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5.1 解释下列名词:
- 指令:控制计算机执行特定操作(例如加法、减法、数据传送或程序转移)的命令称为指令。
- 指令系统:一台计算机中所有可用指令组成的集合被称为该机器的指令系统。
- 操作码:指示具体操作类型的字段,位于每条指令内。不同功能的操作用不同的编码表示(如加法为0001, 减法为0010)。
- 地址码:指明与当前执行命令相关的数据位置或偏移量的字段。
- 寻址方式:确定如何找到操作数有效地址的方法,对指令和数据访问效率有重要影响。
- 程序计数器 PC:专门用来存储下一条待执行指令所在内存单元地址的寄存器。
- 有效地址:指明具体操作中使用到的数据所在的主存位置的实际物理地址。
- 地址码扩展:通过增加额外的功能代码来支持更多种类的操作,而不改变原有指令长度的方式。
- CISC(复杂指令集计算机):这类架构拥有复杂的指令系统和多种寻址模式,但执行效率相对较低。
- RISC(精简指令集计算机):这种类型的机器具备简化了的指令集合以及较少数量的不同地址形式,从而实现了较高的运行速度。
- 存储器堆栈:在内存区域中以先进后出方式管理数据结构的一种方法。它的容量大但处理速度快慢不一,并且当有新的元素加入或移除时整个存储区的数据会移动。
- 寄存器堆栈:利用寄存器来实现的先进先出型数据组织形式,特点是拥有较小的空间和较快的速度;在入栈或者出栈操作过程中只涉及顶部位置的变化而不改变其余部分的状态。
- 基址寄存器:用于存储基地址,在基于此进行寻址时使用到该类型的寄存器。
- 变址寄存器:存放可变偏移量的寄存器,通常在执行相对或间接寻址操作过程中发挥作用。
5.2 简要回答下列问题:
(1) 指令是指控制计算机完成特定任务(如加减运算、数据传输等)的命令。指令系统则是指构成一台机器所有可能用到的全部指令集。
(2) 设置多种不同的寻址方式是为了在效率与灵活性之间找到最佳平衡点,包括但不限于立即数寻址、寄存器间接寻址以及基地址/变地址等方式以满足不同场景下的需求。
(3) 为了适应各种类型的访问方法,通常会在每个单独的命令格式中包含一个额外的部分来指定具体的获取操作数值的方式。这一部分可以是直接编码或通过其他方式指示特定类型的操作码和位置信息。
(4) 基址寻址与变址寻址都用于灵活定位内存地址;基址寄存器存储固定的基础地址,而变位寄存器则包含动态偏移值以实现更广泛的访问范围。两者的主要区别在于前者直接使用固定的起始点加上一个不变的量来计算目标位置,后者则是从特定基准出发再加上变化的部分达到指定的目标内存单元。
(5) RISC 处理器具有简洁明了的操作码结构、有限数量的有效寻址模式以及快速执行的特点。
(6) 定长指令的优点是易于硬件实现和解析;缺点在于灵活性较差。变长指令则提供了更大的编程自由度,但增加了编译难度并可能影响到代码密度与性能表现。
(7) 指令的地址码指的是该命令所指向的操作数在存储器中的位置或偏移量信息,而“指令中的地址码”则是指具体某条特定格式内用于描述操作对象所在内存空间特性的字段。