题目

某计算机字长为 16 位，主存地址空间大小为 128KB，按字编址。采用单字长指令格式，指令各字段定义如下：

转移指令采用相对寻址方式，相对偏移量用补码表示，寻址方式定义如下：

Ms/Md	寻址方式	助记符	含义
000B	寄存器直接	Rn	操作数 = (Rn)
001B	寄存器间接	(Rn)	操作数 = ((Rn))
010B	寄存器间接、自增	(Rn)+	操作数 = ((Rn)), (Rn) + 1 → Rn
011B	相对	D(Rn)	转移目标地址 = (PC) + (Rn)

请回答下列问题：

(1) 该指令系统最多可有多少条指令？该计算机最多有多少个通用寄存器？存储器地址寄存器（MAR）和存储器数据寄存器（MDR）至少各需要多少位？

(2) 转移指令的目标地址范围是多少？

(3) 若操作码 0010B 表示加法操作（助记符为 add），寄存器 R4 和 R5 的编号分别为 100B 和 101B，R4 的内容为 1234H，R5 的内容为 5678H，地址 1234H 中的内容为 5678H，地址 5678H 中的内容为 1234H，则汇编语言为“add (R4), (R5)+”（逗号前为源操作数，逗号后为目的操作数）对应的机器码是什么（用十六进制表示）？该指令执行后，哪些寄存器和存储单元中的内容会改变？改变后的内容是什么

解析

本题是典型的"指令格式 + 寻址方式 + 机器码生成"组合考查。三问层层递进：先从字段位宽倒推规模，再分析寻址范围，最后做机器码拼装与执行追踪。

(1) 指令数、寄存器数、MAR/MDR 位数 [4 分]

最多指令条数。 操作码 OP 占 4 位：

最多通用寄存器数。 每个操作数 6 位 = 寻址方式 Ms/Md（3 位）+ 寄存器编号 Rs/Rd（3 位）。寄存器编号字段决定了寄存器数：

MAR / MDR 位数。 主存 128KB，按字编址，字长 16 位 = 2B，所以总字数为：

要寻址 个字，MAR 至少 16 位；一次读写一个字，MDR 一次容纳一个字宽数据，故 MDR 至少 16 位。

(2) 转移指令的目标地址范围 [2 分]

转移指令使用相对寻址（Ms = 011B），目标地址 = (PC) + (Rn)。题干声明 "相对偏移量用补码表示"，所以 Rn 的内容当作补码符号扩展后参与运算。

PC、Rn 都是 16 位寄存器，相加结果对 取模，能落在 16 位无符号能表示的全部地址上。结合主存空间也是 字，所以：

(3) "add (R4), (R5)+" 的机器码与执行结果 [5 分]

Step 1. 解析汇编语义。

• 源操作数 (R4)：Ms = 001（寄存器间接），Rs = 100（R4 编号）；
• 目的操作数 (R5)+：Md = 010（寄存器间接、自增），Rd = 101（R5 编号）；
• 操作码 add：OP = 0010。

Step 2. 拼接机器码。

按字段顺序 [15:12] OP / [11:9] Ms / [8:6] Rs / [5:3] Md / [2:0] Rd：

字段	OP	Ms	Rs	Md	Rd
二进制	0010	001	100	010	101
含义	add	寄存器间接	R4	寄存器间接、自增	R5

完整机器码：

0010 0011 0001 0101B

转十六进制：2315H。

Step 3. 追踪执行过程。

题干给出：(R4) = 1234H，(1234H) = 5678H，(R5) = 5678H，(5678H) = 1234H。

步骤	动作	结果
① 取源	源 = ((R4)) = (1234H)	= 5678H
② 取目的	目的 = ((R5)) = (5678H)	= 1234H
③ 加法	源 + 目的 = 5678H + 1234H	= 68ACH
④ 写回	结果送目的地址 (R5) → 主存 5678H	M[5678H] ← 68ACH
⑤ 自增	(R5)+ 后效：R5 ← (R5) + 1	R5 ← 5679H

Step 4. 写出最终改变。

位置	改变前	改变后
R5	5678H	5679H
主存 5678H	1234H	68ACH

易错点（双层间址绕晕）： 第 (3) 问的 R4 / R5 都是间接寻址，"寄存器内容"是地址，"地址里的内容"才是操作数。务必把 (R4)、((R4))、(R5)、((R5)) 写清楚再代入运算，不要把 R4 的值 1234H 当成源操作数直接加。

编者注（生僻术语）： "寄存器间接、自增"（(Rn)+）相当于 C 语言的 *p++：先用 *p 作为操作数，使用完后 p 自增。本题字长 16 位、按字编址，所以自增量为 1（一个字）。在字节编址 + 字长 4B 的机器上，自增量会是 4。