一般情况下计算机的程序计数器位数和机器字长是一样的吗

一般情况下，程序计数器位数和机器字长是不一样的。程序计数器是一种特殊的寄存器，用于保存下一条指令的地址，通常需要足够大以便能够寻址整个内存空间。而机器字长则是指CPU能够一次处理的二进制数据的位数，也就是数据通路的位数，通常是8位、16位、32位或64位。在一些体系结构中，程序计数器的位数可能大于机器字长，这样可以更好地支持更大的内存空间。

相关问题

如图所示的处理机逻辑框图中，有两条独立的总线和两个独立的存储器。已知指令存储器IM最大容量为16384字（字长18位），数据存储器DM最大容量为65536字（字长32位）。各寄存器均有“打入”(Rin)和“送出”(Rout)控制命令，但图中尚未标出。 (1).指出下列寄存器：程序计数器PC,指令寄存器IR,累加器和 ，通用寄存器, 指令存储器地址寄存器IAR,指令存储器数据寄存器IDR,数据存储器数据寄存器DDR和数据存储器地址寄存器DAR的位数。 (2).已知加法指令ADD X(R3) 的功能是((R3)+ X)+(AC0)→AC1,请画出该指令的指令周期流程图。

很抱歉，我无法提供图片或文件，但我可以回答您的第一个问题和第二个问题：

1. 各寄存器的位数如下：

- 程序计数器PC：14位（能够寻址2^14个地址）。
- 指令寄存器IR：18位（指令存储器的字长）。
- 累加器AC：32位（数据存储器的字长）。
- 通用寄存器：32位（数据存储器的字长）。
- 指令存储器地址寄存器IAR：14位（能够寻址2^14个地址）。
- 指令存储器数据寄存器IDR：18位（指令存储器的字长）。
- 数据存储器数据寄存器DDR：32位（数据存储器的字长）。
- 数据存储器地址寄存器DAR：16位（能够寻址2^16个地址）。

2. ADD X(R3) 指令的指令周期流程图如下：

     +-----+-----+-----+     +-----+-----+-----+     +-----+-----+-----+
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     +-----+-----+-----+     +-----+-----+-----+     +-----+-----+-----+
       T1    T2    T3            T4    T5    T6            T7    T8    T9

其中，T1 到 T9 分别代表指令的 9 个时钟周期，具体流程如下：

- T1：取指令周期。将 PC 寄存器中的地址送到指令地址寄存器 IAR 中，将指令存储器中的内容送到指令数据寄存器 IDR 中。
- T2：译码周期。将指令数据寄存器 IDR 中的指令译码，得到操作码和寄存器地址。
- T3：地址计算周期。将寄存器 R3 中的内容与 X 相加，得到有效操作数的地址。
- T4：存储器读周期。将有效操作数的地址送到数据存储器地址寄存器 DAR 中，将数据存储器中的内容送到数据存储器数据寄存器 DDR 中。
- T5：执行周期。将累加器 AC0 和 DDR 中的内容相加，将结果送到累加器 AC1 中。
- T6：存储器写周期。将累加器 AC1 中的内容送到数据存储器中有效操作数的地址处。
- T7：时钟周期，无操作。
- T8：时钟周期，无操作。
- T9：时钟周期，无操作。

9画出主机框图，分别以存数指令“STA M”和加法指令"ADD M”(M均为主存地址)为例，在图中按序标出完成该指令(包括取指阶段)的信息流程(如-→)。假设主存容量为256M×32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。

为了帮助您理解主机框图，我会简要描述并绘制一个基本示意图。在这个示例中，我们考虑的是一台简单的单地址指令计算机架构，主要包括以下几个部分：

1. **指令输入** (I): 这里通常是一个8位或16位指令寄存器（Instruction Register, IR），用于存放当前执行的指令。

2. **指令译码** (D): 当接收到STA M 或 ADD M 指令时，会有一个译码部件解析指令，可能包含一个7位地址字段（因为256MB = 2^28 字节，所以地址宽度为28 - log2(256) ≈ 7位）。

3. **操作数地址生成** (A): 根据指令的内容，从IR生成相应的内存地址。例如，对于STA M，地址直接来自IR；而对于ADD M，可能需要额外的立即寻址字段或者PC值加上偏移量。

4. **数据总线** (Bus): 连接到主存和算术逻辑单元（ALU），传输数据。

5. **主存** (Memory): 容量为256MB × 32位，每条数据线32位。

6. **ALU** (Arithmetic Logic Unit): 执行加法或存储操作。如果采用双操作数模式，它可能有自己的通用寄存器（比如32位的运算结果寄存器）。

7. **通用寄存器组** (R): 可能包括若干32位通用寄存器，如程序计数器(PC), 状态寄存器等。

8. **数据缓存** (Cache, 如果有的话): 通常对高速访问提供辅助存储空间，这里暂不画出细节。

9. **控制逻辑** (Control): 决定何时从主存读取数据，何时写回结果，以及下一条指令的获取等。

完成指令过程大致如下：

IR -> 指令译码 -> 地址生成 -> 数据总线 -> 主存（读取或写入）-> ALU -> 寄存器或数据缓存 -> 控制逻辑 -> 更新PC -> 下一条指令

STA M 和 ADD M 示例：
IR -> [解码] -> M[7:0] -> Data Bus -> [读取或写入] M[M[7:0]] -> ALU (读取寄存器内容，无操作) -> R[对应位置] -> 控制逻辑更新R
IR -> [解码] -> M[7:0] -> Data Bus -> [读取] M[M[7:0]] -> ALU (+ R[对应位置]) -> R[对应位置] -> 控制逻辑更新R

每个寄存器的位数取决于系统设计，但通常IR、地址字段和ALU结果寄存器为32位，其他可能为16或32位，具体取决于硬件规格。