chp4-2_尋址方式1

1、1第四章第四章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)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 典型指令返回24.3 操作數(shù)類型操作數(shù)類型l操作數(shù)類型l地址數(shù)據(jù):地址實(shí)際上也是一種形式的數(shù)據(jù)。l數(shù)值數(shù)據(jù):計(jì)算機(jī)中普遍使用的三種類型的數(shù)值數(shù)據(jù)。l字符數(shù)據(jù):文本數(shù)據(jù)或字符串，目前廣泛使用ASCII碼。l邏輯數(shù)據(jù):一個(gè)單元中有幾位二進(jìn)制bit項(xiàng)組成，每個(gè)bit的值可以是1或0。當(dāng)數(shù)據(jù)以這種方式看待時(shí)，稱為邏輯性數(shù)據(jù)。lPentium數(shù)據(jù)類型(見P121表4.4)l常規(guī)數(shù)據(jù)類型l整數(shù)數(shù)據(jù)類型l.34.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式l研究問題l確定本條

2、指令中各操作數(shù)的地址l下一條指令的地址l尋址方式是指CPU根據(jù)指令中給出的地址碼字段尋找相應(yīng)的操作數(shù)的方式，它與計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，而且對(duì)指令的格式和功能有很大的影響。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l指令的尋址方式l順序方式lPCl跳躍方式54.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式l操作數(shù)的尋址方式l形成操作數(shù)有效地址的方法，稱為尋址方式。l操作數(shù)通常放在哪兒呢？l操作數(shù)包含在指令中；l操作數(shù)包含在CPU的某一個(gè)內(nèi)部寄存器中；l操作數(shù)包含在主存儲(chǔ)器中；l操作數(shù)包含在I/O設(shè)備的端口中l(wèi)根據(jù)操作數(shù)放在不同的地方，從而派生各種不同的尋址方式，往往不同的計(jì)算機(jī)具有不同

3、的尋址方式。671、隱含尋址、隱含尋址l指令中隱含著操作數(shù)的地址l如某些運(yùn)算，隱含了累加器AC作為源和目的寄存器82、立即尋址、立即尋址l立即尋址：指令直接給出操作數(shù)l這樣的操作數(shù)被稱為立即數(shù)l指令格式：操作數(shù)OP立即數(shù)S92、立即尋址、立即尋址l特點(diǎn)：在取指令時(shí)，操作碼和操作數(shù)被同時(shí)取出，不必再次訪問存儲(chǔ)器，從而提高了指令的執(zhí)行速度。l但是，因?yàn)椴僮鲾?shù)是指令的一部分，不能被修改；而且對(duì)于定長指令格式，操作數(shù)的大小將受到指令長度的限制，所以這種尋址方式靈活性最差。l通常用于給某一寄存器或主存單元賦初值，或者用于提供一個(gè)常數(shù)。103、直接尋址l 指令中地址碼字段給出操作數(shù)的有效地址EA(Effe

4、ctive Address) 。lEA=A，S=(EA)113、直接尋址l操作數(shù)地址是不能修改的，又叫做絕對(duì)尋址方式l早期的計(jì)算機(jī)中，M容量較小，指令中地址碼的位數(shù)要求不長，采用直接尋址方式簡單快速，也便于硬件實(shí)現(xiàn)，因此，常被作為主要的尋址方式。l現(xiàn)代，隨著計(jì)算機(jī)主存容量的不斷擴(kuò)大，所需的地址碼將會(huì)越來越長。指令中地址碼的位數(shù)將不能滿足整個(gè)主存空間尋址的要求，因此直接尋址方式受到了很大的限制。l另外，在指令的執(zhí)行過程中，為了取得操作數(shù)，必須進(jìn)行訪存操作，降低了指令的執(zhí)行速度。124、間接尋址l間接尋址意味著指令的地址碼部分給出的地址A不是操作數(shù)的地址，而是操作數(shù)地址的地址(間址單元)。lEA(

5、A)，S=(EA)=(A)134、間接尋址l特點(diǎn)：因?yàn)椴僮鲾?shù)的有效地址在主存儲(chǔ)器中，可以被靈活的修改而不必修改指令，從而使間接尋址要比直接尋址靈活得多。l但是，間接尋址在指令執(zhí)行過程中至少需要兩次訪問主存儲(chǔ)器才能取出操作數(shù)，嚴(yán)重降低了指令執(zhí)行的速度。144、間接尋址l例題：某機(jī)字長為16位，主存容量為64K字，指令格式為單字長單地址，共有64條指令。試說明：（1）若只采用直接尋址方式，指令能訪問多少主存單元？（2）為擴(kuò)展指令的尋址范圍，課采用直接/間接尋址方式，若只增加一位直接/間接標(biāo)志，指令可尋址范圍為多少？指令直接尋址的范圍為多少？（1）1K（2）64K，512155、寄存器尋址 l指令的

6、地址碼給出CPU內(nèi)某一通用寄存器的編號(hào)，指令的操作數(shù)存放在相應(yīng)的寄存器中。lEA=Ri， S=(Ri)165、寄存器尋址 l優(yōu)點(diǎn)：(1)由于寄存器在CPU的內(nèi)部，指令在執(zhí)行時(shí)從寄存器中取操作數(shù)比訪問主存要快快得多；(2)由于寄存器的數(shù)量較少，因此寄存器編號(hào)所占位數(shù)也較少，可以有效縮短短指令的地址碼字段的長度。176、寄存器間接尋址 l指令的地址碼給出某通用寄存器編號(hào)，該寄存器內(nèi)放操作數(shù)的地址，根據(jù)該地址到內(nèi)存找到操作數(shù)。lEA=(Ri)， S=(Ri)187、相對(duì)尋址l指令的地址碼給出相對(duì)的位移量D，程序計(jì)數(shù)器PC提供基準(zhǔn)地址，兩者相加后作為操作數(shù)的有效地址。lEA(PC)D，S = (PC)

7、D)197、相對(duì)尋址l對(duì)尋址方式使程序模塊可采用浮動(dòng)地址，編程時(shí)只要確定程序內(nèi)部操作數(shù)與指令之間的相對(duì)距離，而無需確定操作數(shù)在主存儲(chǔ)器中的絕對(duì)地址，這樣，將程序安排在主存儲(chǔ)器的任意位置都不會(huì)影響程序執(zhí)行的正確性。208、基址尋址l基址尋址：指令的地址碼部分給出偏移量D，而基準(zhǔn)地址放在基址寄存器Rb中，最后操作數(shù)的有效地址仍然是由基準(zhǔn)地址A與偏移量D相加而成，即：EA(Rb)D。l基址寄存器Rb中的內(nèi)容稱為基準(zhǔn)地址，該值可正可負(fù)。OPRbD218、基址尋址l基址寄存器的位數(shù)可以設(shè)置得很長，從而可以在較大的存儲(chǔ)空間中尋址。229、變址尋址l變址尋址：指令的地址碼部分給出的基準(zhǔn)地址A與CPU內(nèi)特定的

8、變址寄存器Rx中的內(nèi)容相加，以形成操作數(shù)的有效地址，即：EAA(Rx)。l變址寄存器Rx中的內(nèi)容稱為變址值，該值可正可負(fù)。OPRxA239、變址尋址249、變址尋址l變址尋址方式是一種被廣泛采用的尋址方式，最典型的應(yīng)用就是將指令的地址碼部分給出的地址A作為基準(zhǔn)地址，而將變址寄存器Rx中的內(nèi)容作為修改量。在遇到需要頻繁修改操作數(shù)地址時(shí)，無須修改指令，只要修改Rx中的變址值就可以了，這對(duì)于數(shù)組運(yùn)算、字符串操作等一些進(jìn)行成批數(shù)據(jù)處理的指令是很有用的。l基址變址尋址：指令給出基址與變址兩個(gè)寄存器號(hào)和一個(gè)位移量，寄存器內(nèi)容與位移量三者之和為有效地址指令補(bǔ)充：基址變址尋址OP RbRxDRx N2操作數(shù)S

9、主存EA加法器EA = ( Rb ) + ( Rx ) + D Rb N12610、段尋址方式、段尋址方式27尋址方式舉例：尋址方式舉例： Pentium28Pentium尋址方式尋址方式方式算法立即作數(shù)=A寄存器LA=R偏移量LA=(SR)+A基址LA=(SR)+(B)基址帶偏移量LA=(SR)+(B)+A比例變址帶偏移量LA=(SR)+(I)S+A基址帶變址和偏移量LA=(SR)+(B)+(I)+A基址帶比例變址和偏移量 LA=(SR)+(B)+(I)S+A相對(duì)LA=(PC)+A29P118例例4l某16位機(jī)器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機(jī)有兩個(gè)20位基址寄存器，四個(gè)16位變址寄

10、存器，十六個(gè)16位通用寄存器。指令匯編格式中的S（源），D（目標(biāo)）都是通用寄存器，M是主存中的一個(gè)單元。三種指令的操作碼分別是MOV（OP）=（A）H，STO（OP）=（1B）H，LAD（OP）=（3C）H。MOV是傳送指令，STO為存數(shù)指令，LAD為取數(shù)指令。要求：（1）分析三種指令的指令格式與尋址方式特點(diǎn)。（2）CPU完成哪一種操作所花時(shí)間最短?哪一種操作所花時(shí)間最長?第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎?（3）下列情況下每個(gè)十六進(jìn)制指令字分別代表什么操作?其中如果有編碼不正確，如何改正才能成為合法指令?30P118例例4OP目標(biāo)源151098 74 30MOV D, S1

11、51098 74 30STO S, MOP基址源變址位移量151098 74 30LAD D, MOP目標(biāo)20位地址單字長二地址指令，RR型；目標(biāo)地址與源地址均采用寄存器尋址的方式31P118例例4OP目標(biāo)源151098 74 30MOV D, S151098 74 30MOV S, MOP源變址位移量151098 74 30LAD D, MOP源變址20位地址單字長二地址指令，RR型；目標(biāo)地址與源地址均采用寄存器尋址的方式32P118例例4 F0F1 3CD21111 0000 1111 0001 0011 1100 1101 0010 3C 15號(hào)寄存器 13CD2把主存13CD2的內(nèi)存裝

12、載到15號(hào)寄存器 6FD60110 1111 1101 0110由于是單字長指令，則一定是MOV指令。則OP錯(cuò)誤，修改為001010 00 1101 011028D633l指令分類與基本指令類型指令分類與基本指令類型l數(shù)據(jù)傳送類指令l一般傳送指令（MOV）l堆棧操作指令（PUSH/POP）l數(shù)據(jù)交換指令（XCHG）l運(yùn)算類指令l算術(shù)運(yùn)算類指令（ADD/SUB，MUL/DIV）l邏輯運(yùn)算類指令（AND、OR、XOR、NOT、TEST）l移位類指令（SAL/SAR，SHL/SHR，ROL/ROR，RCL/RCR）4.5 典型指令典型指令34l指令分類與基本指令類型指令分類與基本指令類型l程序控制類

13、指令l轉(zhuǎn)移指令（JMP，JZ/JNZ/，LOOP）l子程序調(diào)用指令（CALL）l返回指令（RET）l輸入輸出類指令（IN/OUT）l獨(dú)立編址的I/Ol統(tǒng)一編址的I/Ol其他指令4.5 典型指令典型指令354.5 典型指令典型指令l基本指令系統(tǒng)lP122表4.9介紹l20%和80%規(guī)律：CISC中大約有20%的指令使用頻率高，占據(jù)了80%的處理機(jī)時(shí)間，而有80%的不常用指令只占用處理機(jī)的20%時(shí)間。lVLSI技術(shù)發(fā)展引起的問題lVLSI工藝要求規(guī)整性，而大量復(fù)雜指令控制邏輯極其不規(guī)整，給VLSI工藝造成了很大的困難。l現(xiàn)在用微程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜指令與用簡單指令組成的子程序相比，沒有多大的區(qū)別。因?yàn)楝F(xiàn)在

14、控制存儲(chǔ)器和主存的速度差縮小。lCISC中，通過增強(qiáng)指令系統(tǒng)的功能，簡化了軟件，增加了硬件的復(fù)雜程度。然而指令復(fù)雜了，指令的執(zhí)行時(shí)間必然加長，從而使整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間反而增加，因而在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軟硬件的功能分配必須恰當(dāng)364.5 典型指令典型指令lRISCl特點(diǎn)（采用流水線技術(shù)）l簡單而統(tǒng)一格式的指令譯碼；l大部分指令可以單周期執(zhí)行l(wèi)只有LOAD/STORE可以訪問存儲(chǔ)器l簡單的尋址方式l采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)l采用LOAD延遲技術(shù)l三地址指令格式l較多的寄存器l對(duì)稱的指令格式返回37本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，稱為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)

15、性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也影響到系統(tǒng)軟件。指令格式是指令字用二進(jìn)制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式，通常由操作碼字段和地址碼字段組成。返回38本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 操作碼字段表征指令的操作特性與功能，而地址碼字段指示操作數(shù)的地址。目前多采用二地址、單地址、零地址混合方式的指令格式。指令字長度分為：單字長、半字長、雙字長三種形式。高檔微機(jī)采用32位長度的單字長形式。返回39本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 形成指令地址的方式，稱為指令尋址方式。有順序?qū)ぶ泛吞S尋址兩種，由指令計(jì)數(shù)器來跟蹤。形成操作數(shù)地址的方式，稱為數(shù)據(jù)尋址方式。操作數(shù)可放在專用寄存器、通用寄存器、內(nèi)存和指令中。數(shù)據(jù)尋址方式有隱含尋址、立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、相對(duì)尋址、基值尋址、變址尋址、塊尋址、段尋址等多種。按操作數(shù)的物理位置不同，有RR型和RS型。前者比后者執(zhí)行的速度快。返回40本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 按結(jié)構(gòu)不同，分為寄存器堆棧和存儲(chǔ)器堆棧。不同機(jī)器有不同的指令系統(tǒng)。一個(gè)較完善的指令系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含數(shù)據(jù)傳送類指令、算術(shù)運(yùn)算類指令、邏輯運(yùn)算類指令、程序控制類指令、I/O類指令、字符串類指令、系統(tǒng)控制類指令。RISC指令系統(tǒng)是目前計(jì)算機(jī)發(fā)展的主流，也是CISC指令系統(tǒng)的改進(jìn)，它的最大特點(diǎn)是：指令條數(shù)少；指令長度固