计算机组成原理第四讲(指令信息表示)

1、College of computer science, SWPU Computer ScienceComputer Science 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操作码操作码 地址码地址码 计算机组成原理计算机组成原理 College

2、of Computer Science, SWPU OP A1 A2 A3 A4 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理

3、 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 Colle

4、ge of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 形式地址形式地址A A操作码操作码OPOP寻址特征寻址特征 形式地址形式地址A A： 指令字中的地址指令字中的地址 有效地址有效地址EAEA： 操作数的真实地址操作数的真实地址 指令系统可以采用多种寻址方式，指令中如指令系统可以采用多种寻址方式，指

5、令中如 何区别它们，有两种方法：一种方法是由操何区别它们，有两种方法：一种方法是由操 作码决定其寻址方式，另一种方法是指令中作码决定其寻址方式，另一种方法是指令中 设置寻址方式字段。设置寻址方式字段。 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU OP # A 立即寻址特征立即寻址特征 立即数立即数 可正可负可正可负 补码补码 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操作数操作数 主存主存 寻址特征寻址特征 OPA A 计算机组成原理计算机组成原理 College of Compute

6、r Science, SWPU OPRi 寻址特征寻址特征 操作数操作数 R0 Ri Rn 寄存器寄存器 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU OPA 寻址特征寻址特征 A EA 主存主存 EA 一次间址一次间址 操作数操作数 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU A1 EA A1 主存主存 EA 1 0 OPA 寻址特征寻址特征 A 多次间址多次间址 操作数操作数 多次访存多次

7、访存 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操作数操作数 主存主存 OPRi 寻址特征寻址特征 地址地址EA R0 Ri Rn 寄存器寄存器 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU OPD 操作数操作数 主存主存 寻址特征寻址特征 ALUIX 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 Colleg

8、e of Computer Science, SWPU 操作数操作数 主存主存 ALU OPR0D 通用寄存器通用寄存器 R0 Rn-1 R1 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU OPD 操作数操作数 主存主存 寻址特征寻址特征 ALUBR 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操

9、作数操作数 主存主存 ALU OPR0D 通用寄存器通用寄存器 R0 Rn-1 R1 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操作数操作数 主存主存 ALU OPR0R1 d 通用寄存器通用寄存器 R0 Rn-1 R1 ALU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操作数操作数 寻址特

10、征寻址特征 ALU OPd 相对距离相对距离 d 1000PC 主存主存 1000dOP 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操作数操作数 寻址特征寻址特征 ALU OPd=FF 1030PC 主存主存 1030dOP 1000 00FF 10FF 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SW

11、PU 堆栈堆栈 硬堆栈硬堆栈 软堆栈软堆栈 多个寄存器多个寄存器 指定的存储空间指定的存储空间 先进后出（一个入出口）先进后出（一个入出口） 栈顶地址栈顶地址 由由 SP 指出指出 进栈进栈 （SP） 1 SP出栈出栈 （SP）+ 1 SP 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 1 1FFFH +1 2000 H栈顶栈顶 栈底栈底 2000 H SP 2000 H 1FFF H SP 1FFFH 栈顶栈顶 栈底栈底 进栈进栈出栈出栈 1FFF H 栈顶栈顶 2000 H 栈顶栈顶 计算机组成原理计算机组成原理 College of C

12、omputer Science, SWPU 15 200H ACC SP X 栈顶栈顶 200H 栈底栈底 主存主存 PUSH A 前前 15 1FFH ACC SP 15 栈顶栈顶 200H 栈底栈底 主存主存 X 1FFH PUSH A 后后 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU POP A 前前POP A 后后 Y 1FFH ACC SP X 栈顶栈顶 200H 栈底栈底 主存主存 151FFH 15 200H ACC SP栈顶栈顶 200H 栈底栈底 主存主存 X 15 计算机组成原理计算机组成原理 College of Co

13、mputer Science, SWPU 按按 字字 编址编址进栈进栈 出栈出栈 （SP） 1 SP （SP）+ 1 SP 按按 字节字节 编址编址 存储字长存储字长 16 位位进栈进栈 出栈出栈 （SP） 2 SP （SP）+ 2 SP 存储字长存储字长 32 位位进栈进栈 出栈出栈 （SP） 4 SP （SP）+ 4 SP 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU ADDA 操作数操作数 主存主存 寻址特征寻址特征 A ACC 暂存暂存 ALU 另一个操作数另一个操作数 隐含在隐含在 ACC 中中 计算机组成原理计算机组成原理 Col

14、lege of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 例例. .某机指令操作码最高两位某机指令操作码最高两位 0000：RRRR型指令，寄存器型指令，寄存器- -寄存器寻址寄存器寻址 0101：RXRX型指令，寄存器型指令，寄存器- -变址寻址变址寻址 1010：SISI型指令，基址型指令，基址- -立即寻址立即寻址 1111：SSSS型指令，基址型指令，基址- -基址寻址基址寻址 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 例例. .

15、某机指令的每个地址字段中各设置一个某机指令的每个地址字段中各设置一个 3 3位的寻址方式字段。位的寻址方式字段。 操作码操作码 寻址方式寻址方式 R R 寻址方式寻址方式 R R 源地址字段源地址字段目的地址字段目的地址字段 3位位3位位 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 源地址源地址 目的地址目的地址 数数 设置时需考虑：设置时需考虑： （1 1）规定传送范围）规定传送范围 例例. DJS-100. DJS-100系列：系列： 8

16、80 0X86X86： IBM370 IBM370： R MR M R MR M，R R R R R MR M，R RR R， M MM M 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU （2 2）指明传送单位）指明传送单位 例例. . 用操作码说明用操作码说明(VAX-11)(VAX-11)： 用地址量说明用地址量说明(8(80 0X86)X86)： 传送次数由传送次数由 计数器控制计数器控制 MOVMOVB B 8 8 MOVMOV AXAX，BXBX MOVMOVW W 1616 MOVMOVL L 3232 MOVMOV ALAL，B

17、LBL MOVMOV EAXEAX，EBXEBX 例例. 80X86. 80X86的串传送指令：的串传送指令：REPREP MOVSW MOVSW 8 8 1616 3232 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU （3 3）设置寻址方式）设置寻址方式 在寻址方式的设置上几乎不受限制，能在寻址方式的设置上几乎不受限制，能 比较集中地反映指令系统各种寻址方式比较集中地反映指令系统各种寻址方式 的实现。的实现。 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU （1）读存储器：）读存储器：LO

18、ADLOAD （2 2）写存储器：）写存储器：STROESTROE （3 3）弹出：）弹出：POPPOP （4 4）压入：）压入：PUSHPUSH 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 各种信息各种信息 主机主机 外设外设 设置时需考虑：设置时需考虑： （1 1）I/OI/O指令的功能扩展指令的功能扩展 如何用通用如何用通用I/OI/O指令实现对各种具体设备的控制？指令实现对各种具体设备的控制？ I/O I/O指令中留有扩展余地指令中留有扩展余地 指令中某些字段编码事先不定义，需要时再约指令中某些字段编码事先不定义，需要时再约 定其含

19、义。用于外设种类、数量不多场合。定其含义。用于外设种类、数量不多场合。 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU I/O I/O接口中设置控制接口中设置控制/ /状态寄存器状态寄存器 主机用主机用输出指令输出指令或或传送指令传送指令将具体设备的控制命令将具体设备的控制命令 按约定的代码格式送往接口中的按约定的代码格式送往接口中的控制寄存器控制寄存器，向外，向外 设发出命令。设发出命令。 外设的状态信息也以某种格式放在接口的状态寄存外设的状态信息也以某种格式放在接口的状态寄存 器中，主机用器中，主机用输入指令输入指令或或传送指令传送指令从从

20、状态寄存器状态寄存器中中 取出有关信息进行查询、分析。取出有关信息进行查询、分析。 如何设置控制如何设置控制/ /状态寄存器是接口设计的关键状态寄存器是接口设计的关键。 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU （2 2）主机对外设的寻址方式）主机对外设的寻址方式 I/OI/O端口端口 如何为如何为I/OI/O端口分配地址？端口分配地址？ 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 编址到设备编址到设备：每个设备有各自的设备编码；：每个设备有各自的设备编码； I/OI/O指令中给出设备

21、码，并指明访问该设备的哪指令中给出设备码，并指明访问该设备的哪 个寄存器。个寄存器。 编址到寄存器编址到寄存器：为每个寄存器：为每个寄存器(I/O(I/O端口端口) )分配独分配独 立的端口地址；立的端口地址；I/OI/O指令中给出端口地址。指令中给出端口地址。 单独编址单独编址 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU =1 =1 访问存储器访问存储器 =0 =0 访问访问I/OI/O端口端口 需设置标志区分访问对象，如需设置标志区分访问对象，如 M/IOM/IO 统一编址统一编址 编址到寄存器编址到寄存器：为每个寄存器：为每个寄存器(

22、I/O(I/O端口端口) )分配总线分配总线 地址；访问外设时，指令中给出总线地址。地址；访问外设时，指令中给出总线地址。 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU I/OI/O端口占据部分主存空间。端口占据部分主存空间。 常将存储空间的低端分配给主存单元，高端分配常将存储空间的低端分配给主存单元，高端分配 给给I/OI/O端口，以示区分。端口，以示区分。 设置设置专用专用I/OI/O指令指令 针对单独编址，用针对单独编址，用I/OI/O指令访问指令访问I/OI/O端口。端口。 指令中说明输入指令中说明输入/ /输出操作，并给出端口地址输

23、出操作，并给出端口地址。 （3 3）I/OI/O指令设置方式指令设置方式 显式显式I/OI/O指令指令 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 例例. 80X86I/O. 80X86I/O指令设置指令设置 输入：输入：IN ALIN AL，n n； 端口地址端口地址 (n) AL(n) AL( (直接端口寻址直接端口寻址) ) IN ALIN AL，DXDX； 间接端口地址间接端口地址 (DX) AL(DX) AL( (间接端口寻址间接端口寻址) ) 输出：输出：OUT nOUT n，ALAL；(AL) n(AL) n( (直接端口寻址直接端口寻址) ) OUT DXOUT DX，ALAL；(AL) (DX)(AL) (DX) ( (间接端口寻址间接端口寻址) ) 计算机组成原理计算机组成原理 College of Computer Scien