题目

题 43 中描述的计算机如下图所示。为便于从本题入口独立作答，这里先附该 CPU 单总线数据通路图。

其部分指令执行过程的控制信号如题 44 图 a 所示

图 a 部分指令控制信号

该机指令格式如题 44 图 b 所示，支持寄存器直接和寄存器间接两种寻址方式，寻址方式位分别为 0 和 1，通用寄存器 R0～R3 的编号分别为 0、1、2 和 3。

图 b 指令格式

其中：Md、Ms1、Ms2 均为寻址方式位，Rd、Rs1、Rs2 为寄存器信号。

• 三地址指令：源操作数1 OP 源操作数2 → 目的操作数地址
• 二地址指令（末 3 位均为 0）：OP 源操作数1 → 目的操作数地址
• 单地址指令（末 6 位均为 0）：OP 目的操作数 → 目的操作数地址

请回答下列问题。

(1) 该机的指令系统最多可定义多少条指令？

(2) 假定 inc、shl 和 sub 指令的操作码分别为 01H、02H 和 03H，则以下指令对应的机器代码各是什么？

inc R1;             // (R1)+1→R1
shl R2, R1;         // (R1)<<1→R2
sub R3, (R1), R2;   // ((R1))–(R2)→R3

(3) 假设寄存器 X 的输入和输出控制信号分别为 Xin 和 Xout，其值为 1 表示有效，为 0 表示无效（例如，PCout=1 表示 PC 内容送总线）；存储器控制信号为 MEMop，用于控制存储器的读 (read) 和写 (write) 操作。写出题 44 图 a 中标号①～⑧处的控制信号或控制信号的取值。

(4) 指令 sub R1，R3，(R2) 和 inc R1 的执行阶段至少各需要多少个时钟周期？