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44.(12分)某16位计算机中，带符号整数用补码表示，数据Cache和

2021-07-11 07:42:00来源：新东方在线

　　【题目】

　　44.(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。

　　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，并且同一个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，则执行指令“SHR R1”后，R1的内容是多少?(用十六进制表示)

　　(2)若某个时间段中，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水线中的执行过程如题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=2*x+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。

　　【答案要点】

　　(1)x的机器码为[x]补=1111 1101 1111 1111 B，即指令执行前(R1)=FDFFH，右移1位后为

　　1111 1110 1111 1111B，即指令执行后(R1)=FEFFH。(2分)

　　(2)至少需要4+(5-1)=8个时钟周期数。(2分)

　　(3)Ⅰ3的ID段被阻塞的原因：因为Ⅰ3与Ⅰ1和Ⅰ2都存在数据相关，需等到Ⅰ1和Ⅰ2将结

　　果写回寄存器后，Ⅰ3才能读寄存器内容，所以Ⅰ3的ID段被阻塞。(1分)

　　Ⅰ4的IF段被阻塞的原因：因为Ⅰ4的前一条指令Ⅰ3在ID段被阻塞，所以Ⅰ4的IF段被阻

　　塞。(1分)

　　(4)因2*x操作有左移和加法两种实现方法，故x=2*x+a对应的指令序列为：



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