组成原理指令系统

1、2第四章 指令系统 指令系统的发展与性能要求指令系统的发展与性能要求4.14.1 本章小结本章小结 指令格式指令格式4.24.2 操作数类型操作数类型4.34.34.44.4 指令和数据的寻址方式指令和数据的寻址方式 典型指令典型指令4.54.534.1 4.1 指令系统的发展与性能要求指令系统的发展与性能要求计算机的计算机的程序程序是由一系列的指令组成的。是由一系列的指令组成的。指令指令: : 就是要计算机执行某种操作的命令。就是要计算机执行某种操作的命令。 从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令微指令、机器指令机器指令和和宏指令宏指令之分

2、。之分。v微指令微指令：微程序级的命令，它属于硬件；：微程序级的命令，它属于硬件；v宏指令宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；属于软件；v机器指令机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，（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。每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。 4.1.1 4.1.1 指令系统的发展指令系统的发展4指令系统指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，：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

3、机器的硬件结构，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，影响到机器的适用也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。范围。计算机指令的发展过程：计算机指令的发展过程： 5050年代：年代： 6060年代后期：年代后期： 7070年代末期：年代末期：4.1 4.1 指令系统的发展与性能要求指令系统的发展与性能要求54.1.2 4.1.2 对指令系统性能的要求对指令系统性能的要求一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求：一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求：v完备性完备性v有效性有效性v规整性规整性v兼容性兼容性4.1 4.1 指令系统的发展与性能要求指令系统的发展与性能要

4、求6计算机语言具有高级语言和低级语言之分。计算机语言具有高级语言和低级语言之分。高级语言高级语言 如如C C，FORTRANFORTRAN等，其语句和用等，其语句和用法与具体机器的指令系统无关。法与具体机器的指令系统无关。低级语言低级语言 分分机器语言机器语言（二进制语言）和（二进制语言）和汇编语言汇编语言（符号语言）。（符号语言）。 4.1 4.1 指令系统的发展与性能要求指令系统的发展与性能要求4.1.3 4.1.3 低级语言与硬件结构的关系低级语言与硬件结构的关系74.2 4.2 指令格式指令格式指令操作码指令操作码与地址码与地址码指令格式指令格式指令字长和指令字长和操作码扩展操作码扩展

5、84.2 4.2 指令格式指令格式机器指令是用二进制机器字来表示的，表示机器指令是用二进制机器字来表示的，表示一条指令的机器字，就称为指令字。一条指令的机器字，就称为指令字。指令是由操作码和地址码两部分组成的指令是由操作码和地址码两部分组成的: :操作码字段（操作码字段（OPOP）地址码字段（地址码字段（A A）操作码字段操作码字段: 表征指令的操作特性与功能；表征指令的操作特性与功能；地址码字段地址码字段: 通常指定参与操作的操作数的地址。通常指定参与操作的操作数的地址。94.2.1 4.2.1 操作码操作码v操作码：操作码：用来指明该指令所要完成的操作，用来指明该指令所要完成的操作，如加法

6、、减法、传送、移位、转移等等。如加法、减法、传送、移位、转移等等。 位数反映了机器的操作种类，也即机器位数反映了机器的操作种类，也即机器允许的指令条数，如果操作码有允许的指令条数，如果操作码有n n位二进位二进制数制数, ,则最多可表示则最多可表示2 2n n种指令。种指令。10v操作码长度固定：将操作码集中放在指令字的一个操作码长度固定：将操作码集中放在指令字的一个字段内。字段内。 这种格式便于硬件设计，指令译码时间短，广泛这种格式便于硬件设计，指令译码时间短，广泛应用于字长较长的、大中型计算机和超级小型计应用于字长较长的、大中型计算机和超级小型计算机以及算机以及RISCRISC中。如中。如

7、IBM370IBM370和和VAX-11VAX-11系列机，操系列机，操作码长度均为作码长度均为8 8位。位。v操作码长度不固定：指令操作码分散在指令字的不操作码长度不固定：指令操作码分散在指令字的不同字段中。同字段中。 这种格式可有效地压缩操作码的平均长度，在字这种格式可有效地压缩操作码的平均长度，在字长较短的微机中被广泛采用。如长较短的微机中被广泛采用。如Intel8086/80386Intel8086/80386等。等。4.2.1 4.2.1 操作码操作码11v地址码：地址码：用来寻找运算所需要的操作数用来寻找运算所需要的操作数（源操作数和目的操作数）。（源操作数和目的操作数）。地址码包

8、括：源操作数地址、目的操地址码包括：源操作数地址、目的操作数地址和下一条指令的地址。作数地址和下一条指令的地址。 地址含义：主存的地址、寄存器地址地址含义：主存的地址、寄存器地址或者或者I/OI/O设备地址。设备地址。4.2.2 4.2.2 地址码地址码12(1) 四地址四地址(2) 三地址三地址OP A1 A2 A3 A48 6 6 6 6A1 第一操作数地址第一操作数地址A2 第二操作数地址第二操作数地址A3 结果的地址结果的地址A4 下一条指令地址下一条指令地址若若 PC 代替代替 A4(A1) OP (A2) A38 8 8 8 OP A1 A2 A3(A1) OP (A2) A34

9、次访存次访存4 次访存次访存寻址范围寻址范围 26 = 64寻址范围寻址范围 28 = 256若若 A3 用用 A1 或或 A2 代替代替设指令字长为设指令字长为 32 位位操作码固定为操作码固定为 8 位位4.2.2 4.2.2 地址码地址码13(3) 二地址二地址OP A1 A28 12 12(A1) OP (A2) A1(A1) OP (A2) A2或或4 次访存次访存若若ACC 代替代替 A1（或（或A2）若结果存于若结果存于 ACC (4) 一地址一地址(5) 零地址零地址OP A18 24无地址码无地址码(ACC) OP (A1) ACC2 次访存次访存寻址范围寻址范围 212 =

10、 4 K寻址范围寻址范围 224 = 16 M 3次访存次访存4.2.2 4.2.2 地址码地址码14小结小结 当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后 当指令的地址字段为寄存器时当指令的地址字段为寄存器时 可扩大指令的寻址范围可扩大指令的寻址范围 可缩短指令字长可缩短指令字长 可减少访存次数可减少访存次数 三地址三地址 OP R1, R2, R3 二地址二地址 OP R1, R2 一地址一地址 OP R1 指令执行阶段不访存指令执行阶段不访存 可缩短指令字长可缩短指令字长154.2.2 地址码二地址指令格式中，从操作数的物理位置二地址指令格式中，从

11、操作数的物理位置来说，又可归结为如下三种类型：来说，又可归结为如下三种类型：v 存储器存储器- -存储器（存储器（SSSS）型指令）型指令 v 寄存器寄存器- -寄存器（寄存器（RRRR）型指令）型指令 v 寄存器寄存器- -存储器（存储器（RSRS）型指令）型指令 164.2.3 4.2.3 指令字长度指令字长度v指令指令字长度字长度：一条指令中所包含的二进制码的位数。：一条指令中所包含的二进制码的位数。它主要取决于操作码的长度、操作数地址的长度和操它主要取决于操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。不同机器的指令字长是不相同的。作数地址的个数。不同机器的指令字长是不相同的。v机器

12、字长机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，：计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。它决定了计算机的运算精度。 单字长指令：指令长度等于机器字长度；单字长指令：指令长度等于机器字长度； 半字长指令：指令长度等于半个机器字长度的指令；半字长指令：指令长度等于半个机器字长度的指令； 双字长指令：指令长度等于两个机器字长度的指令。双字长指令：指令长度等于两个机器字长度的指令。17v由于计算机硬件只能识别由于计算机硬件只能识别1 1和和0 0，所以必须采用，所以必须采用二进制操作码作为机器码。但是我们用二进制二进制操作码作为机器码。但是我们用二进制数来直接书写程序却非常麻

13、烦。数来直接书写程序却非常麻烦。v 为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3 3个或个或4 4个英文缩写字母来表示。这种缩写字符个英文缩写字母来表示。这种缩写字符叫做叫做指令助记符指令助记符。v需要注意的是需要注意的是：在不同的计算机中，指令助记在不同的计算机中，指令助记符的规定是不一样的。符的规定是不一样的。4.2.4 4.2.4 指令助记符指令助记符184.2.5 4.2.5 指令格式举例指令格式举例八位微型计算机的指令格式八位微型计算机的指令格式v 8 8位微型机字长只有位微型机字长只有8 8位，指令结构常采用可位，指令结构常采用可变字长形式，包含单

14、字长、双字长、三字长变字长形式，包含单字长、双字长、三字长指令等多种。指令等多种。操作码操作码 操作码操作码 操作数地址操作数地址 操作码操作码 操作数地址操作数地址1 1 操作数地址操作数地址2 2 单字长指令单字长指令 双字长指令双字长指令 三字长指令三字长指令 194.3 操作数类型v按照指令处理的操作数存放位置分： 存储器类型：存储器类型：操作数存放在主存中，操作数存放在主存中，A A为其地址信息为其地址信息 寄存器类型：寄存器类型：操作数存放在操作数存放在CPUCPU的通用寄存器中，的通用寄存器中，A A为为寄存器号寄存器号 立即数类型：立即数类型：操作数存放在指令（地址字段）中操作

15、数存放在指令（地址字段）中v按照指令处理的操作数性质分： 地址（地址（addressesaddresses）：）：存储器地址，是无符号整数。存储器地址，是无符号整数。 数字（数字（numbersnumbers）：）：整数、浮点数、十进制数。整数、浮点数、十进制数。 字符（字符（characterscharacters）：）：ASCIIASCII码。码。 逻辑数据：逻辑数据：真假两种状态。真假两种状态。20寻址方式寻址方式 确定确定 本条指令本条指令 的的 操作数地址操作数地址下一条下一条 欲执行欲执行 指令指令 的的 指令地址指令地址指令寻址指令寻址数据寻址数据寻址寻址方式寻址方式4.4 4.

16、4 指令和数据的寻址方式指令和数据的寻址方式214.4.1 指令寻址1、顺序寻址方式 控制器中控制器中使用程序计数器使用程序计数器PCPC来指示指令在内存中来指示指令在内存中的地址的地址。在程序顺序执行时，指令的地址码由。在程序顺序执行时，指令的地址码由PCPC自加自加1 1得出。得出。 指令在内存中按顺序存放，当顺序执行一段程序指令在内存中按顺序存放，当顺序执行一段程序时，时，根据根据PCPC从存储器取出当前指令，从存储器取出当前指令， PCPC自动自动1 1，然后执行这条指令然后执行这条指令；接着又根据；接着又根据PCPC指示从存储器指示从存储器取出下一条指令，取出下一条指令， PCPC自

17、动自动1 1， 执行执行。由由PC指出程序在指出程序在内存中的地址。内存中的地址。设机器字长为16位，存储器按字/字节编址，对单字长指令，读取该指令后，PC值自动加？224.4.1 指令寻址2、跳跃寻址方式 当程序执行转移指令时，程序不再顺序执行，而当程序执行转移指令时，程序不再顺序执行，而是跳转到另一个地址去执行，此时，是跳转到另一个地址去执行，此时，由该条转移由该条转移指令的地址码字段可以得到新指令地址，然后将指令的地址码字段可以得到新指令地址，然后将其置入其置入PCPC中。中。234.4.1 指令寻址LDA 1000ADD 1001DEC 1200JMP 7LDA 2000SUB 200

18、1INCSTA 2500LDA 1100.0123456789PC+1指令地址寻址方式指令地址寻址方式指令地址指令地址指令指令顺序寻址顺序寻址1顺序寻址顺序寻址2顺序寻址顺序寻址3跳跃寻址跳跃寻址7顺序寻址顺序寻址8244.4.2 操作数基本寻址方式v指令的地址码字段，通常都不代表操作数的指令的地址码字段，通常都不代表操作数的真实地址，把它称作形式地址，记为真实地址，把它称作形式地址，记为A A。操作。操作数的真实地址称为有效地址，记作数的真实地址称为有效地址，记作EAEA，它是，它是由寻址方式和形式地址共同来确定的。由寻址方式和形式地址共同来确定的。 形式地址形式地址 指令字中的地址指令字中

19、的地址 有效地址有效地址 操作数的真实地址操作数的真实地址 约定约定 指令字长指令字长 = 存储字长存储字长 = 机器字长机器字长形式地址形式地址 A操作码操作码寻址特征寻址特征25操作数地址隐含在操作码中操作数地址隐含在操作码中ADDA操作数操作数主存主存寻址特征寻址特征AACC暂存暂存ALU另一个操作数另一个操作数隐含在隐含在 ACC 中中如如 8086MUL 指令指令被乘数隐含在被乘数隐含在 AX（16位）或位）或 AL（8位）中位）中MOVS 指令指令源操作数的地址隐含在源操作数的地址隐含在 SI 中中目的操作数的地址隐含在目的操作数的地址隐含在 DI 中中 指令字中少了一个地址字段，

20、可缩短指令字长指令字中少了一个地址字段，可缩短指令字长操作数寻址方式隐含寻址26 指令执行阶段不访存指令执行阶段不访存 A 的位数限制了立即数的范围的位数限制了立即数的范围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 补码补码形式地址形式地址 A 就是操作数就是操作数例：指令例：指令 MOV AX,100HMOV AX,100H其中其中100H100H就是操作数本身，而不是地址。就是操作数本身，而不是地址。操作数寻址方式立即寻址27EA = A操作数操作数主存主存寻址特征寻址特征LDAAAACC 执行阶段访问一次存储器执行阶段访问一次存储器 A 的位数决定了该指令操作数的

21、寻址范围的位数决定了该指令操作数的寻址范围 操作数的地址不易修改（必须修改操作数的地址不易修改（必须修改A）有效地址由形式地址直接给出有效地址由形式地址直接给出操作数寻址方式直接寻址28EA =（A） 有效地址由形式地址间接提供有效地址由形式地址间接提供OPA寻址特征寻址特征AEA主存主存EAA1EA A1主存主存 EA10 执行指令阶段执行指令阶段 2 次访存次访存 可扩大寻址范围可扩大寻址范围OPA寻址特征寻址特征A一次间址一次间址多次间址多次间址操作数操作数操作数操作数多次访存多次访存操作数寻址方式间接寻址29EA = Ri 执行阶段不访存，只访问寄存器，执行速度快执行阶段不访存，只访问

22、寄存器，执行速度快OPRi寻址特征寻址特征 寄存器个数有限，可缩短指令字长寄存器个数有限，可缩短指令字长操作数操作数R0RiRn寄存器寄存器有效地址即为寄存器编号有效地址即为寄存器编号操作数寻址方式寄存器寻址30EA = ( Ri ) 有效地址在寄存器中，有效地址在寄存器中， 操作数在存储器中，执行阶段访存操作数在存储器中，执行阶段访存操作数操作数主存主存OPRi寻址特征寻址特征 便于编制循环程序便于编制循环程序地址地址R0RiRn寄存器寄存器有效地址在寄存器中有效地址在寄存器中操作数寻址方式寄存器间接寻址31 EA = ( PC ) + AA 是相对于当前指令的位移量（可正可负，补码）是相对

23、于当前指令的位移量（可正可负，补码） A 的位数决定操作数的寻址范围的位数决定操作数的寻址范围 程序浮动程序浮动 广泛用于转移指令广泛用于转移指令操作数操作数寻址特征寻址特征ALUOPA相对距离相对距离 A1000PC 主存主存1000AOP操作数寻址方式相对寻址32按字节寻址的相对寻址举例OP位移量位移量2000 H2008 H8JMP * + 8OP06 H2000 H2008 H8设设 当前指令地址当前指令地址 PC = 2000H转移后的目的地址为转移后的目的地址为 2008H因为因为 取出取出 JMP * + 8 后后 PC = 2002H二字节指令二字节指令故故 JMP * + 8

24、 指令指令 的第二字节为的第二字节为 2008H - 2002H = 06H33(1) 采用专用寄存器作基址寄存器采用专用寄存器作基址寄存器EA = ( BR ) + ABR 为基址寄存器为基址寄存器OPA操作数操作数主存主存寻址特征寻址特征ALUBR 可扩大寻址范围可扩大寻址范围 有利于多道程序有利于多道程序 BR 内容由操作系统或管理程序确定内容由操作系统或管理程序确定 在程序的执行过程中在程序的执行过程中 BR 内容不变，形式地址内容不变，形式地址 A 可变可变操作数寻址方式基址寻址34(2) 采用通用寄存器作基址寄存器采用通用寄存器作基址寄存器操作数操作数主存主存寻址特征寻址特征ALU

25、OPR0AR0 作基址寄存器作基址寄存器 由用户指定哪个通用寄存器作为基址寄存器由用户指定哪个通用寄存器作为基址寄存器通用寄存器通用寄存器R0Rn-1R1 基址寄存器的内容由操作系统确定基址寄存器的内容由操作系统确定 在程序的执行过程中在程序的执行过程中 R0 内容不变，形式地址内容不变，形式地址 A 可变可变操作数寻址方式基址寻址35EA = ( IX ) +AOPA操作数操作数主存主存寻址特征寻址特征ALUIX 可扩大寻址范围可扩大寻址范围 便于处理数组问题便于处理数组问题 IX 的内容由用户给定的内容由用户给定 IX 为变址寄存器（专用）为变址寄存器（专用） 在程序的执行过程中在程序的执

26、行过程中 IX 内容可变，形式地址内容可变，形式地址 A 不变不变通用寄存器也可以作为变址寄存器通用寄存器也可以作为变址寄存器操作数寻址方式变址寻址36很多微型机中采用了段寻址方式，用于扩大寻址很多微型机中采用了段寻址方式，用于扩大寻址空间。空间。 例如：例如： 如何在如何在1616位机中形成位机中形成2020位的地址位的地址，从从而获得而获得1M1M存储存储 空间的直接寻址能力？空间的直接寻址能力？ 实现方法实现方法 ： 将整个将整个1M1M空间存储器以空间存储器以64K64K为单位划分成若为单位划分成若干段。在寻址一个具体的内存单元时，由一个干段。在寻址一个具体的内存单元时，由一个基地址（

27、段号）再加上某些寄存器提供的基地址（段号）再加上某些寄存器提供的1616位位偏移量来形成实际的偏移量来形成实际的2020位物理地址。这个基地位物理地址。这个基地址就是址就是CPUCPU中的中的段寄存器段寄存器。操作数寻址方式段寻址37操作数寻址方式段寻址338(1) 堆栈的特点堆栈的特点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先进后出（一个入出口）（一个入出口） 栈顶地址栈顶地址 由由 SP 指出指出 11FFFH +12000 H进栈进栈 （SP） 1 SP出栈出栈 （SP）+ 1 SP栈顶栈顶栈底栈底2000 HSP2000 H1FFF HS

28、P1FFFH栈顶栈顶栈底栈底进栈进栈出栈出栈 1FFF H栈顶栈顶 2000 H栈顶栈顶操作数寻址方式堆栈寻址3915200HACCSPX栈顶栈顶200H栈底栈底主存主存151FFHACCSP15栈顶栈顶200H栈底栈底主存主存X1FFHPUSH A 前前PUSH A 后后POP A 前前POP A 后后Y1FFHACCSPX栈顶栈顶200H栈底栈底主存主存151FFH15200HACCSP栈顶栈顶200H栈底栈底主存主存X15操作数寻址方式堆栈寻址40SP 的修改与主存编址方法有关的修改与主存编址方法有关 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

29、字节 编址编址字长字长 16 位位进栈进栈出栈出栈（SP） 2 SP（SP）+ 2 SP字长字长 32 位位进栈进栈出栈出栈（SP） 4 SP（SP）+ 4 SP操作数寻址方式堆栈寻址41指令系统例题指令系统例题例例3 3：某机主存容量为：某机主存容量为4M4M* *1616位，存储字长等于指令字长，位，存储字长等于指令字长，若该机指令系统能完成若该机指令系统能完成9797种操作，操作码位数固定，种操作，操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式。问：寻址方式。问：1 1、画出一地址指令格式并指出各字段的作用、画出一地址

30、指令格式并指出各字段的作用2 2、该指令直接寻址的最大范围、该指令直接寻址的最大范围3 3、一次间址和多次间址的寻址范围、一次间址和多次间址的寻址范围4 4、立即数的范围（十进制表示）、立即数的范围（十进制表示）5 5、相对寻址的位移量（十进制表示）、相对寻址的位移量（十进制表示）6 6、上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪、上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪一种最长？一种最长？7 7、如何修改指令格式，使指令的直接寻址范围可扩大、如何修改指令格式，使指令的直接寻址范围可扩大到到4M4M？42指令系统例题指令系统例题例例4 4：设某机存储字长、指令字长和机器字长均相等，该机：

31、设某机存储字长、指令字长和机器字长均相等，该机的指令格式如下：的指令格式如下：其中，其中，A A为形式地址，补码表示（包括一位符号位）；为形式地址，补码表示（包括一位符号位）；M M为寻址模式，为寻址模式，M=0M=0立即寻址；立即寻址；M=1M=1直接寻址（此时直接寻址（此时A A视为无符号数）；视为无符号数）；M=2M=2间接寻址（此时间接寻址（此时A A视为无符号数）；视为无符号数）；M=3M=3变址寻址（变址寄存器为变址寻址（变址寄存器为R RX X）；）；M=4M=4相对寻址。相对寻址。（1 1）该指令格式能定义多少种不同的操作？立即寻址操作）该指令格式能定义多少种不同的操作？立即寻

32、址操作数的范围是多少？数的范围是多少？（2 2）写出各种寻址模式计算有效地址的表达式？）写出各种寻址模式计算有效地址的表达式？（3 3）当）当M=1M=1、2 2、4 4时，能访问的最大主存空间为多少机器字时，能访问的最大主存空间为多少机器字（主存容量为（主存容量为64K64K）？）？ AOP M53843指令系统例题指令系统例题例例5 5：设某机配有基址寄存器和变址寄存器，采用一：设某机配有基址寄存器和变址寄存器，采用一地址格式的指令系统，允许直接和间接寻址，且地址格式的指令系统，允许直接和间接寻址，且指令字长、机器字长和存储字长均为指令字长、机器字长和存储字长均为1616位。位。（1 1）

33、若采用单字长指令，功能完成）若采用单字长指令，功能完成105105种操作，则种操作，则指令可直接寻址的范围是多少？一次间接寻址的指令可直接寻址的范围是多少？一次间接寻址的寻址范围是多少？画出其指令格式并说明个字段寻址范围是多少？画出其指令格式并说明个字段的含义？的含义？（2 2）若存储字长不变，可采用什么方法直接访问容）若存储字长不变，可采用什么方法直接访问容量为量为16MB16MB的主存？的主存？44指令系统例题指令系统例题例例6 6：设某机指令系统能完成：设某机指令系统能完成5050种操作，采用相对寻种操作，采用相对寻址、直接和间接寻址，且指令字长、机器字长和址、直接和间接寻址，且指令字长

34、、机器字长和存储字长均为存储字长均为1616位。位。（1 1）指令格式如何确定？各种寻址方式的有效地址）指令格式如何确定？各种寻址方式的有效地址如何形成？如何形成？ （2 2）能否增加其他的寻址方法？）能否增加其他的寻址方法？45指令系统例题指令系统例题例例7 7：设某机存储容量为：设某机存储容量为64K64K* *1616位，该机访存指令格式如位，该机访存指令格式如下：下：其中其中M M寻址模式：寻址模式：0 0为直接寻址，为直接寻址，1 1为基址寻址，为基址寻址，2 2为相对寻为相对寻址，址，3 3为立即寻址，为立即寻址，I I为间址特征（为间址特征（I=1I=1间址），间址），X X为变

35、址为变址特征（特征（X=1X=1变址）。变址）。（1 1）该指令能定义多少种操作？）该指令能定义多少种操作？（2 2）立即寻址操作数的范围。）立即寻址操作数的范围。（3 3）在非间址情况下，除立即寻址外，写出每种寻址方）在非间址情况下，除立即寻址外，写出每种寻址方式计算有效地址的表达式。式计算有效地址的表达式。（4 4）间址寻址时，寻址范围是多少？若允许多重间址，）间址寻址时，寻址范围是多少？若允许多重间址，寻址范围又是多少？寻址范围又是多少？OP 4OP 4M 2M 2I 1I 1X 1X 1A 8A 846指令系统例题指令系统例题例例8 8：某机使用的指令格式和寻址方式如图，该机有：某机使

36、用的指令格式和寻址方式如图，该机有1616个个1616位的位的通用寄存器，并可选定任一个通用寄存器作为变址寄存器。源通用寄存器，并可选定任一个通用寄存器作为变址寄存器。源和目标都是通用寄存器，和目标都是通用寄存器，M M是主存中一个单元。是主存中一个单元。(1)CPU(1)CPU完成哪一种操作花的时间最短？为什么？完成哪一种操作花的时间最短？为什么？（2 2）CPUCPU完成哪一种操作花的时间最长？为什么？完成哪一种操作花的时间最长？为什么？（3 3）第二种指令的执行时间有时会等于第三种指令的执行时间）第二种指令的执行时间有时会等于第三种指令的执行时间吗？为什么？吗？为什么？（4 4）哪一种指令操作数的寻址范围最大？为什么？）哪一种指令操作数的寻址范围最