计算机组成原理指令系统软PPT学习教案

1、会计学1计算机组成原理指令系统软计算机组成原理指令系统软成的软件指令，它属于软件；n机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。n指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，它是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。第1页/共36页能上有所差异。同一系列的各机种有共同的指令集而且新推出的机种指令系统一定包含所有旧机种的全部指令,旧机种上运行的各种软件可以不加任何修改便可在新机种上运行，大大减少了软件开发费用。n70年代末期:大多数计算机的指令系统多达几百条。我们称这些计算机为复

2、杂指令系统计算机(CISC)。n但是如此庞大的指令系统难以保证正确性，不易调试维护，造成硬件资源浪费。为此人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机（RISC）。第2页/共36页的，只能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。第3页/共36页比比 较较 内内 容容高高 级级 语语 言言 低低 级级 语语 言言1 1 对程序员的训练要求对程序员的训练要求 (1) (1)通用算法通用算法 有有 有有 (2) (2)语言规则语言规则 较较 少少 较较 多多 (3) (3)硬件知识硬件知识 不不 要要 要要2 2 对机器独立的程度对机器独立的程度 独独 立立 不不 独独 立

3、立3 3 编制程序的难易程度编制程序的难易程度 易易 难难4 4 编制程序所需时间编制程序所需时间 短短 较较 长长5 5 程序执行时间程序执行时间 较较 长长 短短6 6 编译过程中对计算机资源的要求编译过程中对计算机资源的要求 多多 少少第4页/共36页第5页/共36页 操作码字段操作码字段 地址码字段地址码字段第6页/共36页第7页/共36页n(A1)OP(A2)-A3nA1为被操作数地址，也称源操作数地址； A2为操作数地址，也称终点操作数地址； A3为存放结果的地址。 同样，A1,A2,A3可以是内存中的单元地址，也可以是运算器中通用寄存器的地址。第8页/共36页第9页/共36页第1

4、0页/共36页第11页/共36页nn内存按字节编址，所以单字长指令每执行一条指令后，指令地址加。双字长指令或三字长指令每执行一条指令时，指令地址要加2或加3，可见多字长的指令格式不利于提高机器速度。第12页/共36页n4.3.1指令的寻址方式操作数或指令在存储器中的操作数或指令在存储器中的地址地址： 寻址方式寻址方式 ： 指令的寻址方式有两种指令的寻址方式有两种: 1. ; 2. 指令地址和数据地址的形成方式。指令地址和数据地址的形成方式。某个操作数或某条指令存放在某个存储单元时其存储单元的编号。某个操作数或某条指令存放在某个存储单元时其存储单元的编号。第13页/共36页指令地址在内存中按顺序

5、安排，当执行一段程序时，通常是一条指令接一条指令的顺序执行。n从存储器取出第一条指令，然后执行这条指令；接着从存储器取出第二条指令，在执行第二条指令；接着再取出第三条指令这种程序顺序执行的过程，我们称为指令的顺序寻址方式。n为此，必须使用程序计数器（又称指令指针寄存器）PC来计数指令的顺序号，该顺序号就是指令在内存中的地址。第14页/共36页n2.跳跃寻址方式 6跳跃跳跃是为了实现程序的转移。是为了实现程序的转移。所谓所谓跳跃跳跃，是指下条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是，是指下条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令给出。由本条指令给出。跳跃后程序计数器的值修改为当前的跳转地

6、址。跳跃后程序计数器的值修改为当前的跳转地址。第15页/共36页形成操作数的有效地址的方法，称为操作数的寻址方式。形成操作数的有效地址的方法，称为操作数的寻址方式。操作数的寻址方式分类操作数的寻址方式分类：1.隐含寻址隐含寻址：不明显的给出而是隐含着操作数的地址：不明显的给出而是隐含着操作数的地址2.立即寻址立即寻址：指令的：指令的地址字段是操作数本身地址字段是操作数本身。 例如例如：单地址的移位指令格式为：单地址的移位指令格式为：OP(移位移位)FDF为标志位，当为标志位，当F1，操作数进行右移；当，操作数进行右移；当F0时，操作数进行左移。时，操作数进行左移。第16页/共36页在指令格式的

7、地址字段中直接指出操作数在内存的地址D（Disp）。 有效地址（有效地址（E）（）（D）直接地址）直接地址第17页/共36页间接寻址形式地址形式地址D是是操作数地址的指示器操作数地址的指示器D单元的内容单元的内容才是操作数的才是操作数的有效地址有效地址。有效地址有效地址 E （D）间接地址）间接地址第18页/共36页直接寻址和间接寻址的结合直接寻址和间接寻址的结合n间接寻址方式是早期计算机中经常采用的方式，但由于两次访存，影响指令执行速度，现在已不大使用。操作码ID特征位特征位I0，表示直接寻，表示直接寻址，这时有效地址址，这时有效地址ED；I1，表示间接寻址，这，表示间接寻址，这时有效地址时

8、有效地址E（D）。）。第19页/共36页寄存器寻址寄存器寻址：操作数不放在内存中，而放在操作数不放在内存中，而放在CPU的通用寄存器中的通用寄存器中有效地址有效地址 E Reg 寄存器编寄存器编号号指令中给出的操作数地址是通用寄存器的编号指令中给出的操作数地址是通用寄存器的编号寄存器直接寻址寄存器直接寻址：指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操作数在内存中的地址作数在内存中的地址寄存器间接寻址寄存器间接寻址：有效地址有效地址 E (Reg 寄存器编号寄存器编号)第20页/共36页相对寻址优点相对寻址优点：程序员无须用指令的绝对地址编程，所编程序可：程序

9、员无须用指令的绝对地址编程，所编程序可以放在内存任何地方。以放在内存任何地方。有效地址有效地址 E PC + D程序程序计数计数器器形式地址形式地址D通常称通常称为偏移量，其值可为偏移量，其值可正可负，相对于程正可负，相对于程序计数器的值进行序计数器的值进行浮动。浮动。第21页/共36页基址寻址优点：基址寻址优点：可以扩大寻址能力可以扩大寻址能力 有效地址有效地址 E RegA + D基址寄存器基址寄存器A形式地址形式地址D通常称通常称为偏移量，其值可为偏移量，其值可正可负，相对于基正可负，相对于基址寄存器的值进行址寄存器的值进行浮动。浮动。第22页/共36页有效地址有效地址 E RegB +

10、 D变址寄存器变址寄存器B形式地址形式地址D通常称通常称为偏移量，其值可为偏移量，其值可正可负，相对于变正可负，相对于变址寄存器的值进行址寄存器的值进行浮动。浮动。使用变址寻址方式目的：使用变址寻址方式目的：不在于扩大寻址空间，而在于实现程不在于扩大寻址空间，而在于实现程序块的规律性变化。序块的规律性变化。第23页/共36页第24页/共36页其中其中I为间接寻址标志位，为间接寻址标志位，X为寻址模式字段，为寻址模式字段，D为偏移量字段。通过为偏移量字段。通过I，X，D的组合，可构成下表所示的寻址方式。的组合，可构成下表所示的寻址方式。 请写出六种寻址方式的名称。请写出六种寻址方式的名称。解解：

11、 直接寻址直接寻址相对寻址相对寻址变址寻址变址寻址寄存器间接寻址寄存器间接寻址间接寻址间接寻址基址寻址基址寻址第25页/共36页第26页/共36页n解：第一种指令是单字长二地址指令，RR型；第二种指令是双字长二地址指令，RS型，其中S采用基址寻址或变址寻址，R由源寄存器决定；第三种也是双字长二地址指令，RS型，其中R由目标寄存器决定，S由20位地址（直接寻址）决定。n 处理机完成第一种指令所花时间最短，因为是RR型指令，不需要访问存储器。第二种指令所花时间最长，因为是RS型指令，需要访问存储器，同时要进行寻址方式的变换运算（基址或变址），这也需要时间。第二种指令的执行时间不会等于第三种指令，因

12、为第三种指令虽然也访问存储器，但节省了求有效地址运算的时间开销。n 根据已知条件：MOV（OP）001010，STA（OP）011011，LDA（OP）111100,将指令的十六进制格式转换成二进制代码且比较后可知：n（F0F1）H （3CD2）H 指令代表LDA指令，编码正确，其含义是把主存（13CD2）H 地址单元的内容取至15号寄存器。n（2856)H 指令代表MOV指令，编码正确，含义是把6号源寄存器的内容传送至5号目标寄存器。 n（6FD6）H 是单字长指令，一定是MOV指令，但编码错误，可改正为（28D6）Hn（1C2）H 是单字长指令，代表MOV指令，但编码错误，可改正为（28C

13、2）H 。 第27页/共36页n这类指令包括二进制定点加、减、乘、除指令，浮点加、减、乘、除指令，求反、求补指令，算术移位指令，算术比较指令，十进制加、减运算指令等。这类指令主要用于定点或浮点的算术运算，大型机中有向量运算指令，直接对整个向量或矩阵进行求和、求积运算。第28页/共36页据不同结果进行转移，从而改变程序原来执行的顺序。这种转移指令称为条件转移指令。除各种条件转移指令外，还有无条件转移指令、转子程序指令、返回主程序指令、中断返回指令等。 转移指令的转移地址一般采用直接寻址和相对寻址方式来确定。n5.输入输出指令n输入输出指令主要用来启动外围设备，检查测试外围设备的工作状态，并实现外部设备和CPU之间，或外围设备与外围设备之间的信息传送。第29页/共36页多任务的计算机系统中特权指令必不可少。它主要用于系统资源的分配和管理。n8.其他指令n除以上各类指令外，还有状态寄存器置位、复位指令、测试指令、暂停指令，空操作指令，以及其他一些系统控制用的特殊指令。第30页/共36页第31页/共36页第32页/共36页 字段和地址码字段组成。n操作码字段表征指令的操作特性与功能，而地址码字段指示操作数的地址。n目前多采用二地