《微型机指令系统》课件

微型机指令系统微型机指令系统是微型机的重要组成部分，它定义了微型机能执行的指令集，决定了微型机的功能和性能。by引言背景介绍微型机指令系统是计算机体系结构的核心，它定义了计算机如何执行指令，是计算机硬件和软件的桥梁。学习目的了解微型机指令系统的基本概念，掌握指令格式、指令类型、指令执行过程等知识，为后续的编程和系统设计奠定基础。1.1微型机的发展历程11940s第一台电子计算机诞生，标志着计算机时代的开始。21970s微型机开始出现，小型化、低成本的特性使其迅速普及。31980s个人计算机(PC)兴起，微型机进入大众生活，推动了信息技术的发展。41990s互联网的普及，微型机成为信息交流的重要工具。52000s至今移动设备的兴起，微型机发展进入新的阶段，功能更加强大，应用领域更加广泛。1.2什么是指令系统指令集微处理器能够理解和执行的指令的完整集合。机器语言计算机能够直接理解和执行的二进制代码，指令系统的基础。指令格式指令的结构，包括操作码、地址码和操作数。指令类型各种类型的指令，例如数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移等。1.3指令系统的重要性1微处理器指令系统是微处理器理解和执行指令的语言。2软件指令系统为软件开发提供了基础，使程序员能够编写和执行程序。3性能指令系统的复杂性和效率直接影响微处理器的性能。指令格式指令格式是计算机理解和执行指令的关键，它规定了指令的组成结构、各个部分的含义和排列顺序。2.1指令的基本结构操作码指示CPU要执行的操作类型，例如加法、减法、数据传送等地址码指定操作数在内存中的地址，或直接给出操作数的值2.2操作码指令的核心操作码是指令中最关键的部分，它指示CPU要执行什么操作。二进制表示操作码通常用二进制数表示，每个操作码对应一个特定的操作。2.3地址码1操作数地址指示操作数在内存或寄存器中的位置.2直接地址地址码直接包含操作数的地址.3间接地址地址码指向包含操作数地址的内存单元.4寄存器间接地址地址码指向寄存器，寄存器中存放操作数的地址.2.4立即数概念立即数是在指令中直接给出操作数，而不是存储在内存中。特点无需寻址，直接参与运算，提高指令执行速度。指令类型微型机指令类型丰富多样，根据功能可分为数据传送指令、算数运算指令、逻辑运算指令、控制转移指令等。3.1数据传送指令MOV将数据从一个位置传送到另一个位置。PUSH将数据压入堆栈。POP将数据弹出堆栈。XCHG交换两个操作数的值。3.2算数运算指令加法将两个操作数相加，结果存入目的操作数。减法从一个操作数中减去另一个操作数，结果存入目的操作数。乘法将两个操作数相乘，结果存入目的操作数。除法将一个操作数除以另一个操作数，结果存入目的操作数。3.3逻辑运算指令与运算当所有输入都为真时，输出才为真。或运算当至少一个输入为真时，输出为真。异或运算当输入不同时，输出为真；相同则为假。3.4控制转移指令改变程序执行顺序。跳转到指定地址继续执行。根据条件判断是否跳转。指令执行过程取指令从内存中取出指令并存入指令寄存器。指令译码将指令分解为操作码和地址码。操作执行根据操作码执行相应的操作。结果存储将操作结果存入指定的寄存器或内存单元。4.1取指令CPU读取CPU从内存中读取指令的地址，并将其加载到指令寄存器。指令寄存器指令寄存器存储当前正在执行的指令，以便CPU进行解码和执行。4.2指令译码1指令识别根据操作码确定指令类型。2地址解析确定操作数的地址。3微操作生成生成执行指令所需的一系列微操作。4.3操作执行1执行运算ALU执行算术、逻辑运算2访问存储器读取或写入数据3控制单元协调操作执行4.4结果存储1寄存器将结果存储在通用寄存器中，方便后续指令的访问。2内存将结果写入内存单元，用于保存中间结果或最终结果。3外部设备将结果输出到外部设备，如显示器、打印机等。5.RISC和CISC架构RISC的特点指令集简单，指令长度固定，指令执行速度快，硬件实现成本低。CISC的特点指令集复杂，指令长度不固定，指令执行速度慢，硬件实现成本高。RISC的特点指令集精简指令数量少，指令格式简单，每个指令执行时间短。寻址方式简单主要采用寄存器寻址，减少指令译码和寻址时间。流水线技术采用流水线技术，提高指令执行效率。CISC的特点指令集复杂包含大量指令，功能多样，涵盖各种操作。指令长度不固定不同指令占用不同字节数，增加了指令解码的复杂度。寻址方式多样支持多种寻址方式，提高了编程的灵活性。二者的比较与选择RISC简单指令集，执行速度快，功耗低。适合嵌入式系统、移动设备等资源受限的场景。CISC复杂指令集，指令功能强大，编程效率高。适合通用计算机、大型服务器等需要高性能的场景。指令系统设计实例通过深入了解两个经典的指令系统，可以更好地理解指令系统设计的基本原则和实际应用。6.18086微处理器指令系统1指令集8086指令集包含各种指令，用于数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移等操作。2寻址模式支持多种寻址模式，包括立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址等。3指令格式指令格式包含操作码、地址码和立即数，用于指示操作类型、操作数地址和操作数的值。6.2ARM7TDMI指令系统指令集架构ARM7TDMI采用精简指令集(RISC)架构，指令格式简洁，执行效率高。指令类型包括数据处理、数据传输、程序控制、状态管理等类型指令。寻址方式支持多种寻址方式，如寄存器直接寻址、立即数寻址、寄存器间接寻址等。总结本课程介绍了微型机指令系统的基础知识，包括指令格式、指令类型、指令执行过程、RISC/CISC架构等内容，并以8086和ARM7TDMI为例进行分析。指令系统的发展趋势1指令集架构的演进RISC架构逐渐流行，更简洁高效，但CISC架构仍然在特定领域应用广泛。2多核处理器的普及多核处理器带来的挑战，需要更有效地利