白中英第五版計算機組成原理第4章

1、計算機組成原理計算機組成原理&4.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求&4.2 指令格式&4.3 操作數(shù)類型 &4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式&4.5 典型指令第4章 指令系統(tǒng)計算機組成原理計算機組成原理4.14.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求 l4.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展l4.1.2 對指令系統(tǒng)性能的要求l4.1.3 低級語言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系計算機組成原理計算機組成原理4.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展l指令：指令：就是要計算機執(zhí)行某種操作的命令。從計算就是要計算機執(zhí)行某種操作的命令。從計算機組成的層次結(jié)構(gòu)來說，計算機的指令有微指令、機組成的層次結(jié)構(gòu)來說，計算機的指令有微指令、機器指令和

2、宏指令之分。機器指令和宏指令之分。微指令：微指令：微程序級的命令，它屬于硬件；微程序級的命令，它屬于硬件；機器指令：機器指令：簡稱指令，計算機可直接理解并執(zhí)行。本章所簡稱指令，計算機可直接理解并執(zhí)行。本章所討論的指令，是機器指令。討論的指令，是機器指令。宏指令：宏指令：由若干條機器指令組成的軟件指令，它屬于軟件；由若干條機器指令組成的軟件指令，它屬于軟件；l指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)：一臺計算機中所有機器指令的集合。一臺計算機中所有機器指令的集合。 4.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展時間時間特點特點5050年代年代指令系統(tǒng)只有定點加減、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、指令系統(tǒng)只有定點加減、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移等十幾至

3、幾十條指令轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令6060年代后期年代后期 指令數(shù)目達一二百條，增加了乘除運算、浮點指令數(shù)目達一二百條，增加了乘除運算、浮點運算、十進制運算、字符串處理等指令；運算、十進制運算、字符串處理等指令； 尋址方式趨多樣化；尋址方式趨多樣化； 出現(xiàn)出現(xiàn)系列計算機系列計算機。（基本指令系統(tǒng)相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同）（基本指令系統(tǒng)相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同）7070年代末期年代末期 大多數(shù)計算機的指令系統(tǒng)多達幾百條，稱之為大多數(shù)計算機的指令系統(tǒng)多達幾百條，稱之為復(fù)雜指令系統(tǒng)復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機計算機(CISC)； 又提出了精簡指令系統(tǒng)計算機（又提出了精簡指令系統(tǒng)計算機（RISC）。）。計算機組成原理

4、計算機組成原理4.1.2對指令系統(tǒng)性能的要求 l完善的計算機的指令系統(tǒng)應(yīng)具備：完善的計算機的指令系統(tǒng)應(yīng)具備：1 1、完備性：完備性：完備性要求指令系統(tǒng)豐富、功能齊全、使用方便。完備性要求指令系統(tǒng)豐富、功能齊全、使用方便。 2 2、有效性：有效性：指利用該指令系統(tǒng)所提供的指令編制的程序能夠產(chǎn)生高效率。指利用該指令系統(tǒng)所提供的指令編制的程序能夠產(chǎn)生高效率。高效率即占用存儲空間小、執(zhí)行速度快。高效率即占用存儲空間小、執(zhí)行速度快。3 3、規(guī)整性：規(guī)整性：指令系統(tǒng)的對稱性、勻齊性、指令格式與數(shù)據(jù)格式的一致性。指令系統(tǒng)的對稱性、勻齊性、指令格式與數(shù)據(jù)格式的一致性。 （1 1）對稱性：）對稱性：在指令系統(tǒng)中

5、，所有寄存器和存儲單元都可同等對待。在指令系統(tǒng)中，所有寄存器和存儲單元都可同等對待。 （2 2）勻齊性：）勻齊性：是指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型。是指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型。 （3 3）指令的格式與數(shù)據(jù)格式的一致性：）指令的格式與數(shù)據(jù)格式的一致性：指令長度與數(shù)據(jù)長度有一定關(guān)系，指令長度與數(shù)據(jù)長度有一定關(guān)系，以方便存取和處理。以方便存取和處理。4 4、兼容性：兼容性：是指計算機的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計基本相同，機器之間具有相同的是指計算機的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計基本相同，機器之間具有相同的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示和共同的基本指令集合。基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示和共同的基本指令集合。計算機組成原理計算機

6、組成原理4.1.3低級語言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系l計算機語言具有計算機語言具有高級語言高級語言和和低級語言低級語言之分。之分。低級語言低級語言機器語言（二進制語言）、匯編語言（符號語言）；面向機器編寫，不可移植；可最大程度挖掘機器功能。高級語言（算法語言）高級語言（算法語言）C、Fortran、Java、Pascal等；方便描述求解過程，執(zhí)行性能依賴編譯程序；與指令系統(tǒng)無關(guān)，故可移植。計算機組成原理計算機組成原理表表4.1 4.1 高級語言與低級語言的性能比較高級語言與低級語言的性能比較比較內(nèi)容高級語言低級語言1對程序員的訓(xùn)練要求(1)通用算法(2)語言規(guī)則(3)硬件知識有較少不要有較多要2對機器獨

7、立的程度獨立不獨立3編制程序的難易程度易難4編制程序所需時間短較長5程序執(zhí)行時間較長短6編譯過程中對計算機資源的要求多少計算機組成原理計算機組成原理4.2 指令格式 l4.2.1 操作碼l4.2.2 地址碼l4.2.3 指令字長度l4.2.4 指令助記符l4.2.5 指令格式舉例 指令格式即指令字用二進制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式，指令格式即指令字用二進制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式，由操作碼字段和地址碼字段組成。由操作碼字段和地址碼字段組成。 操作碼字段 OP地址碼字段 A表征指令的操作表征指令的操作特性與功能特性與功能 指定參與操作的指定參與操作的操作數(shù)的地址操作數(shù)的地址 計算機組成原理計算機組成原理4.2

8、.1 操作碼 操作碼是指明指令操作性質(zhì)的命令碼。它提操作碼是指明指令操作性質(zhì)的命令碼。它提供指令的操作控制信息。供指令的操作控制信息。例，加法、減法、乘法、取數(shù)、存數(shù)等。 一般來說，一個一般來說，一個n n位的操作碼最多能表示位的操作碼最多能表示2 2n n條條指令。指令。計算機組成原理計算機組成原理4.2.2 地址碼操作碼操作碼A1A1A2A2A3A3操作碼操作碼A1A1A2A2操作碼操作碼A A操作碼操作碼三地址指令三地址指令 二地址指令二地址指令 單地址指令單地址指令 零地址指令零地址指令 計算機組成原理計算機組成原理1 1零地址指令零地址指令l零地址指令中只有操作碼而無地址碼，其指令格

9、式為：l 不需操作數(shù)的控制型指令，如HALT、WAIT等。OP計算機組成原理計算機組成原理2. 2. 一地址指令（單地址指令）一地址指令（單地址指令）l一地址指令的格式為：lA可以是存儲器地址，也可是寄存器地址。l一地址指令有兩種情況l 單操作數(shù)指令：如INC、DEC等，只需一個操作數(shù)，其功能為：OP(A)A。l 雙操作數(shù)指令：另一個操作數(shù)通常采用隱含尋址的方法，將操作數(shù)隱含在約定的累加器AC中，其指令功能為：(AC)OP(A)AC。l一地址指令長度短，指令執(zhí)行速度快對于字長較短的微、小型機，是一種常用的指令格式。OPA計算機組成原理計算機組成原理3 3二地址指令二地址指令l二地址指令的格式為

10、：l l二地址指令功能為： (A1) OP (A2) A1lA1 、A2可以是存儲器地址，也可是寄存器地址。OPA1A2 存儲器存儲器型（S-S型）指令：A1、A2均為存儲器地址的二地址指令。 寄存器寄存器型（R-R型）指令： A1、A2均為寄存器地址的二地址指令。R-R型指令執(zhí)行速度快。 寄存器存儲器型（R-S型）指令： A1、A2中一個是寄存器地址，另一個是存儲器地址的二地址指令。 二地址指令的幾種形式二地址指令的幾種形式: :計算機組成原理計算機組成原理l三地址指令格式：l三地址指令功能為： (A1) OP (A2) A3lA1為被操作數(shù)地址，也稱源操作數(shù)地址； A2為操作數(shù)地址，也稱終

11、點操作數(shù)地址； A3為存放結(jié)果的地址。 lA1 、A2 、A3可以是存儲器地址，也可是寄存器地址。l三地址指令編程方便，結(jié)果不影響運算操作數(shù)。但指令長度較長，一般在字長較長的大、中型機中使用。OPA1A2A34 4三地址指令三地址指令計算機組成原理計算機組成原理4.2.3指令字長度 l指令字長度指令字長度：一個指令字中包含二進制代碼的位數(shù)。：一個指令字中包含二進制代碼的位數(shù)。l機器字長機器字長：計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，：計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了計算機的運算精度。它決定了計算機的運算精度。其中其中L為指令字長度，為指令字長度，N為機器字長度為機器字長度 計算機組成

12、原理計算機組成原理4.2.4指令助記符 l指令助記符：指令助記符：硬件只能識別硬件只能識別1和和0，所以須采用二進制操，所以須采用二進制操作碼，為便于書寫和閱讀程序，每條指令用作碼，為便于書寫和閱讀程序，每條指令用3個或個或4個英個英文縮寫字母來表示。文縮寫字母來表示。典典 型型 指指 令令指令助記符指令助記符二進制操作碼二進制操作碼加法加法ADD001減法減法SUB010傳送傳送MOV011跳轉(zhuǎn)跳轉(zhuǎn)JMP100轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子JSR101存儲存儲STO110讀數(shù)讀數(shù)LDA111表表4.2典型的指令助記符典型的指令助記符 計算機組成原理計算機組成原理例1指令格式如下所示，其中OP為操作碼，試分析指令格

13、式的特點。 （假設(shè)機器字長16位） 15 9 7 4 3 0OP-源寄存器目標(biāo)寄存器解解：（1）單字長二地址指令。）單字長二地址指令。 （2）操作碼字段）操作碼字段OP可以指定可以指定27128條指令。條指令。 （3）源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器，所以是）源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器，所以是 RR型指令，兩個操作數(shù)均在寄存器中。型指令，兩個操作數(shù)均在寄存器中。例例2 指令格式如下所示，試分析指令格式特點。指令格式如下所示，試分析指令格式特點。 15 10 7 4 3 0OP-源寄存器源寄存器變址寄存器變址寄存器位移量位移量(16位位)（1）雙字長二地址指令，用于訪問存儲器雙字長二地

14、址指令，用于訪問存儲器（2）操作碼字段操作碼字段OP為為6位，可以指定位，可以指定64種操作種操作（3）一個操作數(shù)在源寄存器（共一個操作數(shù)在源寄存器（共16個），另一個操作數(shù)在存?zhèn)€），另一個操作數(shù)在存儲器中（由變址寄存器和位移量決定）儲器中（由變址寄存器和位移量決定）,所以是所以是RS指令指令計算機組成原理計算機組成原理4.3 4.3 操作數(shù)類型操作數(shù)類型4.3.1 一般的數(shù)據(jù)類型4.3.2 Pentium數(shù)據(jù)類型4 . 3 . 3 P o w e r P C 數(shù) 據(jù) 類 型計算機組成原理計算機組成原理4.3.1 4.3.1 一般的數(shù)據(jù)類型一般的數(shù)據(jù)類型 地址數(shù)據(jù): 地址實際上也是一種形式的數(shù)

15、據(jù)。 數(shù)值數(shù)據(jù): 計算機中普遍使用的三種類型的數(shù)值數(shù)據(jù)。 定點數(shù) 浮點數(shù) 壓縮的十進制數(shù)字符數(shù)據(jù): 文本數(shù)據(jù)或字符串，目前廣泛使用ASCII碼。 邏輯數(shù)據(jù): 一個單元中有幾位二進制bit項組成，每個bit的值可以是1或0。當(dāng)數(shù)據(jù)以這種方式看待時，稱為邏輯性數(shù)據(jù)。計算機組成原理計算機組成原理4.44.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式 l4.4.1 指令的尋址方式l4.4.2 操作數(shù)尋址方式l4.4.3 尋址方式舉例 尋址方式尋址方式：形成指令地址或操作數(shù)的方式：形成指令地址或操作數(shù)的方式 尋址方式的類別尋址方式的類別 指令尋址方式指令尋址方式：用于形成指令在內(nèi)存中的地址：用于形成指令

16、在內(nèi)存中的地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(操作數(shù)操作數(shù))尋址方式尋址方式：用于形成操作數(shù)在內(nèi)存中的地址：用于形成操作數(shù)在內(nèi)存中的地址計算機組成原理計算機組成原理4.4.14.4.1指令的尋址方式指令的尋址方式 l1.1.順序?qū)ぶ贩绞巾樞驅(qū)ぶ贩绞?PC PC1PC1PC設(shè)置程序計數(shù)器（或稱指令計數(shù)器）設(shè)置程序計數(shù)器（或稱指令計數(shù)器）PCPC，每執(zhí)行一條指，每執(zhí)行一條指令，計數(shù)器加令，計數(shù)器加1 1；把計數(shù)器內(nèi)容作為指令的存儲地址。把計數(shù)器內(nèi)容作為指令的存儲地址。 l2.2.跳躍尋址方式跳躍尋址方式 當(dāng)程序轉(zhuǎn)移時，修改當(dāng)程序轉(zhuǎn)移時，修改PCPC的內(nèi)容的內(nèi)容下條指令的地址，不是計數(shù)器給出的，而是當(dāng)前指令指下條指令的

17、地址，不是計數(shù)器給出的，而是當(dāng)前指令指定的。定的。程序跳躍后，按新的指令地址開始順序執(zhí)行，指令計數(shù)程序跳躍后，按新的指令地址開始順序執(zhí)行，指令計數(shù)器的內(nèi)容相應(yīng)改變。器的內(nèi)容相應(yīng)改變。計算機組成原理計算機組成原理指令的順序?qū)ぶ贩绞?計算機組成原理計算機組成原理指令的跳躍尋址方式(程序的控制轉(zhuǎn)移)play計算機組成原理計算機組成原理4.4.2 4.4.2 操作數(shù)尋址方式操作數(shù)尋址方式l操作數(shù)的尋址操作數(shù)的尋址：把操作數(shù)的：把操作數(shù)的形式地址形式地址，根據(jù)間址和，根據(jù)間址和變址等組合變換為操作數(shù)變址等組合變換為操作數(shù)有效地址有效地址的過程。的過程。l形式地址形式地址：指令中給出的地址。：指令中給出的

18、地址。( (不一定是實際地址不一定是實際地址) )l有效地址有效地址：操作數(shù)的實際地址。如寄存器編號或存儲：操作數(shù)的實際地址。如寄存器編號或存儲單元地址。單元地址。形式地址形式地址A A變址變址X X間址間址I I操作碼操作碼OPOP操作碼字段操作碼字段地地 址址 碼碼 字字 段段操作數(shù)操作數(shù)計算機組成原理計算機組成原理操作數(shù)尋址方式操作數(shù)尋址方式尋址方式尋址方式 算法算法 隱含尋址隱含尋址 操作數(shù)在專用寄存器操作數(shù)在專用寄存器 立即尋址立即尋址 操作數(shù)操作數(shù)=A 直接尋址直接尋址 EA=A 間接尋址間接尋址 EA=(A) 寄存器尋址寄存器尋址 EA=R 寄存器間接尋址寄存器間接尋址 EA=(

19、R) 偏移尋址偏移尋址 EA=A+(R) 段尋址段尋址 EA=A+(R) 堆棧尋址堆棧尋址 EA=棧頂棧頂計算機組成原理計算機組成原理 1 1、隱含尋址、隱含尋址 操作數(shù)地址隱含在操作碼中操作數(shù)地址隱含在操作碼中ADDA操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征AACC暫存暫存ALU另一個操作數(shù)另一個操作數(shù)隱含在隱含在 ACC 中中如如 8086MUL 指令指令被乘數(shù)隱含在被乘數(shù)隱含在 AX（16位）或位）或 AL（8位）中位）中 指令字中少了一個地址字段，可縮短指令字長指令字中少了一個地址字段，可縮短指令字長常用數(shù)據(jù)尋址方式常用數(shù)據(jù)尋址方式計算機組成原理計算機組成原理l2.2.立即尋址立即尋址：指

20、令的地址字段直接給出操作數(shù)本身：指令的地址字段直接給出操作數(shù)本身OPADataA操作碼操作碼 形式地址形式地址例例1：單地址的移位指令格式為：單地址的移位指令格式為 OP(移位移位)FDF為標(biāo)志位，當(dāng)為標(biāo)志位，當(dāng)F1，操作數(shù)進行右移；當(dāng)，操作數(shù)進行右移；當(dāng)F0時，操作數(shù)進行左移。時，操作數(shù)進行左移。 D是一個操作數(shù)是一個操作數(shù) 計算機組成原理計算機組成原理3.3.直接尋址直接尋址例：例：Intel 8086指令：指令： MOV AX，2000H 將有效地址為將有效地址為2000H2000H的內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入的內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入AXAX中。中。指令字中直接給出操作數(shù)在內(nèi)存的地址。指令字中直接給

21、出操作數(shù)在內(nèi)存的地址。形式地址有效地址形式地址有效地址OPAAE計算機組成原理計算機組成原理4 4間接尋址間接尋址l指令地址字段中的形式地址指令地址字段中的形式地址D D不是操作數(shù)的真正地址，而是操不是操作數(shù)的真正地址，而是操作數(shù)地址的指示器，作數(shù)地址的指示器，D D單元的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址。單元的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址。 如果把直接尋址和間接尋址結(jié)合起來，指令有如下形式：如果把直接尋址和間接尋址結(jié)合起來，指令有如下形式：操作碼操作碼ID尋址特征位尋址特征位I I0 0，表示直接尋址，這時有效地址，表示直接尋址，這時有效地址E ED D；尋址特征位尋址特征位I I1 1，表示間接尋址，

22、這時有效地址，表示間接尋址，這時有效地址E E（D D）。）。間接尋址間接尋址計算機組成原理計算機組成原理5.5.寄存器尋址和寄存器間接尋址寄存器尋址和寄存器間接尋址OPRiE Ri Data(Ri)操作數(shù)操作數(shù)Ri 寄存器間接尋址方式寄存器間接尋址方式：指令格式中的寄存器內(nèi)容不是操作：指令格式中的寄存器內(nèi)容不是操作數(shù)，而是操作數(shù)的地址，該地址指明的操作數(shù)在內(nèi)存中。數(shù)，而是操作數(shù)的地址，該地址指明的操作數(shù)在內(nèi)存中。 寄存器尋址方式寄存器尋址方式：操作數(shù)放在：操作數(shù)放在CPUCPU的通用寄存器中。此時指的通用寄存器中。此時指令中給出的操作數(shù)地址是通用寄存器的編號。令中給出的操作數(shù)地址是通用寄存器

23、的編號。有效地址有效地址RiE （ Ri） Data( Ri)OPRi計算機組成原理計算機組成原理7 7、 偏移尋址偏移尋址- -相對尋址相對尋址 EA = ( PC ) + AA 是相對于當(dāng)前指令的位移量（可正可負(fù)，補碼）是相對于當(dāng)前指令的位移量（可正可負(fù)，補碼） 廣泛用于轉(zhuǎn)移指令廣泛用于轉(zhuǎn)移指令操作數(shù)操作數(shù)尋址特征尋址特征ALUOPA相對距離相對距離 A1000PC 主存主存1000AOP計算機組成原理計算機組成原理相對尋址舉例相對尋址舉例OP位移量位移量2000 H2008 H8設(shè)設(shè) 當(dāng)前指令地址當(dāng)前指令地址 PC = 2000H轉(zhuǎn)移后的目的地址為轉(zhuǎn)移后的目的地址為 2008H偏移量偏移

24、量A =8H計算機組成原理計算機組成原理基址尋址基址尋址(1) 采用專用寄存器作基址寄存器采用專用寄存器作基址寄存器EA = ( BR ) + ABR 為基址寄存器為基址寄存器OPA操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUBR 在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 BR 內(nèi)容不變，形式地址內(nèi)容不變，形式地址 A 可變可變計算機組成原理計算機組成原理(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數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUOPR0AR0 作基址寄存器作基址寄存器 由用戶指定哪個通用寄存器作為基址寄存器由用戶指定哪個通用寄存器作為基址寄存器通用寄存器通用寄存器R0Rn

25、-1R1 基址寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)確定基址寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)確定計算機組成原理計算機組成原理變址尋址變址尋址EA = (R ) +AOPA操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUR 跟基址尋址剛好相反跟基址尋址剛好相反 R的內(nèi)容由用戶給定的內(nèi)容由用戶給定 R為變址寄存器（專用）為變址寄存器（專用） 在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 R內(nèi)容可變，形式地址內(nèi)容可變，形式地址 A 不變不變通用寄存器也可以作為變址寄存器通用寄存器也可以作為變址寄存器計算機組成原理計算機組成原理*8.段尋址 以8086的段尋址為例。這種尋址方式的實質(zhì)是基值尋址。Intel 8086/8088微機中，ALU1

26、6位運算，但其尋址范圍可到1M，即地址有20位。 16位邏輯地址16位段寄存器4位20位物理地址ALU計算機組成原理計算機組成原理9. 堆棧尋址堆棧尋址(1) 堆棧的特點堆棧的特點堆棧堆棧寄存器寄存器存儲器存儲器先進后出先進后出（一個出入口）（一個出入口） 棧頂?shù)刂窏ｍ數(shù)刂?由由 SP 指出指出 11FFFH +12000 H進棧進棧 （SP） 1 SP出棧出棧 （SP）+ 1 SP棧頂棧頂棧底棧底2000 HSP2000 H1FFF HSP1FFFH棧頂棧頂棧底棧底進棧進棧出棧出棧 1FFF H棧頂棧頂 2000 H棧頂棧頂計算機組成原理計算機組成原理(2) 堆棧尋址舉例堆棧尋址舉例1520

27、0HACCSPX棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存151FFHACCSP15棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存X1FFHPUSH A 前前PUSH A 后后POP A 前前POP A 后后Y1FFHACCSPX棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存151FFH15200HACCSP棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存X15OP-通用寄存器通用寄存器IX偏移量偏移量D 其中其中I為間接尋址標(biāo)志位，為間接尋址標(biāo)志位，X為尋址模式字段，為尋址模式字段，D為偏移量字段為偏移量字段。通過。通過I，X，D的組合，可構(gòu)成下表所示的尋址方式。的組合，可構(gòu)成下表所示的尋址方式。 請寫出六種尋址方式的名稱。請寫出六種尋址方式的

28、名稱。尋址方式尋址方式IX有效地址有效地址E算法算法說明說明(1)000E=D(2)001E=(PC)+DPC為程序計數(shù)器為程序計數(shù)器(3)010E=(R2)+DR2為變址寄存器為變址寄存器(4)111E=(R3)(5)100E=(D)(6)011E=(R1)+DR1為基址寄存器為基址寄存器例例3一種二地址一種二地址RS型指令的結(jié)構(gòu)如下所示：型指令的結(jié)構(gòu)如下所示： 6位位 4位位 1位位2位位 16位位解解：（1 1）直接尋址）直接尋址（2 2）相對尋址）相對尋址（3 3）變址尋址）變址尋址（4 4）寄存器間接尋址）寄存器間接尋址（5 5）間接尋址）間接尋址（6 6）基址尋址）基址尋址例例4

29、某某16位機器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機有兩個位機器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機有兩個20位位基址寄存器，四個基址寄存器，四個16位變址寄存器，十六個位變址寄存器，十六個16位通用寄存器，指令匯編格式位通用寄存器，指令匯編格式中的中的S（源），（源），D（目標(biāo)）都是通用寄存器（目標(biāo)）都是通用寄存器，M是主存中的一個單元。三種是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是指令的操作碼分別是MOV（OP）（）（A）H ，STA（OP）（）（1B）H ，LDA（OP）（）（3C）H。MOV是傳送指令，是傳送指令，STA為寫數(shù)指令，為寫數(shù)指令，LDA為讀數(shù)為讀數(shù)指令。指令。 (F

30、0F1)H (3CD2)H (2856)H（6FD6)H （1C2)H要求：要求： 分析三種指令的指令格式與分析三種指令的指令格式與尋址方式特點。尋址方式特點。 CPU完成哪一種操作所花時間最短？完成哪一種操作所花時間最短？哪一種操作所花時間最長？第二種指哪一種操作所花時間最長？第二種指令的執(zhí)行時間有時會等于第三種指令令的執(zhí)行時間有時會等于第三種指令的執(zhí)行時間嗎？的執(zhí)行時間嗎？下列指令字分別代表什么操作？如下列指令字分別代表什么操作？如果有編碼不正確，如何改正才能成為果有編碼不正確，如何改正才能成為合法指令？合法指令？解：第一種指令是單字長二地址指令，解：第一種指令是單字長二地址指令，RR型。

31、尋址方式寄存器尋址。型。尋址方式寄存器尋址。第二種指令是雙字長二地址指令，第二種指令是雙字長二地址指令，RS型。尋址方式基址尋址或變址尋址。型。尋址方式基址尋址或變址尋址。第三種指令是雙字長二地址指令，第三種指令是雙字長二地址指令，RS型。尋址方式直接尋址。型。尋址方式直接尋址。時間最短時間最短時間最長時間最長與二時間不等，節(jié)省與二時間不等，節(jié)省有效地址運算時間有效地址運算時間（3） 雙字長，高雙字長，高6位（位（OP）1111003CH，是，是LDA指令，編碼正確。指令，編碼正確。 F0 F 13CD2H ，含義是把主存，含義是把主存13CD2H地址單元的內(nèi)容取至地址單元的內(nèi)容取至15號寄存

32、器。號寄存器。單字長，高單字長，高6位（位（OP）001010AH，是，是MOV指令，編碼正確。指令，編碼正確。 28 5 6H ，含義是把，含義是把6號號源寄存器的內(nèi)容傳送至源寄存器的內(nèi)容傳送至5號號目標(biāo)寄存器。目標(biāo)寄存器。單字長，是單字長，是MOV指令，高指令，高6位（位（OP）011011 AH，編碼錯誤。，編碼錯誤。 28D6H單字長，是單字長，是MOV指令，高指令，高6位（位（OP）000000 AH，編碼錯誤。，編碼錯誤。 28C2H計算機組成原理計算機組成原理練習(xí)題：習(xí)題8計算機組成原理計算機組成原理4.54.5 典型指令典型指令 l4.5.1 指令的分類l4.5.2 基本指令系

33、統(tǒng)l4.5.3 精簡指令系統(tǒng)計算機組成原理計算機組成原理4.5.1 4.5.1 指令的分類指令的分類l1.1.數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令實現(xiàn)主存與寄存器、寄存器與寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送，主實現(xiàn)主存與寄存器、寄存器與寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送，主要包括取數(shù)指令、存數(shù)指令、傳送指令、成組傳送指令、要包括取數(shù)指令、存數(shù)指令、傳送指令、成組傳送指令、字節(jié)交換指令、清累加器指令、堆棧操作指令等。字節(jié)交換指令、清累加器指令、堆棧操作指令等。 l2.2.算術(shù)運算指令算術(shù)運算指令實現(xiàn)加、減、乘、除等運算的指令，以及求反、求補指令，實現(xiàn)加、減、乘、除等運算的指令，以及求反、求補指令，算術(shù)移位指令等。算術(shù)移位指令等。 l3

34、.3.邏輯運算指令邏輯運算指令實現(xiàn)邏輯與、或、非、異或，以及邏輯移位等操作的指令實現(xiàn)邏輯與、或、非、異或，以及邏輯移位等操作的指令計算機組成原理計算機組成原理4.5.1 4.5.1 指令的分類指令的分類l4.4.程序控制轉(zhuǎn)移指令程序控制轉(zhuǎn)移指令條件轉(zhuǎn)移指令。轉(zhuǎn)移條件有，進位、結(jié)果條件轉(zhuǎn)移指令。轉(zhuǎn)移條件有，進位、結(jié)果0 0、結(jié)果負(fù)、結(jié)、結(jié)果負(fù)、結(jié)果溢出、結(jié)果奇偶等，這些標(biāo)志存儲在狀態(tài)寄存器中。果溢出、結(jié)果奇偶等，這些標(biāo)志存儲在狀態(tài)寄存器中。無條件轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子程序指令、返主程序指令等。無條件轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子程序指令、返主程序指令等。絕對轉(zhuǎn)移、相對轉(zhuǎn)移。絕對轉(zhuǎn)移、相對轉(zhuǎn)移。l5.5.輸入輸出指令輸入

35、輸出指令啟動外圍設(shè)備，檢查測試外設(shè)的工作狀態(tài)，并實現(xiàn)外設(shè)和啟動外圍設(shè)備，檢查測試外設(shè)的工作狀態(tài)，并實現(xiàn)外設(shè)和CPUCPU之間，或外設(shè)與外設(shè)之間的信息傳送之間，或外設(shè)與外設(shè)之間的信息傳送 計算機組成原理計算機組成原理4.5.1 4.5.1 指令的分類指令的分類l6.6.字符串處理指令字符串處理指令非數(shù)值處理指令，包括字符串的傳送、轉(zhuǎn)換、比較、查非數(shù)值處理指令，包括字符串的傳送、轉(zhuǎn)換、比較、查找、替換等。找、替換等。l7.7.特權(quán)指令特權(quán)指令具有特殊權(quán)限的指令，只用于操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件，具有特殊權(quán)限的指令，只用于操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件，一般不直接提供給用戶使用。一般不直接提供給用戶使用。l8.

36、8.其他指令其他指令 狀態(tài)寄存器置位、復(fù)位指令、測試指令、暫停指令，空狀態(tài)寄存器置位、復(fù)位指令、測試指令、暫停指令，空操作指令，以及其他一些系統(tǒng)控制用的特殊指令。操作指令，以及其他一些系統(tǒng)控制用的特殊指令。指令指令符號代碼符號代碼八進制代碼八進制代碼操作說明操作說明單單地地址址指指令令取數(shù)取數(shù)存數(shù)存數(shù)加法加法減法減法邏輯乘邏輯乘邏輯加邏輯加按位加按位加比較比較內(nèi)存修改內(nèi)存修改無條件轉(zhuǎn)移無條件轉(zhuǎn)移進位置轉(zhuǎn)進位置轉(zhuǎn)零轉(zhuǎn)零轉(zhuǎn)負(fù)轉(zhuǎn)負(fù)轉(zhuǎn)溢出置轉(zhuǎn)溢出置轉(zhuǎn)LDADSTADADDDSUBDANDDORADEORDCMPDJSZDJMPDBCSDBEQDBMIDBVSD010203040506071011141

37、5161720(M)-A(A)-MA+(M)-AA-(M)-A(A)(M)-A(A)(M)-A(A) (M)-A(A)-(M)(M)+1-M，結(jié)果為，結(jié)果為0轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移無條件轉(zhuǎn)移至存儲器無條件轉(zhuǎn)移至存儲器M單元單元C=1,移至存儲器移至存儲器M單元單元Z=1,移至存儲器移至存儲器M單元單元N=1,移至存儲器移至存儲器M單元單元V=1,移至存儲器移至存儲器M單元單元零零地地址址指指令令進棧進棧退棧退棧加加求反求反取補取補減減清零清零循環(huán)左移循環(huán)左移循環(huán)右移循環(huán)右移算術(shù)左移算術(shù)左移算術(shù)右移算術(shù)右移邏輯右移邏輯右移測試測試I/O測試測試?yán)奂悠骼奂悠鰿CRCCR-累加器累加器清中斷禁止清中斷禁止置中斷禁

38、止置中斷禁止暫停暫停PUSHPOPINCCOMNEGDECCLAROLRORASLASRLSRIOTTSTTAPTPACLISEIHLT120000 130000210000220000230000240000250000260000270000300000310000320000330000340000350000360000370000400000000000 (A)-Msp,(SP)-SP (SP)+1-SP,(Msp)-A(A)+1-A(A)-A0-(A)-A(A)-1-A0-A包括符號位的左移包括符號位的左移包括符號位的右移包括符號位的右移末尾加末尾加0的左移的左移首位加符號位的右移

39、首位加符號位的右移首位加首位加0的右移的右移完成標(biāo)志完成標(biāo)志D=1時，指令跳步時，指令跳步A-0,為為0時時Z=1,為負(fù)時為負(fù)時N=1(A)-CCR(CCR)-AO-I(中斷禁止標(biāo)志中斷禁止標(biāo)志)1-I停止操作停止操作4.5.4.5.2 2 基基本本指指令令系系統(tǒng)統(tǒng)計算機組成原理計算機組成原理復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機 CISC （Complex Instruction Set Computer）l靠增強指令的功能，增加指令系統(tǒng)的復(fù)雜程度來提靠增強指令的功能，增加指令系統(tǒng)的復(fù)雜程度來提高計算機系統(tǒng)的性能。高計算機系統(tǒng)的性能。l特點：特點：l(1)(1)指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大，指令數(shù)目一般達

40、指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大，指令數(shù)目一般達200200300300條。條。l(2)(2)指令格式多，指令字長不固定，使用多種不同的尋指令格式多，指令字長不固定，使用多種不同的尋址方式。址方式。l(3) (3) 可訪存指令不受限制?？稍L存指令不受限制。l(4) (4) 各種指令的執(zhí)行時間和使用頻率相差很大。各種指令的執(zhí)行時間和使用頻率相差很大。l(5) (5) 大多數(shù)采用微程序控制器。大多數(shù)采用微程序控制器。計算機組成原理計算機組成原理4.5.3 4.5.3 精簡指令系統(tǒng)精簡指令系統(tǒng)l精簡指令集精簡指令集計算機計算機RISC（Reduced Instruction Set Computer）靠精簡指令系統(tǒng)，簡化指令功能及優(yōu)化靠精簡指令系統(tǒng)，簡化指令功能及優(yōu)化的編譯程序來提高計算機系統(tǒng)的性能。的編譯程序來提高計算機系統(tǒng)的性能。l