計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu) - 第5章

1、第第5章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 本章學(xué)習(xí)導(dǎo)讀：（1）指令的格式、尋址方式和功能分類。（2）RISC與CISC指令以及適于多媒體應(yīng)用的MMX指令。（3）典型計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)的指令有微指令、機(jī)器指令和宏指令之分。計(jì)算機(jī)的指令有微指令、機(jī)器指令和宏指令之分。 微指令是微程序級(jí)的命令，屬于硬件；微指令是微程序級(jí)的命令，屬于硬件； 宏指令是由若干機(jī)器指令組成，屬于軟件；宏指令是由若干機(jī)器指令組成，屬于軟件； 機(jī)器指令介于二者之間，因而是硬件和軟件的界面。機(jī)器指令介于二者之間，因而是硬件和軟件的界面。 一臺(tái)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的機(jī)器指令全體稱為該機(jī)的指令系一臺(tái)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的機(jī)器指令全體稱為該機(jī)的指令系統(tǒng)。

2、統(tǒng)。 指令系統(tǒng)是軟件編程的出發(fā)點(diǎn)和硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，它指令系統(tǒng)是軟件編程的出發(fā)點(diǎn)和硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，它衡量機(jī)器硬件的功能，反映硬件對(duì)軟件支持的程度。衡量機(jī)器硬件的功能，反映硬件對(duì)軟件支持的程度。5.1 指令格式指令格式 5.1.1 指令的格式指令的格式 指令一般的格式如下：指令一般的格式如下： 操作碼 OP 地址碼 D 按指令包含的地址的個(gè)數(shù)可分：按指令包含的地址的個(gè)數(shù)可分： 1、三地址指令、三地址指令 OPD1D2D3執(zhí)行（執(zhí)行（D1）OP（D2） D3 OPD1D2執(zhí)行（執(zhí)行（D1）OP（D2） D2 2、二地址指令、二地址指令3單地址指令單地址指令 OPD執(zhí)行（執(zhí)行（D）OP （A） A 4

3、、零地址指令、零地址指令 空操作、停機(jī)等不需要地址的指令空操作、停機(jī)等不需要地址的指令5.1.2 指令長(zhǎng)度指令長(zhǎng)度 指令指令長(zhǎng)度長(zhǎng)度選取選取原則：原則： 1. 指令長(zhǎng)度應(yīng)為存儲(chǔ)器基本字長(zhǎng)的整數(shù)倍指令長(zhǎng)度應(yīng)為存儲(chǔ)器基本字長(zhǎng)的整數(shù)倍2. 指令字長(zhǎng)應(yīng)盡量短指令字長(zhǎng)應(yīng)盡量短 指令短，可減少所需存儲(chǔ)量和加快運(yùn)行速度，但不能指令短，可減少所需存儲(chǔ)量和加快運(yùn)行速度，但不能為了使指令短而影響指令系統(tǒng)的完備性和規(guī)整性。為了使指令短而影響指令系統(tǒng)的完備性和規(guī)整性。5. 2 尋址方式尋址方式 指令如何指定操作數(shù)或操作數(shù)地址稱為尋址方式。指令如何指定操作數(shù)或操作數(shù)地址稱為尋址方式。 確定指令系統(tǒng)的尋址方式時(shí)，須考慮以

4、下幾點(diǎn)：確定指令系統(tǒng)的尋址方式時(shí)，須考慮以下幾點(diǎn)： 希望指令內(nèi)所含地址盡可能短；希望指令內(nèi)所含地址盡可能短； 希望能訪問盡可能大的存儲(chǔ)空間；希望能訪問盡可能大的存儲(chǔ)空間； 尋址方法盡可能簡(jiǎn)單；尋址方法盡可能簡(jiǎn)單； 在不改變指令的情況下，僅改變地址的實(shí)際值，從而在不改變指令的情況下，僅改變地址的實(shí)際值，從而能方便地訪問數(shù)組、串、表格等較復(fù)雜數(shù)據(jù)。能方便地訪問數(shù)組、串、表格等較復(fù)雜數(shù)據(jù)。 常用的尋址方式常用的尋址方式1. 立即尋址立即尋址 指令直接給出操作數(shù)本身，稱立即數(shù)尋址方式。指令直接給出操作數(shù)本身，稱立即數(shù)尋址方式。 OP操作數(shù)格式如下：操作碼存儲(chǔ)器地址 存儲(chǔ)器內(nèi)容8位立即數(shù)n+1操作碼n下

5、條指令n+2存儲(chǔ)器地址存儲(chǔ)器內(nèi)容n+2n+1n立即數(shù)高8位立即數(shù)低8位n+3下條指令(a) 8位立即數(shù)(b) 16位立即數(shù)圖5.1 按字節(jié)編址機(jī)器中的立即尋址指令2. 直接尋址直接尋址 指令直接給出操作數(shù)地址指令直接給出操作數(shù)地址 OP操作數(shù)地址格式如下：操作碼存儲(chǔ)器地址存儲(chǔ)器內(nèi)容n+2n+1n 操作數(shù)地址高8位 操作數(shù)地址低8位n+3下條指令圖5.2 按字節(jié)編址機(jī)器中的直接尋址指令3. 間接尋址間接尋址 指令給出存放操作數(shù)地址的存儲(chǔ)單元地址。指令給出存放操作數(shù)地址的存儲(chǔ)單元地址。 OP 間接地址格式如下：OP操作數(shù)有效地址主存 間接地址圖5.3 單級(jí)間接尋址4. 寄存器寄存器(直接直接)尋址

6、尋址 操作數(shù)在指令指定的操作數(shù)在指令指定的CPU的某個(gè)寄存器中。的某個(gè)寄存器中。OP寄存器號(hào)或OP寄存器號(hào)1寄存器號(hào)2 寄存器尋址有以下優(yōu)點(diǎn)：寄存器尋址有以下優(yōu)點(diǎn)： CPU寄存器數(shù)量遠(yuǎn)小于內(nèi)存單元，所以寄存器號(hào)比寄存器數(shù)量遠(yuǎn)小于內(nèi)存單元，所以寄存器號(hào)比內(nèi)存地址短，因而寄存器尋址方式指令短；內(nèi)存地址短，因而寄存器尋址方式指令短； 操作數(shù)已在操作數(shù)已在CPU中中,不用訪存，指令執(zhí)行速度快。不用訪存，指令執(zhí)行速度快。5寄存器間接尋址寄存器間接尋址 操作數(shù)地址在指令指定的操作數(shù)地址在指令指定的CPU某個(gè)寄存器中。某個(gè)寄存器中。 8086指令指令 MOV AX，BX 6寄存器變址寄存器變址 尋址尋址指令

7、指定一個(gè)指令指定一個(gè)CPU寄存器（稱為變址寄存器）和寄存器（稱為變址寄存器）和一個(gè)形式地址，操作數(shù)地址是二者之和。一個(gè)形式地址，操作數(shù)地址是二者之和。 data ndata 1data 2SI形式地址+圖5.4 變址尋址選擇數(shù)組數(shù)據(jù)OP寄存器號(hào)形式地址8086指令指令MOV AL，SI+1000H 7相對(duì)尋址相對(duì)尋址 相對(duì)尋址是把程序計(jì)數(shù)器相對(duì)尋址是把程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容，加上由指令給出的內(nèi)容，加上由指令給出的形式地址而形成操作數(shù)地址。的形式地址而形成操作數(shù)地址。8基址尋址基址尋址 把由指令中給出的地址把由指令中給出的地址(或稱位移量或稱位移量)與與CPU 中的某個(gè)中的某個(gè)基址寄存器相加而得到

8、實(shí)際的操作數(shù)地址?；芳拇嫫飨嗉佣玫綄?shí)際的操作數(shù)地址。 變址尋址主要解決程序內(nèi)部的循環(huán)問題，基址尋址則變址尋址主要解決程序內(nèi)部的循環(huán)問題，基址尋址則要求基址寄存器的內(nèi)容能提供整個(gè)主存范圍的尋址能要求基址寄存器的內(nèi)容能提供整個(gè)主存范圍的尋址能力；在多道程序運(yùn)行環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)程序的再定位。力；在多道程序運(yùn)行環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)程序的再定位。 9隱含尋址方式隱含尋址方式 指令沒有明顯地給出操作數(shù)地址，而在操作碼中隱含指令沒有明顯地給出操作數(shù)地址，而在操作碼中隱含著操作數(shù)地址。如操作數(shù)隱含在累加器，堆棧內(nèi)。著操作數(shù)地址。如操作數(shù)隱含在累加器，堆棧內(nèi)。 10其它尋址方式其它尋址方式 有的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)中還有更復(fù)

9、雜的尋址方式，如基有的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)中還有更復(fù)雜的尋址方式，如基址變址尋址、位尋址、塊尋址、串尋址等等。址變址尋址、位尋址、塊尋址、串尋址等等。 在使用機(jī)器時(shí)，不僅要了解該機(jī)總體上有哪些尋址方在使用機(jī)器時(shí)，不僅要了解該機(jī)總體上有哪些尋址方式，還應(yīng)了解各指令具體有哪些尋址方式。式，還應(yīng)了解各指令具體有哪些尋址方式。5. 3 指令類型指令類型 設(shè)計(jì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)的功能時(shí)，須考慮的幾設(shè)計(jì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)的功能時(shí)，須考慮的幾個(gè)原則：個(gè)原則： 完備性或完整性完備性或完整性： 指令系統(tǒng)的功能應(yīng)盡量完備，但較復(fù)雜的功能可以通指令系統(tǒng)的功能應(yīng)盡量完備，但較復(fù)雜的功能可以通過程序?qū)崿F(xiàn)。過程序?qū)崿F(xiàn)。 兼

10、容性兼容性： 高檔機(jī)的指令系統(tǒng)兼容以前的低檔機(jī)的指令系統(tǒng)，給高檔機(jī)的指令系統(tǒng)兼容以前的低檔機(jī)的指令系統(tǒng)，給軟件資源重復(fù)利用帶來方便。軟件資源重復(fù)利用帶來方便。 均勻性均勻性： 數(shù)據(jù)處理指令能對(duì)多種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括三數(shù)據(jù)處理指令能對(duì)多種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括三種整數(shù)種整數(shù)(字節(jié)、字、雙字字節(jié)、字、雙字)和兩種浮點(diǎn)數(shù)和兩種浮點(diǎn)數(shù)(單精度和雙精單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)度浮點(diǎn)數(shù))。 可擴(kuò)充性可擴(kuò)充性： 操作碼字段要保留一定的空間，以便需要時(shí)進(jìn)行功能操作碼字段要保留一定的空間，以便需要時(shí)進(jìn)行功能擴(kuò)充。擴(kuò)充。1指令按功能分類：指令按功能分類：算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令 有加（有加（ADD）

11、、減（）、減（SUB）、比較（）、比較（CMP）、乘（）、乘（MUL）、除（）、除（DIV）、與（）、與（AND）、或（）、或（OR）、?。⑷》矗ǚ矗∟OT）、）、 變補(bǔ)（變補(bǔ)（NEG）、異或（）、異或（XOR）、加）、加1（INC）、減）、減1（DEC） 等。等。 帶進(jìn)位的加（帶進(jìn)位的加（ADC ）和帶借位的減（）和帶借位的減（SBB ）指令；）指令；十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算指令等。十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算指令等。(2) 移位指令和循環(huán)指令移位指令和循環(huán)指令 算術(shù)移位、邏輯移位、環(huán)移、半字交換等。算術(shù)移位、邏輯移位、環(huán)移、半字交換等。 算術(shù)移位：算術(shù)移位： 算術(shù)左移：操作數(shù)的各位依次向左移一位，最低位補(bǔ)算術(shù)左

12、移：操作數(shù)的各位依次向左移一位，最低位補(bǔ)零；原操作數(shù)的最高位移入零；原操作數(shù)的最高位移入C 標(biāo)志位。標(biāo)志位。 算術(shù)右移：操作數(shù)的各位依次向右移一位，最高位（算術(shù)右移：操作數(shù)的各位依次向右移一位，最高位（符號(hào)位）不變；原操作數(shù)的最低位移入符號(hào)位）不變；原操作數(shù)的最低位移入C 標(biāo)志位。標(biāo)志位。10100011操作數(shù)移位前：移位后：101000110操作數(shù)C標(biāo)志C標(biāo)志0(a) 算術(shù)左移移位前：移位后：11010001101000100操作數(shù)操作數(shù)C標(biāo)志C標(biāo)志(b) 算術(shù)右移圖5.5 算術(shù)移位 邏輯移位：邏輯移位： 邏輯左移：操作同算術(shù)左移，大多數(shù)機(jī)器一般不再專邏輯左移：操作同算術(shù)左移，大多數(shù)機(jī)器一般

13、不再專門設(shè)置此指令。門設(shè)置此指令。 邏輯右移：操作數(shù)的各位依次向右移一位，最高位補(bǔ)邏輯右移：操作數(shù)的各位依次向右移一位，最高位補(bǔ)零。原操作數(shù)的最低位移入零。原操作數(shù)的最低位移入C標(biāo)志位。標(biāo)志位。移位前：移位后：01010001101000100操作數(shù)操作數(shù)C標(biāo)志C標(biāo)志圖5.6 邏輯右移 環(huán)移：環(huán)移： 小環(huán)移小環(huán)移 小循環(huán)左移，最高位移入小循環(huán)左移，最高位移入C標(biāo)志，同時(shí)移入最低位。標(biāo)志，同時(shí)移入最低位。1) 小循環(huán)右移，最低位移入小循環(huán)右移，最低位移入C標(biāo)志，同時(shí)移入最高位標(biāo)志，同時(shí)移入最高位。C標(biāo)志操作數(shù)(a) 小循環(huán)左移C標(biāo)志操作數(shù)(b) 小循環(huán)右移圖5.7 小環(huán)移(a) 大循環(huán)左移(b)

14、 大循環(huán)右移圖5.8 大環(huán)移C標(biāo)志操作數(shù)操作數(shù)2) 大環(huán)移大環(huán)移 大循環(huán)左移，最高位移入大循環(huán)左移，最高位移入C標(biāo)志，標(biāo)志，C標(biāo)志移入最低位。標(biāo)志移入最低位。 大循環(huán)右移，最低位移入大循環(huán)右移，最低位移入C標(biāo)志，標(biāo)志，C標(biāo)志移入最高位。標(biāo)志移入最高位。 半字交換半字交換交換前：0100100001101110交換后：0110111001001000圖 5.9 半字交換(3) 傳送類指令傳送類指令 有：傳送（有：傳送（MOV）（源操作數(shù)）（源操作數(shù)目標(biāo)操作數(shù)）、取目標(biāo)操作數(shù)）、取數(shù)（數(shù)（LDA）（數(shù)由內(nèi)存）（數(shù)由內(nèi)存CPU寄存器）、存數(shù)（寄存器）、存數(shù)（STA）（數(shù)由）（數(shù)由CPU寄存器寄存器內(nèi)

15、存）、交換（內(nèi)存）、交換（XCHG）（源）（源操作數(shù)和目標(biāo)操作數(shù)交換）等。操作數(shù)和目標(biāo)操作數(shù)交換）等。(4) 串指令串指令： 對(duì)字符串進(jìn)行操作的指令。如有串傳送、比較、檢索對(duì)字符串進(jìn)行操作的指令。如有串傳送、比較、檢索、傳送轉(zhuǎn)換等指令。、傳送轉(zhuǎn)換等指令。(5) 順序控制指令順序控制指令： 用來控制程序執(zhí)行的順序。有條件轉(zhuǎn)移、無條件轉(zhuǎn)移用來控制程序執(zhí)行的順序。有條件轉(zhuǎn)移、無條件轉(zhuǎn)移（JMP）、跳步（）、跳步（SKIP）、轉(zhuǎn)子（）、轉(zhuǎn)子（CALL）、返主（）、返主（RET）等指令。）等指令。 (7) 輸入、輸出指令輸入、輸出指令： 用于完成用于完成CPU與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)或傳送控制命令及與外部設(shè)備

16、交換數(shù)據(jù)或傳送控制命令及狀態(tài)信息。狀態(tài)信息。(6) CPU控制指令：控制指令： 有停機(jī)、開中斷、關(guān)中斷以及改變執(zhí)行特權(quán)、進(jìn)入特有停機(jī)、開中斷、關(guān)中斷以及改變執(zhí)行特權(quán)、進(jìn)入特殊處理程序等指令。大多數(shù)只能用于操作系統(tǒng)等系統(tǒng)殊處理程序等指令。大多數(shù)只能用于操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件。軟件。2. 按操作數(shù)個(gè)數(shù)分有：按操作數(shù)個(gè)數(shù)分有：(1) 雙操作數(shù)指令：如：雙操作數(shù)指令：如：ADD、SUB、AND等等(2) 單操作數(shù)指令：如：?jiǎn)尾僮鲾?shù)指令：如：NEG、NOT、INC、DEC等等(3) 無操作數(shù)指令：如：空操作（無操作數(shù)指令：如：空操作（NOP）、停機(jī)，開中）、停機(jī)，開中斷、關(guān)中斷等。斷、關(guān)中斷等。3. 按操作

17、數(shù)尋址方式分有按操作數(shù)尋址方式分有： R-R型：兩個(gè)操作數(shù)都在型：兩個(gè)操作數(shù)都在CPU的寄存器中。的寄存器中。 R-S型：兩個(gè)操作數(shù)中一個(gè)在型：兩個(gè)操作數(shù)中一個(gè)在CPU寄存器中，另一寄存器中，另一個(gè)在內(nèi)存中。個(gè)在內(nèi)存中。 (3) S-S型：兩個(gè)操作數(shù)都在內(nèi)存中型：兩個(gè)操作數(shù)都在內(nèi)存中 。5. 4 堆棧和堆棧存取方式堆棧和堆棧存取方式 堆棧是一種特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)堆棧是一種特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)是后進(jìn)先出其特點(diǎn)是后進(jìn)先出(LIFO)或先進(jìn)后出或先進(jìn)后出(FILO)。 1. 用移位寄存器用移位寄存器實(shí)現(xiàn)堆棧實(shí)現(xiàn)堆棧 棧頂空棧： 棧底 棧頂存入b:ba 棧底 棧頂取出b:a 棧底 圖5.10棧頂固定方式

18、堆棧及其存取 棧頂存入a:a 棧底 用若干移位寄存器用若干移位寄存器構(gòu)成，又叫棧頂固構(gòu)成，又叫棧頂固定方式堆棧。定方式堆棧。 2. 內(nèi)存中開辟堆棧區(qū)內(nèi)存中開辟堆棧區(qū) 這種堆棧，存儲(chǔ)器單元固定，而棧頂位置動(dòng)態(tài)變化。這種堆棧，存儲(chǔ)器單元固定，而棧頂位置動(dòng)態(tài)變化。在在CPU中專門設(shè)置堆棧指針中專門設(shè)置堆棧指針SP，指示棧頂位置，存取，指示棧頂位置，存取只能在棧頂進(jìn)行。只能在棧頂進(jìn)行。1)自底向上生成堆棧：自底向上生成堆棧： 建棧時(shí)堆棧指針建棧時(shí)堆棧指針SP指向棧底下面一個(gè)單元（棧底是堆指向棧底下面一個(gè)單元（棧底是堆棧中地址最大的單元）；棧中地址最大的單元）； 入棧操作（入棧操作（PUSH）步驟：）步

19、驟：i)SP-1SP ii)存入數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)（SP） 出棧操作（出棧操作（POP）步驟：）步驟： i)（SP）內(nèi)容讀出）內(nèi)容讀出 ii) SP+1SP 1FFD 1FFE 1FFF 2000棧底堆棧指針SP2000（a） 建棧 1FFD 1FFE 1FFF 2000棧底a堆棧指針SP1FFF（b） a入棧 1FFD 1FFE 1FFF 2000棧底a堆棧指針SP1FFF（d） b出棧圖5.11 自底向上生成堆棧 1FFD 1FFE 1FFF 2000棧底ba堆棧指針SP1FFE（c） b入棧2)自頂向下生成堆棧：自頂向下生成堆棧： 這種堆棧建棧時(shí)堆棧指針這種堆棧建棧時(shí)堆棧指針SP指向棧底上面一

20、個(gè)單元（指向棧底上面一個(gè)單元（棧底是堆棧中地址最小的單元），棧底是堆棧中地址最小的單元）， 入棧操作（入棧操作（PUSH）步驟：）步驟： i) SP+1SP ii)存入數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)（SP） 出棧操作（出棧操作（POP）步驟：）步驟： i)（SP）內(nèi)容讀出）內(nèi)容讀出 ii) SP-1SP 指針變化方向不同。指針變化方向不同。5. 5 指令系統(tǒng)舉例指令系統(tǒng)舉例 5.5.1 IBM 370系列機(jī)指令格式系列機(jī)指令格式 RRE、S、SSE型指令的操作碼為型指令的操作碼為16位，其余指令的位，其余指令的操作碼均為操作碼均為8位。位。 操作碼的第操作碼的第0位和第位和第1位組成四種不同的編碼位組成四種不同

21、的編碼 00表示表示RR型指令，型指令，01表示表示RX型指令，型指令，10表示表示RRE型型、RS型、型、S型及型及SI型指令，型指令，11表示表示SS型和型和SSE型指令型指令 RR和和RRE型指令都是寄存器型指令都是寄存器-寄存器型指令寄存器型指令 RX和和RS型指令都是寄存器型指令都是寄存器-存儲(chǔ)器型指令，第一個(gè)操存儲(chǔ)器型指令，第一個(gè)操作數(shù)和結(jié)果放在作數(shù)和結(jié)果放在R1中，另一個(gè)操作數(shù)在主存中。中，另一個(gè)操作數(shù)在主存中。 采用變址尋址方式，有效地址采用變址尋址方式，有效地址=（X2）+（B2）+D2，B2為基址寄存器，為基址寄存器，D2為位移量，為位移量，x為變址寄存器號(hào)。為變址寄存器號(hào)

22、。 RS型是三地址指令：型是三地址指令：R1存放結(jié)果，存放結(jié)果，R2放一個(gè)源操作放一個(gè)源操作數(shù)，另一個(gè)源操作數(shù)在主存中；數(shù)，另一個(gè)源操作數(shù)在主存中； 有效地址有效地址=（B2）+D2。 SI型是立即數(shù)指令型是立即數(shù)指令 S型是單操作數(shù)指令型是單操作數(shù)指令 SS和和SSE型指令是可變字長(zhǎng)指令，用于字符串的運(yùn)型指令是可變字長(zhǎng)指令，用于字符串的運(yùn)算和處理，算和處理，L為串之長(zhǎng)度。為串之長(zhǎng)度。 SSE指令與指令與SS指令之差別是指令之差別是 SS指令中的指令中的L字段字段(8-15位位)擴(kuò)展成操作碼。擴(kuò)展成操作碼。5.5.2 PDP-11指令格式指令格式 PDP-11是一個(gè)具有是一個(gè)具有8個(gè)寄存器（個(gè)

23、寄存器（R0-R7）、）、16位字長(zhǎng)位字長(zhǎng)的小型計(jì)算機(jī)。其中，的小型計(jì)算機(jī)。其中，R0-R5為通用寄存器，為通用寄存器，R7是程是程序計(jì)數(shù)器序計(jì)數(shù)器PC，R6是棧指針是棧指針SP。存儲(chǔ)器按字節(jié)編址。存儲(chǔ)器按字節(jié)編址。 雙操作數(shù)指令：操作碼雙操作數(shù)指令：操作碼4位，每個(gè)地址碼位，每個(gè)地址碼6位，地址位，地址碼由碼由3位寄存器號(hào)和位寄存器號(hào)和3位尋址方式字段構(gòu)成。位尋址方式字段構(gòu)成。 單操作數(shù)指令：操作碼單操作數(shù)指令：操作碼10位，地址碼位，地址碼6位。位。 轉(zhuǎn)移指令：轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移指令：轉(zhuǎn)移地址(相對(duì)轉(zhuǎn)移相對(duì)轉(zhuǎn)移)由由8位位移量指出；位位移量指出； 條件碼操作指令：低條件碼操作指令：低5位為條件標(biāo)

24、志。位為條件標(biāo)志。例例1 某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16bit，主存容量，主存容量64K。指令系統(tǒng)共有。指令系統(tǒng)共有58條指令，有直接、間接、相對(duì)和變址四種尋址條指令，有直接、間接、相對(duì)和變址四種尋址方式，指令為單字長(zhǎng)單地址指令。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該指令方式，指令為單字長(zhǎng)單地址指令。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該指令系統(tǒng)的指令格式。系統(tǒng)的指令格式。 解：解： 單地址指令格式為單地址指令格式為OPMD 計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16bit，指令為單字長(zhǎng)，所以指令字長(zhǎng)為，指令為單字長(zhǎng)，所以指令字長(zhǎng)為16bit；因；因26=6458，所以操作碼為，所以操作碼為6bit。16-6-2=8，剩，剩余余8位作形式地址。位作形式地址。OPMD6

25、 2 8 設(shè)計(jì)指令格式為設(shè)計(jì)指令格式為00 直接尋址直接尋址 E=D（0255）01 間接尋址間接尋址 E=(D) (216=64K) 變址尋址變址尋址 E=RX+D (RX 變址寄存器）變址寄存器）10 11 相對(duì)尋址相對(duì)尋址 E=PC+D（PC 程序計(jì)數(shù)器）程序計(jì)數(shù)器） 一條指令包含下列信息：一條指令包含下列信息： 操作碼，操作數(shù)的地址，操作結(jié)果的存放地址，下一操作碼，操作數(shù)的地址，操作結(jié)果的存放地址，下一條指令的地址（順序、轉(zhuǎn)移和調(diào)子程序條指令的地址（順序、轉(zhuǎn)移和調(diào)子程序)。例例2 某存儲(chǔ)器堆棧，棧底地址某存儲(chǔ)器堆棧，棧底地址 Bottom=3000H，棧中，棧中已壓入兩個(gè)數(shù)據(jù)已壓入兩個(gè)

26、數(shù)據(jù)a和和b，SP為堆棧指針。為堆棧指針。（1）畫出此時(shí)堆棧示意圖。）畫出此時(shí)堆棧示意圖。（2）現(xiàn)將數(shù)據(jù)）現(xiàn)將數(shù)據(jù) c，d 和和 e 按順序壓入堆棧，且用累加按順序壓入堆棧，且用累加器器AC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，寫出數(shù)據(jù)入棧步驟，畫出數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，寫出數(shù)據(jù)入棧步驟，畫出數(shù)據(jù)入棧后的堆棧情況。據(jù)入棧后的堆棧情況。（3）寫出數(shù)據(jù)）寫出數(shù)據(jù) e 出棧的操作步驟。出棧的操作步驟。解：（解：（1）堆棧情況如下圖所示）堆棧情況如下圖所示（2）數(shù)據(jù)入棧操作）數(shù)據(jù)入棧操作AC c；SP SP-1；(SP) ACAC d；SP SP-1；(SP) ACAC e；SP SP-1；(SP) AC（3）數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù) e 的

27、出棧操作的出棧操作AC (SP)SP SP+15.5.3Pentium指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 指令格式指令格式 Pentium采用可變長(zhǎng)指令格式，最短的指令只有一采用可變長(zhǎng)指令格式，最短的指令只有一個(gè)字節(jié)，最長(zhǎng)的指令可有十幾個(gè)字節(jié)。個(gè)字節(jié)，最長(zhǎng)的指令可有十幾個(gè)字節(jié)。 指令前綴段前綴操作數(shù)長(zhǎng)度地址長(zhǎng)度 0或10或1 0或1 0或1前綴類型：字節(jié)數(shù)： 指令組成：指令組成： 前綴：位于指令操作碼前，各類前綴的字節(jié)數(shù)如下前綴：位于指令操作碼前，各類前綴的字節(jié)數(shù)如下: : 前綴不是每條指令必須有的。如有的話，各種前綴也前綴不是每條指令必須有的。如有的話，各種前綴也都是可選的。都是可選的。 指令：指令各部分的長(zhǎng)

28、度和含義如下：指令：指令各部分的長(zhǎng)度和含義如下：操作碼尋址方式 SIB 位移直接數(shù)據(jù)1或20或10或11、2、4立即數(shù)指令段： 字節(jié)數(shù)：ModSSR/MReg/OPBaseIndex7651234670234501圖5.14 Pentium指令格式 操作碼：操作碼： 指定指令的操作，還指明數(shù)據(jù)是字節(jié)還是全字長(zhǎng)；指指定指令的操作，還指明數(shù)據(jù)是字節(jié)還是全字長(zhǎng)；指明明REG字段指定的寄存器是源還是目標(biāo)字段指定的寄存器是源還是目標(biāo) 。 尋址方式字節(jié)：尋址方式字節(jié)： 由由MOD和和R/M聯(lián)合指定聯(lián)合指定8種寄存器尋址和種寄存器尋址和24種變址尋種變址尋址方式，址方式，reg/OP指定某個(gè)寄存器為操作數(shù)或

29、作為操作指定某個(gè)寄存器為操作數(shù)或作為操作碼的擴(kuò)展用。碼的擴(kuò)展用。 SIB： SS指定比例系數(shù)（變址尋址方式時(shí)用）；指定比例系數(shù)（變址尋址方式時(shí)用）；Index指定指定變址寄存器；變址寄存器；Base指定基址寄存器。指定基址寄存器。操作碼尋址方式 SIB 位移直接數(shù)據(jù)1或20或10或11、2、4立即數(shù)指令段： 字節(jié)數(shù)：ModSSR/MReg/OPBaseIndex7651234670234501圖5.14 Pentium指令格式2. 尋址方式尋址方式 (1) Pentium物理地址的形成物理地址的形成 Pentium的邏輯地址包括段和偏移量，段號(hào)經(jīng)過段表的邏輯地址包括段和偏移量，段號(hào)經(jīng)過段表直接

30、得到該段的首地址，和有效地址相加形成一維的直接得到該段的首地址，和有效地址相加形成一維的線性地址。線性地址。 邏輯地址段偏移.目錄頁號(hào)位移 線性地址.物理地址頁目錄表頁表段表 圖5.15 Pentium物理地址的形成(2) Pentium的尋址方式的尋址方式 表5.1 Pentium的尋址方式 尋址方式 說明立即尋址指令直接給出操作數(shù)指定的寄存器R的內(nèi)容為操作數(shù)寄存器尋址位移LA=（SR）+A基址尋址LA=（SR）+（B）基址加位移LA=（SR）+（B）+A比例變址加位移LA=（SR）+(I)S + ALA=（SR）+（B）+（I）+ALA=（SR）+（B）+(I)S + ALA=(PC)+A

31、基址加變址加位移基址加比例變址加位移相對(duì)尋址注：LA:線性地址 (X):X的內(nèi)容 SR:段寄存器B:基址寄存器 I:變址寄存器 S:比例系數(shù) PC:程序計(jì)數(shù)器A:指令中給定地址段的位移量R:寄存器5.5.4 Power PC指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) PowerPC為為RISC計(jì)算機(jī)，其指令格式和尋址方式要計(jì)算機(jī)，其指令格式和尋址方式要比一般比一般CISC機(jī)簡(jiǎn)單、規(guī)整。機(jī)簡(jiǎn)單、規(guī)整。 1指令格式指令格式 Power PC采用單一的采用單一的32位指令長(zhǎng)度，格式規(guī)整；所位指令長(zhǎng)度，格式規(guī)整；所有指令的最高有指令的最高6位都是操作碼，有的指令將其它一些位都是操作碼，有的指令將其它一些位位(X0)作為操作碼擴(kuò)

32、展。作為操作碼擴(kuò)展。 轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移指令 鏈接指示（鏈接指示（L），表示是否將緊接著該指令的指令地址），表示是否將緊接著該指令的指令地址送入鏈接寄存器（返回地址）。送入鏈接寄存器（返回地址）。 A標(biāo)志位，指明地址是絕對(duì)地址還是相對(duì)于標(biāo)志位，指明地址是絕對(duì)地址還是相對(duì)于PC的地址。的地址。 CR 位字段指明轉(zhuǎn)移條件要對(duì)條件寄存器（標(biāo)志寄存器位字段指明轉(zhuǎn)移條件要對(duì)條件寄存器（標(biāo)志寄存器）中哪一位進(jìn)行測(cè)試。）中哪一位進(jìn)行測(cè)試。 選項(xiàng)字段選項(xiàng)字段(5位位)指定如下幾個(gè)轉(zhuǎn)移方法：指定如下幾個(gè)轉(zhuǎn)移方法： 總是轉(zhuǎn)移。總是轉(zhuǎn)移。 如果計(jì)數(shù)如果計(jì)數(shù)0，且測(cè)試的條件為真則轉(zhuǎn)移。，且測(cè)試的條件為真則轉(zhuǎn)移。 如果計(jì)數(shù)如

33、果計(jì)數(shù)0，且測(cè)試的條件為假則轉(zhuǎn)移。，且測(cè)試的條件為假則轉(zhuǎn)移。 如果計(jì)數(shù)如果計(jì)數(shù)0，且測(cè)試的條件為真則轉(zhuǎn)移。，且測(cè)試的條件為真則轉(zhuǎn)移。 如果計(jì)數(shù)如果計(jì)數(shù)0，且測(cè)試的條件為假則轉(zhuǎn)移。，且測(cè)試的條件為假則轉(zhuǎn)移。 如果計(jì)數(shù)如果計(jì)數(shù)0，轉(zhuǎn)移。，轉(zhuǎn)移。 如果測(cè)試的條件為真，則轉(zhuǎn)移。如果測(cè)試的條件為真，則轉(zhuǎn)移。 如果測(cè)試的條件為假，則轉(zhuǎn)移。如果測(cè)試的條件為假，則轉(zhuǎn)移。 取數(shù)取數(shù)/存數(shù)指令存數(shù)指令 條件寄存器指令條件寄存器指令 R標(biāo)志位，用來表示是否將運(yùn)算結(jié)果的有關(guān)標(biāo)志寫入標(biāo)志位，用來表示是否將運(yùn)算結(jié)果的有關(guān)標(biāo)志寫入到條件寄存器中去，這在條件轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)時(shí)很有用。到條件寄存器中去，這在條件轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)時(shí)很有用。 2.

34、 尋址方式尋址方式 (1) 取數(shù)取數(shù)/存數(shù)指令的尋址方式存數(shù)指令的尋址方式 間接尋址間接尋址 有效地址有效地址EA=(BR)+D，BR為基址寄存器；為基址寄存器； D為為16位位(有正負(fù)有正負(fù))的位移量。的位移量。 間接變址尋址間接變址尋址 有效地址有效地址EA=(BR)+(IR)，IR為變址寄存器，任一通為變址寄存器，任一通用寄存器也均可作為變址寄存器。用寄存器也均可作為變址寄存器。基址寄存器(BR) 變址寄存器(IR)邏輯地址 至地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) (b) 變址間接尋址基址寄存器(BR) 有符號(hào)位移 D邏輯地址 至地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) (a) 間接尋址 圖5.16 Power PC訪存指令尋址方式 (2

35、) 轉(zhuǎn)移指令的尋址方式轉(zhuǎn)移指令的尋址方式 絕對(duì)地址：絕對(duì)地址： 無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移：指令分別給出無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移：指令分別給出24位和位和16位地位地址，均擴(kuò)展為址，均擴(kuò)展為32位后形成轉(zhuǎn)移地址。位后形成轉(zhuǎn)移地址。 擴(kuò)展的方法：最低端補(bǔ)兩個(gè)零，高端進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法：最低端補(bǔ)兩個(gè)零，高端進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。 相對(duì)尋址：相對(duì)尋址： 無條件轉(zhuǎn)移，指令給出無條件轉(zhuǎn)移，指令給出24位地址，將它按前述方法擴(kuò)位地址，將它按前述方法擴(kuò)展后和展后和PC相加即為下條指令地址；相加即為下條指令地址； 條件轉(zhuǎn)移，指令給出條件轉(zhuǎn)移，指令給出14位地址，按前述方法擴(kuò)展后和位地址，按前述方法擴(kuò)展后和PC相加作為下條

36、指令地址。相加作為下條指令地址。3. 算術(shù)指令的尋址方式算術(shù)指令的尋址方式 整數(shù)算術(shù)指令采用寄存器尋址或立即尋址，立即數(shù)是整數(shù)算術(shù)指令采用寄存器尋址或立即尋址，立即數(shù)是16位有符號(hào)數(shù)。浮點(diǎn)算術(shù)指令只可采用寄存器尋址。位有符號(hào)數(shù)。浮點(diǎn)算術(shù)指令只可采用寄存器尋址。 間接尋址：間接尋址： 下條指令的有效地址存放于鏈接寄存器或計(jì)數(shù)寄存器下條指令的有效地址存放于鏈接寄存器或計(jì)數(shù)寄存器中。若采用計(jì)數(shù)寄存器，此時(shí)計(jì)數(shù)寄存器不能再作計(jì)中。若采用計(jì)數(shù)寄存器，此時(shí)計(jì)數(shù)寄存器不能再作計(jì)數(shù)器用。數(shù)器用。5. 6 CISC與與RISC指令指令 1背景背景 計(jì)算機(jī)的硬件成本不斷下降，軟件成本不斷上升；計(jì)算機(jī)的硬件成本不斷

37、下降，軟件成本不斷上升； 指令系統(tǒng)增加了越來越多功能強(qiáng)大的復(fù)雜命令，以便指令系統(tǒng)增加了越來越多功能強(qiáng)大的復(fù)雜命令，以便使機(jī)器指令的功能接近高級(jí)語言語句的功能；使機(jī)器指令的功能接近高級(jí)語言語句的功能； 目前許多計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)可包含幾百條指令，十多目前許多計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)可包含幾百條指令，十多種尋址方式，這對(duì)簡(jiǎn)化匯編語言設(shè)計(jì)，提高高級(jí)語言種尋址方式，這對(duì)簡(jiǎn)化匯編語言設(shè)計(jì)，提高高級(jí)語言的執(zhí)行效率是有利的。的執(zhí)行效率是有利的。 “復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱CISC(Complex Instruction Set Computer)的提出。的提出。 指令系統(tǒng)越來越復(fù)雜的出發(fā)點(diǎn)：指令

38、系統(tǒng)越來越復(fù)雜的出發(fā)點(diǎn)： 使目標(biāo)程序得到優(yōu)化：把原來要用一段程序才能完使目標(biāo)程序得到優(yōu)化：把原來要用一段程序才能完成的功能，只用一條指令來實(shí)現(xiàn)。成的功能，只用一條指令來實(shí)現(xiàn)。 給高級(jí)語言提供更好的支持：改進(jìn)指令系統(tǒng)，設(shè)置給高級(jí)語言提供更好的支持：改進(jìn)指令系統(tǒng)，設(shè)置一些在語義上接近高級(jí)語言語句的指令，就可以減輕一些在語義上接近高級(jí)語言語句的指令，就可以減輕編譯的負(fù)擔(dān)，提高編譯效率。編譯的負(fù)擔(dān)，提高編譯效率。 提供對(duì)操作系統(tǒng)的支持：操作系統(tǒng)日益發(fā)展，其功提供對(duì)操作系統(tǒng)的支持：操作系統(tǒng)日益發(fā)展，其功能也日趨復(fù)雜，這就要求指令系統(tǒng)提供越來越復(fù)雜能也日趨復(fù)雜，這就要求指令系統(tǒng)提供越來越復(fù)雜的功能。的功能

39、。 龐大的指令系統(tǒng)中，只有算術(shù)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)龐大的指令系統(tǒng)中，只有算術(shù)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用等幾十條基本指令才是常使用的，在程移、子程序調(diào)用等幾十條基本指令才是常使用的，在程序中出現(xiàn)的概率占到序中出現(xiàn)的概率占到80%以上；以上； 復(fù)雜的指令系統(tǒng)帶來的問題復(fù)雜的指令系統(tǒng)帶來的問題 計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，不僅增加了計(jì)算機(jī)的研制計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，不僅增加了計(jì)算機(jī)的研制周期和成本，而且難以保證其正確性，有時(shí)還可能降低周期和成本，而且難以保證其正確性，有時(shí)還可能降低系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)的性能。 需要大量硬件支持的復(fù)雜指令的利用率卻很低，造成了需要大量硬件支持的復(fù)雜指令的利用

40、率卻很低，造成了硬件資源的大量浪費(fèi)。硬件資源的大量浪費(fèi)。 各種高級(jí)語言的語義之間有很大差別。不可能設(shè)計(jì)出各種高級(jí)語言的語義之間有很大差別。不可能設(shè)計(jì)出一種能對(duì)所有高級(jí)語言都能提供很好支持的指令系統(tǒng)一種能對(duì)所有高級(jí)語言都能提供很好支持的指令系統(tǒng)。 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISC（Reduced Instruction Set Computer）的提出。）的提出。 指令系統(tǒng)越復(fù)雜，包含的指令越多，編譯時(shí)生成目標(biāo)指令系統(tǒng)越復(fù)雜，包含的指令越多，編譯時(shí)生成目標(biāo)程序的方法也越多，對(duì)最終優(yōu)化編譯造成困難。程序的方法也越多，對(duì)最終優(yōu)化編譯造成困難。2精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)特點(diǎn)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)特點(diǎn) 通

41、過簡(jiǎn)化指令使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理，從而提通過簡(jiǎn)化指令使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理，從而提高機(jī)器的性能。高機(jī)器的性能。 指令數(shù)目較少，一般都選用使用頻度最高的一些簡(jiǎn)指令數(shù)目較少，一般都選用使用頻度最高的一些簡(jiǎn)單指令；單指令； 指令長(zhǎng)度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少；指令長(zhǎng)度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少； 大多數(shù)指令可在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；大多數(shù)指令可在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成； 通用寄存器數(shù)量多，只有存數(shù)通用寄存器數(shù)量多，只有存數(shù)/取數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器取數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器，而其余指令均在寄存器之間進(jìn)行操作。，而其余指令均在寄存器之間進(jìn)行操作。 采用采用RISC技術(shù)技術(shù) 指令系統(tǒng)可以采用速度

42、較快的硬連線邏輯來實(shí)現(xiàn)，且指令系統(tǒng)可以采用速度較快的硬連線邏輯來實(shí)現(xiàn)，且更適合于采用指令流水技術(shù)，可使指令的執(zhí)行速度進(jìn)更適合于采用指令流水技術(shù)，可使指令的執(zhí)行速度進(jìn)一步提高。一步提高。 指令數(shù)量少，固然使編譯工作量加大，但由于指令系指令數(shù)量少，固然使編譯工作量加大，但由于指令系統(tǒng)中的指令都是精選的，編譯時(shí)間少，反過來對(duì)編譯統(tǒng)中的指令都是精選的，編譯時(shí)間少，反過來對(duì)編譯程序的優(yōu)化又是有利的。程序的優(yōu)化又是有利的。 CISC和和RISC技術(shù)都在發(fā)展，兩者都各有自己的優(yōu)點(diǎn)技術(shù)都在發(fā)展，兩者都各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。但是和缺點(diǎn)。但是RISC技術(shù)作為一種新的設(shè)計(jì)思想，無疑技術(shù)作為一種新的設(shè)計(jì)思想，無疑對(duì)計(jì)

43、算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。3CISC與與RISC之爭(zhēng)論之爭(zhēng)論 70年代中期，年代中期，IBM公司、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克公司、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校等機(jī)構(gòu)分別先后開始對(duì)利分校等機(jī)構(gòu)分別先后開始對(duì)CISC技術(shù)進(jìn)行研究，其技術(shù)進(jìn)行研究，其成果分別用于成果分別用于IBM、SUN、MIPS等公司的產(chǎn)品中；等公司的產(chǎn)品中； 八十年代中期，八十年代中期，RISC技術(shù)蓬勃發(fā)展，先后出現(xiàn)了技術(shù)蓬勃發(fā)展，先后出現(xiàn)了PowerPC、MIPSR4400、MC88000、Super Spare、Intel0860等高性能等高性能RISC芯片以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)；芯片以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)；

44、RISC也隨著速度、芯片密度的不斷提高，使也隨著速度、芯片密度的不斷提高，使RISC系系統(tǒng)日趨復(fù)雜；統(tǒng)日趨復(fù)雜； CISC機(jī)采用了部分機(jī)采用了部分RISC先進(jìn)技術(shù)先進(jìn)技術(shù)(強(qiáng)調(diào)指令流水線、強(qiáng)調(diào)指令流水線、分級(jí)分級(jí)Cache 和多設(shè)通用寄存器和多設(shè)通用寄存器)，其性能更加提高。，其性能更加提高。5.7 MMX技術(shù)技術(shù) MMX(Microprocessor Media Extension)是是Intel公司為公司為提高提高PC機(jī)處理多媒體和通信能力而推出的新一代處理機(jī)處理多媒體和通信能力而推出的新一代處理器技術(shù)，增加器技術(shù)，增加8個(gè)個(gè)64位寄存器和位寄存器和57條新指令來實(shí)現(xiàn)。條新指令來實(shí)現(xiàn)。 M

45、MX的由來與特點(diǎn)的由來與特點(diǎn) 多媒體應(yīng)用中的圖形、圖像、視頻、音頻的操作多媒體應(yīng)用中的圖形、圖像、視頻、音頻的操作中存在大量共同特征的操作：中存在大量共同特征的操作： 短整數(shù)類型的并行操作短整數(shù)類型的并行操作(如如8位圖形象素和位圖形象素和16位音頻信號(hào)位音頻信號(hào))； 頻繁的乘法累加頻繁的乘法累加(如如FIR濾波，矩陣運(yùn)算濾波，矩陣運(yùn)算)； 短數(shù)據(jù)的高度循環(huán)運(yùn)算短數(shù)據(jù)的高度循環(huán)運(yùn)算(如快速傅里葉變換如快速傅里葉變換FFT、離散、離散余弦變換余弦變換DCT)； 計(jì)算密集型算法計(jì)算密集型算法(如三維圖形、視頻壓縮如三維圖形、視頻壓縮)； 高度并行操作高度并行操作(如圖像處理如圖像處理)。 MMX技

46、術(shù)與以前的技術(shù)與以前的Intel CPU(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱IA-Intel Architecture)結(jié)構(gòu)相比，增加的功能。結(jié)構(gòu)相比，增加的功能。 引進(jìn)了新的數(shù)據(jù)類型和通用寄存器引進(jìn)了新的數(shù)據(jù)類型和通用寄存器 MMX技術(shù)的主要數(shù)據(jù)類型為定點(diǎn)緊縮技術(shù)的主要數(shù)據(jù)類型為定點(diǎn)緊縮(Packed)整數(shù)整數(shù)，它定義了，它定義了4種新的種新的64位數(shù)據(jù)類型。位數(shù)據(jù)類型。63 56 55 4831 24 23 16 15 8 7 063 4863 0緊縮字節(jié)緊縮字4字緊縮雙字圖5.17 MMX技術(shù)引入的數(shù)據(jù)類型47323116150 47 406332 3103239(2) 采用采用SIMD(Single Instr

47、uction Multi Data技術(shù)技術(shù)單條指令同時(shí)并行地處理多個(gè)數(shù)據(jù)元素，提高運(yùn)算速單條指令同時(shí)并行地處理多個(gè)數(shù)據(jù)元素，提高運(yùn)算速度。例如，一條指令可以完成圖形度。例如，一條指令可以完成圖形/圖像中圖像中8個(gè)象素個(gè)象素(每每象素象素8位位)的并行操作。的并行操作。(3) 飽和飽和(Situration)運(yùn)算運(yùn)算 環(huán)繞運(yùn)算或稱非飽和運(yùn)算，上溢或下溢的結(jié)果被截取環(huán)繞運(yùn)算或稱非飽和運(yùn)算，上溢或下溢的結(jié)果被截取，返回低有效位值，返回低有效位值，F(xiàn)3H+1DH=10H。 飽和運(yùn)算：上溢與下溢結(jié)果被截取至各類數(shù)據(jù)值域的飽和運(yùn)算：上溢與下溢結(jié)果被截取至各類數(shù)據(jù)值域的最大值或最小值。如，最大值或最小值。如

48、，F(xiàn)3H+1DH=FFH 。 表表5.3 MMX飽和運(yùn)算范圍飽和運(yùn)算范圍 a亮值為亮值為F3H，b點(diǎn)亮度值為點(diǎn)亮度值為1DH，采用非飽和運(yùn)算模，采用非飽和運(yùn)算模式，其線性插值的結(jié)果為式，其線性插值的結(jié)果為10H/2=08H。該結(jié)果的亮度。該結(jié)果的亮度值比值比b點(diǎn)還低。點(diǎn)還低。 引入飽和運(yùn)算后，引入飽和運(yùn)算后，a與與b占亮度插值應(yīng)為：占亮度插值應(yīng)為： FHFFHDHHF72213(4) 兼容性兼容性 MMX技術(shù)與現(xiàn)有的技術(shù)與現(xiàn)有的IA(Intel Architecture)處理器和處理器和OS保持向下兼容，保持向下兼容，IA MMX狀態(tài)建立在狀態(tài)建立在IA浮點(diǎn)狀態(tài)之上浮點(diǎn)狀態(tài)之上，無需增加新的狀

49、態(tài)。，無需增加新的狀態(tài)。 2. MMX指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 早期早期MMX結(jié)構(gòu)中引入了結(jié)構(gòu)中引入了57條新的指令，條新的指令，P4 MMX指指令增為令增為144條，條，SIMD得到了強(qiáng)化，得到了強(qiáng)化，MMX寄存器也擴(kuò)寄存器也擴(kuò)充為充為128位。位。 57條指令分成條指令分成7大類：算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令大類：算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、移位指令、數(shù)據(jù)傳送指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、移位指令、數(shù)據(jù)傳送指令、置空置空MMX狀態(tài)指令。狀態(tài)指令。(1) 指令句法指令句法數(shù)據(jù)類型：緊縮字節(jié)、緊縮字、緊縮雙字、數(shù)據(jù)類型：緊縮字節(jié)、緊縮字、緊縮雙字、64位字；位字；有符號(hào)數(shù)與無符號(hào)數(shù)；環(huán)繞和飽和運(yùn)算。有符號(hào)數(shù)與無符號(hào)數(shù)；環(huán)繞和飽和運(yùn)算。一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可處理完一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可處理完16字節(jié)的數(shù)據(jù)。字節(jié)的數(shù)據(jù)。句法：句法： 詞頭：詞頭：P(Packed)表示緊縮型指令表示緊縮型指令 指令：指令