第二章习题解答
1. 计算机指令由哪两部分构成？他们分别表示什么含义？
解答：计算机的指令通常由两个部分构成：操作码和操作数。操作码指明计算机应该执行什么样的操作，而操作数则指出该操作处理的数据或数据存放的地址。 2. 现代计算机系统存在哪两种类型的指令集？它们分别有什么特点？
解答：
复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC） CISC结构指令集的特点是：
①指令系统复杂庞大，指令数目一般多达2、3百条。 ②寻址方式多 ③指令格式多 ④指令字长不固定 ⑤可访存指令不加限制
⑥各种指令使用频率相差很大 ⑦各种指令执行时间相差很大 RISC结构指令集的特点是：
①精简了指令系统，流水线以及常用指令均可用硬件执行；
②采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度； ③每条指令的功能尽可能简单，并在一个机器周期内完成； ④所有指令长度均相同；
⑤只有Load和Store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行；
3. 假定以下C语句中的所有变量为32位的寄存器，请分别采用MIPS汇编指令实现其功
能：
a)f=g+h+i+j; b)f=g+(h+5); c)f=f+f+i; d)f=g+(j+2); 解答：灵活使用加法算术运算指令 a) add f, g,h addf,f,i addf,f,j
b) addi f,h,5 addf,f,g c) addf,f,f addf,f,j d) addi f,j,2 addf,f,g 4. 假定以下MIPS汇编指令的所有寄存器都已经在C语言中定义，请分别采用相应的C语
句实现其功能： a）add f,g,h b)add f,f,h c) add f,f,1 d)sub f,$0,f
addf,g,h addi f,f,1 解答：a) f=g+h; b) f=f+h; c)f=g+h; d) f=1-f;
5. 假定字变量f,g,h,i,j分别对应寄存器$s0,$s1,$s2,$s3,$s4,并且字数组A和B的起始地址分
别存放在寄存器$s6,$s7中，请分别采用MIPS汇编指令实现其功能： a) f=g+h+B[4]; b) f=g-A[B[4]]; c) f=g+h+B[1]; d) f=A[B[g]+1]; 解答：a) lw $t0,16($s7) b) lw $t0,16($s7) add $s0,$s1,$t0 sll $t0,$t0,2 add $s0,$s2,$s0 add $t1,$s6,$t0 lw $t2,0($t1) sub $s0,$s1,$t2 c) lw $t1,4($s7) d)sll $s1,$s1,2 add $s0,$s1,$t0 add $t0,$s7,$s1 add $s0,$s0,$s2 addi $t0,$t0,1 sll $t0,$t0,2 add $t1,$t0,$s6 lw $s0,0($t1)
6. 假定变量f,g,h,i,j分别对应寄存器$s0,$s1,$s2,$s3,$s4,并且字数组A和B的起始地址分别
存放在寄存器$s6,$s7中，请分别采用相应的C语句实现以下汇编指令序列的功能： a) add $s0,$s0,$s1 b) lw $s0,4($s6)
add $s0,$s0,$s2 add $s0,$s0,$s3 add $s0,$s0,$s4 c) add $s0,$s0,$s1 d) addi $s6,$s6,-20
add $s0,$s3,$s2 add $s6,$s6,$s1 add $s0,$s0,$s3 lw $s0,8($s6) 解答：a)f=f+g+h+i+j; b)f=A[1] c) f=h+i+i; d) f=A[g/4-5+2]
7. 分别指出以下各指令序列执行后的结果，假定$t0=0x55555555,$t1=0x12345678
a) sll $t2,$t0,4 b) sll $t2,$t0,4 c) srl $t2,$t0,3
and $t2,$t2,$t1 andi $t2,$t2,-1 andi $t2,$t2,0xffef d) sll $t2,$t0,1 e) sll $t2,$t0,1 or $t2,$t2,$t1 andi $t2,$t2,0x00f0
解答：a) $t2=0x10145450 b)$t2=0x55555550 c) $t2=0xaaaa
d) $t2=0xbabefefa e)$t2=0xa0
8. 采用汇编指令分别针对不同的i，j值组合完成将$t0中的field域填充到$t1中相对应的
field域中，且$t1的其余位都清0.$t0的构成如下： 31 i+1 xx i j+1 field j 0 xx $t1的构成分别如a），b）所示：
a） 31 15+i-j 0000000….. 14+i-j 15 field 14 0 00 0000 0000 0000 i-j-1 0 field b) 31 i-j 0000….. 1) i=7,j=2 2)i=24,j=5 解答：1）a)andi $s0,$t0,0xf8 b)andi $s0,$t0,0xf8 sll $t1,$s0,12 slr $t1,$s0,3
2) a) andi $s0,$t0,0x1fe0 b)andi $s0,$t0,0x1fe0
sll $t1,$s0,12 slr $t1,$s0,6
9. 分别针对以下两个汇编指令段回答问题： 指令段a) loop : slt $t2,$0,$t1 bne $t2,$0,else j done else :addi $s2,$s2,2 addi, $t1,$t1,-1 j loop done:
指令段b) loop : addi $t2,$0,0xa Loop2: addi $s2,$s2,2 addi $t2,$t2,-1 bne $t2,$0,loop2 addi $t1,$t1,-1 bne $t1,$0,loop done: 问题：1）若指令执行前$t1=10,$s2=0,那么在分别执行以上指令序列后，$s2的值为多少？ 2）假设$s1,$s2,$t1,$t2分别对应变量A，B，i和temp，那么对应以上汇编指令序列的C语句分别是什么？ 3）如果$t1初始化为N，针对以上指令序列分别需要执行多少条指令？ 解答：1） a)$s2=0x14 2*$t1=20 b)$s2=0xc8 2*10*$t1 2) a) while (i>0){ b)do { B=B+2; for(temp=0xa;temp!=0;temp--) i--; B=B+2; } i--; } while(i!=0)
3)当N〉0时 a)循环体内指令执行的次数为N，循环体共3条指令，执行次数为3N，循环条件判断指令执行的次数为N+1，共2条指令，执行次数为2（N+1），最后执行一次退出循环指令，因此共执行5N+3条指令
b）双重循环，内循环每次执行3*10条指令，外循环一次除了内循环之外还有另外3条指令，因此外循环一次共执行33条指令，总共执行33N条指令
当N<=0时，a) 仅执行判断及退出指令，共3条 b) N=0,将执行33*232条指令；N<0,将执行33*(232+N)条指令
10. 2.10将以下C语句转换为MIPS汇编指令序列，假设变量a,b,i,j分别对应寄存器
$s0,$s1,$t0,$t1, $s2保存着数组D的起始地址。 a）for(i=0;i<10;i++) b)while(a<10) {
a+=b; D[a]=b+a; a+=1; } 解答： 1）
loop: slti $s3,$t0,10 #$s3=i<10?1:0 beq $s3,$0,exit #$s3=0,exit add $s0,$s0,$s1 #a+=b addi $t0,$t0,1 #i++ j loop exit: 2)
loop: slti $s3,$s0,10 #$s3=a<10?1:0 beq $s3,$0,exit
add $s4,$s0,$s1 #$s4=a+b sll $t2,$s0,2 #数组偏移地址 add $t4,$s2,$t2
sw $s4,0($t4) #存储数组元素 addi $s0,$s0,1 j loop exit:
11. 以下汇编语言程序段实现斐波那契(Fibonacci)数的计算，其输入的整数保存在$a0中，
输出结果保存在$v0中。但是存在一些错误，请修正其中的错误。并画出当输入数字4时，该程序段每次被调用时栈的变化情况。 FIB: addi $sp,$sp,-12 sw $ra,0($sp) sw $s1,4($sp) sw $a0,8($sp) slti $t0,$a0,1 beq $t0,$0,L1 addi $v0,$a0,$0 j EXIT L1: addi $a0,$a0,-1 jal FIB addi $s1,$v0,$0 addi $a0,$a0,-1
jal FIB
add $v0,$v0,$s1 Exit:lw $ra,0($sp) lw $s1,4($sp) lw $a0,8($sp)
addi $sp,$sp,12 jr $ra
解答：斐波那契数列指的是这样一个数列：0，1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, … 斐波那契(Fibonacci)数的计算C语言函数原型n=0开始 int fib(intn,int f) { if(n==0) f=0;
elseif(n==1) f=1;
else
f=fib(n-1,f)+fib(n-2,f);
return f; } 正确的错误的
FIB: addi $sp,$sp,-12 FIB: addi $sp,$sp,-12 sw $ra,0($sp) sw $ra,0($sp) sw $s1,4($sp) sw $s1,4($sp) sw $a0,8($sp) sw $a0,8($sp) slti $t0,$a0,2 slti $t0,$a0,1 beq $t0,$0,L1 beq $t0,$0,L1 add $v0,$a0,$0 addi $v0,$a0,$0 ;N=0，1直接得到结果 j Exit j EXIT L1: addi $a0,$a0,-1 L1: addi $a0,$a0,-1 jal FIB jal FIB add $s1,$v0,$0 addi $s1,$v0,$0 ；暂存n-1的结果 addi $a0,$a0,-1 addi $a0,$a0,-1
jal FIB jal FIB add $v0,$v0,$s1 add $v0,$v0,$s1 ；将n-1与n-2的结果相加 Exit:lw $ra,0($sp) Exit:lw $ra,0($sp) lw $s1,4($sp) lw $s1,4($sp) lw $a0,8($sp) lw $a0,8($sp) addi $sp,$sp,12 addi $sp,$sp,12 jr $ra jr $ra
[00400024] 34040004 ori $4, $0, 4; 1: li $a0,4 [00400028] 0c10000c jal 0x00400030 [FIB]; 2: jal FIB [0040002c] 0810001f j 0x0040007c [exit]; 3: j exit
[00400030] 23bdfff4 addi $29, $29, -12; 4: addi $sp,$sp,-12 [00400034] afbf0000 sw $31, 0($29); 5: sw $ra,0($sp) [00400038] afb10004 sw $17, 4($29); 6: sw $s1,4($sp) [0040003c] afa40008 sw $4, 8($29); 7: sw $a0,8($sp) [00400040] 28880003 slti $8, $4, 2; 8: slti $t0,$a0,2
[00400044] 11000003 beq $8, $0, 12 [L1-0x00400044]; 9: beq $t0,$0,L1 [00400048] 00801020 add $2, $4, $0; 10: add $v0,$a0,$0 [0040004c] 0810001a j 0x00400068 [Exit]; 11: j Exit