2024-43
假定计算机M字长为32位，按字节编址，采用32位定长指令字，指令add、slli和lw的格式、编码和功能说明如题43图(a)所示。
其中，R[x] 表示通用寄存器 x 的内容，M[x] 表示地址为 x 的存储单元内容，shamt 为移位位数，imm 为补码表示的偏移量。
题43图（b）给出了计算机 M 的部分数据通路及其控制信号（用带箭头虚线表示），其中，A 和 B 分别表示从通用寄存器 rs1 和 rs2 中读出的内容；IR[31:20] 表示指令寄存器中的高 12 位；控制信号 Ext 为 0、1 时扩展器分别实现零扩展、符号扩展，ALUctr 为 000、001、010 时 ALU 分别实现加、减、逻辑左移运算。
请回答下列问题。
（1）计算机 M 最多有多少个通用寄存器？为什么 shamt 字段占 5 位？（2 分）
（2）执行 add 指令时，控制信号 ALUBsrc 的取值应是什么？若 rs1 和 rs2 寄存器内容分别是 8765 4321H 和 9876 5432H，则 add 指令执行后，ALU 输出端 F、OF 和 CF 的结果分别是什么？若该 add 指令处理的是无符号整数，则应根据哪个标志判断是否溢出？（5 分）
(3) 执行 slli 指令时，控制信号 Ext 的取值可以是 0 也可以是 1，为什么？(2分)
(4) 执行 lw 指令时，控制信号 Ext、ALUctr 的取值分别是什么？(2分)
(5) 若一条指令的机器码是 A040 A103H，则该指令一定是 lw 指令，为什么？若执行该指令时，R[01H]=FFFF A2D0H，则所读取数据的存储地址是什么？(2分)
（1）最多有32个通用寄存器。因为指令中rs1、rs2字段各占5位，可表示2⁵=32个不同寄存器编号。shamt字段占5位，是因为字长为32位，移位位数范围为0~31，需要5位二进制表示。
（2）ALUBsrc取值应为0（选择寄存器B作为ALU第二操作数）。
F = 87654321H + 98765432H = 1FDB9753H。
OF = 1（有符号溢出），CF = 1（无符号进位）。
若处理无符号整数，应根据CF判断是否溢出。
（3）因为slli指令的移位位数只使用IR[31:20]字段中的低5位（shamt），扩展器扩展的高位结果不会被使用，所以Ext取值可以是0或1。
（4）Ext取值应为1（符号扩展偏移量），ALUctr取值应为000（ALU执行加法，计算有效地址）。
（5）机器码A040A103H对应的二进制指令格式中，操作码IR[6:0]=0000011B（对应lw），功能码IR[14:12]=010B，符合题43图(a)中lw指令的编码规则，因此一定是lw指令。
存储地址 = R[01H] + 符号扩展(103H) = FFFFA2D0H + 103H = FFFF9CD4H。