計算機組成原理-指令系統(tǒng)

1、2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved. .指令的一般格式指令的一般格式操作碼字段地址碼字段 操作碼的長度可以是固定的，也可以是變換的。前者將操作碼集中放在指令字的一個字段內(nèi)，這種格式便于硬件設(shè)計，指令的譯碼時間短，廣泛用于字長較長的、大中型計算機和超級小型計算機中。例如IBM370和VAX-11系列機，操作碼長度均為8位。 對于操作碼長度不固定的指令，其操作碼分散在指令字的不同字段中。這種格式可有效地壓縮操作碼的平均長度，在字長較短的微型計算機中被廣泛采

2、用。例如PDP-11、Intel8086/80386等，操作碼的長度是可變的。2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved. .指令的一般格式指令的一般格式OPA1A2A3 0000 A1 A2 A3 0001 A1 A2 A3 1110 A1 A2 A3. 1111 0000 A2 A3 1111 0001 A2 A3 1111 1110 A2 A3.4位操作碼8位操作碼15條三地址指令15條二地址指令2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved. .指令的一般格式指令的一般格式OPA1A2A3 1111

3、 1111 0000 A3 1111 1111 0000 A3 1111 1111 0000 A3. 1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 0001 1111 1111 1111 1111.12位操作碼16位操作碼15條一地址指令16條零地址指令2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved. .指令的一般格式指令的一般格式例題 假設(shè)指令字長為16位，操作數(shù)的地址碼為6位，指令有零地址、一地址、二地址三種格式。（1）設(shè)操作碼固定，若零地址指令由P種，一地址指令有Q中，則二地址指令最多有幾種？（2）采用擴展操作碼技術(shù)，若二

4、地址指令有X種，零地址指令有Y種，則一地址指令最多有幾種？2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved. .指令的一般格式指令的一般格式四地址指令OPA1A3A2A4三地址指令OPA1A3A2由于程序計數(shù)器PC既能存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，又有計數(shù)功能，因此它能自動形成下一條指令的地址。操作碼第一操作數(shù)地址第二操作數(shù)地址結(jié)果地址下一條指令的地址沒有必要將每次運算結(jié)果都存入主存，中間結(jié)果可以暫時存放在CPU的寄存器。2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved. .指令的一般格式指令的一般格式二地址指令OPA

5、1A2一地址指令OPA1如果將一個操作數(shù)的地址隱含在運算器的ACC中，則指令字中只需給出一個地址碼。2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式指令尋址 LDA 1000 ADD 1001 DEC 1200 JMP 7 LDA 2000 SUB 2001 INC STA 2500 LDA 1100.0123456789PC指令地址指令順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ诽S尋址2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式數(shù)據(jù)尋址 立即尋址 直接尋址 隱

6、含尋址 間接尋址 寄存器尋址 寄存器間接尋址 基址尋址 變址尋址 相對尋址2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式立即尋址 立即尋址的特點是操作數(shù)本身設(shè)在指令字內(nèi)，即形式地址A不是操作數(shù)的地址，而是操作數(shù)本身，又稱之為立即數(shù)。OPA立即尋址特征2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式直接尋址 直接尋址的特點是，指令字中的形式地址A就是操作數(shù)的真實地址EA，即 EA=AOPA尋址特征操作數(shù)A主存2008-2010 by Li Weigang.

7、 All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式隱含尋址 隱含尋址是指指令中不明顯的給出操作數(shù)的地址，其操作數(shù)的地址隱含在操作碼或某個寄存器中。OPA尋址特征操作數(shù)AALUACC暫存主存2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式間接尋址 指令字中的形式地址不直接指出操作數(shù)的地址，而是指出操作數(shù)有效地址所在的存儲單元，即 EA=(A)OPA尋址特征EAA操作數(shù)EA主存2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式寄存器尋址 在寄

8、存器尋址的指令字中，地址碼字段直接指出了寄存器的編號，即 EA=RiOPRi尋址特征寄存器.操作數(shù)RRiR.2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式寄存器間接尋址 在寄存器間接尋址的指令字中，Ri中指出的是操作數(shù)所在主存單元的地址號，即 EA=(Ri)OPRi尋址特征寄存器.EARRiR.操作數(shù)主存2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式基址尋址 基址尋址設(shè)有基址寄存器BR，其操作數(shù)的有效地址EA等于指令地址中的形式地址與基址寄存器中的內(nèi)容

9、相加，即 EA=A+(BR)OPA尋址特征操作數(shù)主存ALUBR2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式基址尋址 基址尋址設(shè)有基址寄存器BR，其操作數(shù)的有效地址EA等于指令地址中的形式地址與基址寄存器中的內(nèi)容相加，即 EA=A+(BR)OPA尋址特征操作數(shù)主存ALUR0通用寄存器R0R1Rn-12008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式變址尋址 變址尋址與基址尋址極為相似。其有效地址EA等于指令字中的形式地址A與變址寄存器IX的內(nèi)容相加之和，即

10、 EA=A+(IX)OPA尋址特征操作數(shù)主存ALUIX2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式變址尋址與基址尋址的區(qū)別 基址尋址主要用于程序或數(shù)據(jù)分配存儲空間，故基址寄存器的內(nèi)容通常由操作系統(tǒng)或管理程序確定，在程序的執(zhí)行過程中其值是不可變的，而指令字中的A是可變的。 在變址尋址中，變址寄存器的內(nèi)容由用戶確定，在程序執(zhí)行過程中其值可變，而指令字中的A是不可變的。2008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.2 2. .尋址方式尋址方式相對尋址 相對尋址的有效地址是將程序計數(shù)器

11、PC的內(nèi)容（即當(dāng)前指令的地址）與指令字中的形式地址A相加而成，即 EA=(PC)+AOPA尋址特征操作數(shù)主存ALU1000PCOPA.相對距離A10002008-2010 by Li Weigang. All rights reserved.3 3. .指令格式設(shè)計指令格式設(shè)計例題 某機字長16位，存儲器直接尋址空間為128字，變址時的位移量為-64+63，16個通用寄存器均可作為變址寄存器。設(shè)計一套指令系統(tǒng)格式，滿足下列尋址類型的要求。（1）直接尋址的二地址指令3條。（2）變址尋址的一地址指令6條。（3）寄存器尋址的二地址指令8條。（4）直接尋址的一地址指令12條。（5）零地址指令32條。 2008-2010 by Li