址:(R)

(3)直接寻址:1000， (4)存储器间接寻址:(1000)

(5)相对寻址:-2000(PC) (6)立即数寻址:#2000

下面程序是动态显示程序，请分析程序完成说明。

MOV DPTR，#4400H

MOV A，#03H

MOVX @DPTR，A

SETB RS0 ；使用第1组工作寄存器

MOV R2，#08H

MOV R0，#30H

CLR A

L1： MOV @R0，A

INC R0

INC A

DJNZ R2，L1

DISP： MOV R0，#30H ；显示缓冲区首址送R0

MOV R1，#00H

MOV R2，#08H ；R2中的08H表示①

MOV R3，#7FH ；选中最右端LED

DISP1： MOV A，@R0 ；第2次执行时A=②

MOV DPTR，#TAB ；指向字形表首址

MOVC A，@A+DPTR ；第2次执行时A=③

MOV DPTR，#4402H ；4402H表示④

MOVX @DPTR，A ；该条指令的作用是⑤

MOV A，R3 ；第2次执行时A=⑥

MOV DPTR，#4401H ；指向位选口

MOVX @DPTR，A ；位码送PA口

DJNZ R1，$ ；

DJNZ R1，$ ；该指令的作用是⑦

RR A ；位选字移位

MOV R3，A ；移位后的位选字送R3

INC R0 ；在本程序中，R0最大取值为⑧

MOV A，@R0 ；缓冲区数据送A

DJNZ R2，DISP1 ；未扫描完，继续循环

SJMP DISP

TAB： DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H；共阴极LED字形表

DB 6DH，7DH，07H，7FH，6FH

答：①______；②______；③______；④______；

⑤______；⑥______；⑦______；⑧______。

（12 分）某 16 位计算机中，带符号整数用补码表示，数据 Cache 和指令 Cache 分离。题 44 表给出了指令系统 中部分指令格式，其中 Rs 和 Rd 表示寄存器，mem 表示存储单元地址，（x）表示寄存器 x 或存储单元 x 的内容。 题 44 表指令系统中部分指令格式

名称

指令的汇编格式

指令功能

加法指令

ADD Rs，Rd

(Rs)+(Rd)->Rd

算术/逻辑左移

SHL Rd

2*(Rd)->Rd

算术右移

SHR Rd

(Rd)/2->Rd

取数指令

LOAD Rd，mem

(mem)->Rd

存数指令

STORE Rs，mem

Rs->(mem)

该计算机采用 5 段流水方式执行指令，各流水段分别是取指（IF）、译码/读寄存器（ID）、执行/计算有效地 址（EX）、访问存储器（M）和结果写回寄存器（WB），流水线采用“按序发射，按序完成”方式，没有采用转发 技术处理数据相关，并且同一寄存器的读和写操作不能在同一个时钟周期内进行。请回答下列问题。 （1）若 int 型变量 x 的值为-513，存放在寄存器 R1 中，则执行“SHL R1”后，R1 中的内容是多少？（用十六进制表 示） （2）若在某个时间段中，有连续的 4 条指令进入流水线，在其执行过程中没有发生任何阻塞，则执行这 4 条指令 所需的时钟周期数为多少？ （3）若高级语言程序中某赋值语句为 x=a+b，x、a 和 b 均为 int 型变量，它们的存储单元地址分别表示为[x]、[a]和[b]。该语句对应的指令序列及其在指令流中的执行过程如题 44 图所示。则这 4 条指令执行过程中 I3 的 ID 段和 I4 的 IF 段被阻塞的原因各是什么？ （4）若高级语言程序中某赋值语句为 x=x*2+a，x 和 a 均为 unsigned int 类型变量，它们的存储单元地址分别表示 为[x]、[a]，则执行这条语句至少需要多少个时钟周期？要求模仿题 44 图画出这条语句对应的指令序列及其在流水 线中的执行过程示意图。

交通灯控制实验电路如题43图所示，875l单片机时钟频率6MHz，P1.5～P1.0经电阻接六个发光二极管，其中红1、黄1、绿1，为南北向指示灯；红2、黄2、绿2，为东西向指示灯。以下程序用定时器TD产生0.1秒中断为计时标准，按以下四种状态，交替循环。(1)红1、绿2，亮20秒；(2)红1、黄1、黄2，亮1秒；(3)绿1、红2亮15秒；(4)黄1、红2、黄2亮1秒。试填满程序中的缺少部分。

题43图

ORG 0000H

AJMP START

ORG ① ；定时器T0入口地址

MOV TL0，0B0H

MOV TH0，3CH

DJNZ 30H， ②

MOV A，R7

INC A

ANL A， ③ H

MOV R7，A

ADD A，T0_5-1D_1

MOVC ④

T0_1： MOV P1，A

MOV 30H，10 ；第2和第4种状态的计数次数

CJNE R7，0，T0_2

MOV 30H， ⑤ ；第1种状态的计数次数

SJMP T0_3

T0_2： CJNE R7，2，TD_3

MOV 30H， ⑥ ；第3种状态的计数次数

T0_3： RETI

T0_5： DB 0DEH， ⑦ H，0F3H，0E5H

；每种状态的显示代码(没用到的引脚输出应为“1”)

START： MOV TMOD，01H

MOV TL0，0BOH

MOV TH0，3CH

MOV 30H，200

MOV R7，0

MOV IE，82H

SETB ⑧

MOV P1，0DEH

LOOP： SJMP LOOP

①______； ②______； ③______； ④______；

⑤______； ⑥______； ⑦______；⑧______。

附：有关特殊功能寄存器各位内容：

用VHDL描述下列器件的功能： (1)4选1数据选择器； (2)2线-4线译码器； (3)时钟R-S触发器； (4)带复位端Clear和置位端Preset、延迟Tpd为20ns的响应CP下降沿的J-K触发器； (5)主从J-K触发器； (6)集成计数器74163； (7)集成移位寄存器74194。

求题如图所示电路中A、B端口的等效电阻。已知R₁=20Ω，

  R₂=12Ω，R₃=5Ω，R₄=8Ω，R₅=10Ω，R₆=14Ω。

某单代号网络计划如下图所示，其关键线路为（）。

A.1→2→4→5→8

B.1→2→5→8

C.1→3→4→5→8

D.1→3→4→7→8

E.1→3- 6→7→8