某 16 位计算机中，带符号整数用补码表示，数据 Cache 和指令 Cache 分离。题 44 表 给出了指令系统中部分指令格式，其中 Rs 和 Rd 表示寄存器， mem 表示存储单元地址，（ x ）表示寄存器 x 或存储单元 x 的内容。

指令系统中部分指令格式

名称

指令的汇编格式

指令功能

加法指令

ADD  Rs ， Rd

(Rs)+(Rd)->Rd

算术 / 逻辑左移

SHL  Rd

2*(Rd)->Rd

算术右移

SHR  Rd

(Rd)/2->Rd

取数指令

LOAD  Rd, mem

(mem)->Rd

存数指令

STORE  Rs, mem

(Rs)->mem

该计算机采用 5 段流水方式执行指令，各流水段分别是取指（ IF ）、译码 / 读寄存器（ ID ）、执行 / 计算有效地址（ EX ）、访问存储器（ M ）和结果写回寄存器（ WB ），流水线采用“按序发射，按序完成”方式，没有采用转发技术处理数据相关，并且同一个寄存器的读和写操作不能在同一个时钟周期内进行。请回答下列问题：

1 ）若 int 型变量 x 的值为 - 513 ，存放在寄存器 R1 中，则执行指令“ SHL R1 ” 后， R1 的内容是多少？（用十六进制表示）

2 ）若某个时间段中，有连续的 4 条指令进入流水线，在其执行过程中没有发生任何阻塞，则执行这 4 条指令所需的时钟周期数为多少？

3 ）若高级语言程序中某赋值语句为 x=a+b ， x 、 a 和 b 均为 int 型变量，它们的存储单元地址分别表示为 [x] 、 [a] 和 [b] 。该语句对应的指令序列及其在指令流水线中的执行过程如下图所示。

I1 LOAD            R1 ， [a]

I2 LOAD            R2 ， [b]

I3 ADD              R1 ， R2

I4 STORE           R2 ， [x]

时间单元

指令

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

I1

IF

ID

EX

M

WB

I2

IF

ID

EX

M

WB

I3

IF

ID

EX

M

WB

I4

IF

ID

EX

M

WB

图 指令序列及其执行过程示意图

则这 4 条指令执行过程中， I3 的 ID 段和 I4 的 IF 段被阻塞的原因各是什么？

4 ）若高级语言程序中某赋值语句为 x=x*2+a ， x 和 a 均为 unsigned int 类型变量，它们的存储单元地址分别表示为 [x] 、 [a] ，则执行这条语句至少需要多少个时钟周期？要求模仿题 44 图画出这条语句对应的指令序列及其在流水线中的执行过程示意图。