第7章指令系統(tǒng)

1、第七章 指令系統(tǒng)張向東計算機科學與技術系7.1 7.1 指令概述指令概述 用計算機解題時，一般都要編制程序，程序既可用高級語言用計算機解題時，一般都要編制程序，程序既可用高級語言編寫，亦可用機器語言編寫；編寫，亦可用機器語言編寫； 但計算機只能夠識別和執(zhí)行用但計算機只能夠識別和執(zhí)行用機器語言機器語言編寫的程序；編寫的程序； 各種高級語言編寫的應用程序，最終都要翻譯成機器語言來各種高級語言編寫的應用程序，最終都要翻譯成機器語言來執(zhí)行。執(zhí)行。 機器語言是由一系列的指令（語句）組成的；機器語言是由一系列的指令（語句）組成的； 指令的格式就是機器語言的語法；指令的格式就是機器語言的語法； 每條指令每條

2、指令規(guī)定機器完成一定的功能規(guī)定機器完成一定的功能。 一臺計算機的所有的一臺計算機的所有的指令集合稱為該機的指令系統(tǒng)指令集合稱為該機的指令系統(tǒng)或指令集?；蛑噶罴Ｋ浅绦蚬ぷ髡呔幹瞥绦虻幕疽罁?jù)，也是進行計算機邏輯它是程序工作者編制程序的基本依據(jù)，也是進行計算機邏輯設計的基本依據(jù)設計的基本依據(jù) 。機器語言機器語言指令概述指令概述指令設計者：指令設計者：如何用具體的硬件電路如何用具體的硬件電路 芯片芯片 設備來實設備來實 現(xiàn)機器指令系統(tǒng)的功能?，F(xiàn)機器指令系統(tǒng)的功能。指令使用者：指令使用者：使用指令來編制程序，完成預定任務。使用指令來編制程序，完成預定任務。任務任務源程序源程序編譯鏈接編譯鏈接匯編語

3、言匯編語言 級別級別指令指令尋址方式尋址方式數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)表示三個方面。三個方面。包括包括指令集：指令集：機器指令：機器指令：指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)：計算機能夠直接進行某種基本操作的二進制代碼語言。計算機能夠直接進行某種基本操作的二進制代碼語言。全部機器指令的集合，是表征計算機性能的重要指標。全部機器指令的集合，是表征計算機性能的重要指標。層次關系層次關系指令指令指令指令指令指令指令指令硬件硬件用戶用戶操作操作軟件軟件軟件軟件軟件軟件軟件軟件NoImage指令系統(tǒng)基本概念o機器指令（指令） n計算機能直接識別、執(zhí)行的某種操作命令。 o指令系統(tǒng)（指令集） n 一臺計算機中所有機器指令的集合。 n機器硬

4、件設計的依據(jù)，也是軟件設計的基礎。 n硬件和軟件間的界面，直接影響計算機系統(tǒng)性能7.2 指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求7.2.1指令系統(tǒng)的發(fā)展 計算機的程序是由一系列機器指令組成的。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、機器指令和宏指令之分： 微指令-微程序級的命令，解釋執(zhí)行機器指令。屬于硬件 宏指令-由若干條機器指令組成的軟件指令，完成某一特定功能。屬于軟件 機器指令-介于微指令與宏指令之間，通常簡稱為指令，完成某一特定操作。本章所討論的指令，是機器指令。1. 1. 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是表征一臺計算機性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)

5、軟件，影響到機器的適用范圍。 2 2指令系統(tǒng)的發(fā)展指令系統(tǒng)的發(fā)展 （1 1）系列計算機）系列計算機系列計算機是指基本指令系統(tǒng)相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一個系列的各種型號的計算機。其必要條件是同一系列的各機種有共同的指令集而且新推出機種的指令系統(tǒng)一定應包含所有舊機種的全部指令，即實現(xiàn)向上兼容。這樣，舊機種上運行的各種軟件可以不加任何修改便可在新機種上運行，大大減少了軟件開發(fā)費用。系列機解決了各機種的軟件兼容問題。 （2 2）指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從計算機指令系統(tǒng)的角度看當前的計算機指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩大類： 復雜指令集計算機（CISC） 精簡指令集計算機（RISC） 系列機的推出解決了各機種的軟

6、件兼容問題,大大減少了軟件開發(fā)費用計算機發(fā)展的兩大流派3 3指令系統(tǒng)的性能要求指令系統(tǒng)的性能要求 一個完善的指令系統(tǒng)應滿足如下四方面的要求：一個完善的指令系統(tǒng)應滿足如下四方面的要求： （1 1） 完備性完備性。完備性是指用匯編語言編寫各種程序時，指令系統(tǒng)直接提。完備性是指用匯編語言編寫各種程序時，指令系統(tǒng)直接提供的指令足夠使用，而不必用軟件來實現(xiàn)。完備性要求指令系統(tǒng)豐富、供的指令足夠使用，而不必用軟件來實現(xiàn)。完備性要求指令系統(tǒng)豐富、功能齊全、使用方便。功能齊全、使用方便。 （2 2） 有效性有效性。有效性是指利用該指令系統(tǒng)所編寫的程序能夠高效率地運。有效性是指利用該指令系統(tǒng)所編寫的程序能夠高效

7、率地運行。高效率主要表現(xiàn)在程序占據(jù)存儲空間小、執(zhí)行速度快。行。高效率主要表現(xiàn)在程序占據(jù)存儲空間小、執(zhí)行速度快。 （3 3） 規(guī)整性規(guī)整性。規(guī)整性包括指令系統(tǒng)的對稱性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)。規(guī)整性包括指令系統(tǒng)的對稱性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性。格式的一致性。 對稱性：在指令系統(tǒng)中所有的寄存器和存儲器單元都可同等對待，所對稱性：在指令系統(tǒng)中所有的寄存器和存儲器單元都可同等對待，所有的指令都可使用各種尋址方式；有的指令都可使用各種尋址方式； 勻齊性：一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型；勻齊性：一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型； 格式一致性：指令長度和數(shù)據(jù)長度有一定的關系，以方便

8、處理和存取。格式一致性：指令長度和數(shù)據(jù)長度有一定的關系，以方便處理和存取。 （4 4） 兼容性兼容性：至少要能做到：至少要能做到 向上兼容向上兼容 ，即低檔機上運行的軟件可以在，即低檔機上運行的軟件可以在高檔機上運行。高檔機上運行。完善的指令系統(tǒng)完備性高效性規(guī)整性兼容性4低級語言與硬件結(jié)構(gòu)的關系 計算機的程序是計算機能夠識別的一串指令或語句。編寫程序的過程，稱為程序設計，而程序設計所使用的工具則是計算機語言 計算機語言有高級語言和低級語言之分。高級語言語句和用法與具體機器的指令系統(tǒng)無關。低級語言分機器語言（二進制語言）和匯編語言（符號語言），這兩種語言都是面向機器的語言，它們和具體機器的指令系

9、統(tǒng)密切相關。 NoImageNoImageNoImage傳統(tǒng)機器級計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)5.高級語言級4.匯編語言級3.操作系統(tǒng)級2.一般機器級1.微程序設計級7.3 7.3 指令格式指令格式 指令由操作碼和地址碼兩部分組成，它的基本格式如下：指令由操作碼和地址碼兩部分組成，它的基本格式如下： 操操 作作 碼碼 地地 址址 碼碼 操作碼是說明指令操作性質(zhì)的二進制數(shù)代碼。操作碼是說明指令操作性質(zhì)的二進制數(shù)代碼。 操作碼所占的二進制位數(shù)決定了一臺計算機所能允許的指令操作碼所占的二進制位數(shù)決定了一臺計算機所能允許的指令 條數(shù)。條數(shù)。 例如，操作碼占用六位二進制碼時，這臺計算機最多允許有：例如，操作碼占

10、用六位二進制碼時，這臺計算機最多允許有： 2 26 664 64 條指令條指令1. 1.操作碼操作碼 2. 2. 地址碼地址碼 根據(jù)一條指令中有幾個操作數(shù)地址，可將該指令稱為根據(jù)一條指令中有幾個操作數(shù)地址，可將該指令稱為幾操作數(shù)指令或幾地址指令。幾操作數(shù)指令或幾地址指令。一般的操作數(shù)有被操作數(shù)、操作數(shù)及操作結(jié)果這一般的操作數(shù)有被操作數(shù)、操作數(shù)及操作結(jié)果這三種數(shù)，因而就形成了三地址指令格式。在此基三種數(shù)，因而就形成了三地址指令格式。在此基礎上，后來又發(fā)展成二地址格式、一地址格式和零地礎上，后來又發(fā)展成二地址格式、一地址格式和零地址格式，如下圖所示：址格式，如下圖所示：操作碼操作碼A1A1A2A2

11、A3A3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 三地址指令字中有三個操作數(shù)地址。三地址指令字中有三個操作數(shù)地址。(A1)(A1)OPOP(A2)(A2) A3A3 A1A1為被操作數(shù)地址，也稱源操作數(shù)地址；為被操作數(shù)地址，也稱源操作數(shù)地址； A2A2為操作數(shù)地為操作數(shù)地址，也稱終點（目的）操作數(shù)地址；址，也稱終點（目的）操作數(shù)地址； A3A3為存放結(jié)果的地址。為存放結(jié)果的地址。同樣，同樣，A1,A2,A3A1,A2,A3既可以是內(nèi)存中的單元地址，也可以是運算既可以是內(nèi)存中的單元地址，也可以

12、是運算器中通用寄存器的地址。器中通用寄存器的地址。 單地址指令又稱為單操作數(shù)指令。通常這種指令通常以單地址指令又稱為單操作數(shù)指令。通常這種指令通常以運算器中累加寄存器運算器中累加寄存器ACAC中的數(shù)據(jù)為被操作數(shù)，指令字的地中的數(shù)據(jù)為被操作數(shù)，指令字的地址碼字段所指明的數(shù)為操作數(shù)，操作結(jié)果又放回累加寄存器址碼字段所指明的數(shù)為操作數(shù)，操作結(jié)果又放回累加寄存器ACAC中。中。 (AC)(AC)OPOP(A)(A)ACACOPOP表示操作性質(zhì)；（表示操作性質(zhì)；（ACAC）表示累加寄存器）表示累加寄存器ACAC中的數(shù)；中的數(shù)；（A A）表示內(nèi)存中地址為）表示內(nèi)存中地址為A A的存儲單元中的數(shù)或運算器中地

13、的存儲單元中的數(shù)或運算器中地址為址為A A的通用寄存器中的數(shù)；的通用寄存器中的數(shù)； 表示把操作（運算）結(jié)果傳表示把操作（運算）結(jié)果傳送到指定的地方。送到指定的地方。 二地址指令常稱為雙操作數(shù)指令，它的兩個地址碼二地址指令常稱為雙操作數(shù)指令，它的兩個地址碼字段分別指明參與操作的兩個數(shù)在內(nèi)存中或運算字段分別指明參與操作的兩個數(shù)在內(nèi)存中或運算器中通用寄存器的地址，器中通用寄存器的地址，A1A1作存放操作結(jié)果的地址。作存放操作結(jié)果的地址。(A1)(A1)OPOP(A2)(A2) A1A1 零地址指令的指令字中只有操作碼，而沒有地零地址指令的指令字中只有操作碼，而沒有地址碼。址碼。 7.3.1 操作碼(

14、OP)與地址碼(AC)o指令系統(tǒng)中每一條指令對應一個操作碼 o操作碼的長度取決于指令系統(tǒng)的規(guī)模 nLOP=log2n o定長指令、變長指令 o地址碼包括被操作數(shù)，操作數(shù)，操作結(jié)果操作碼字段地址碼字段1、指令分類方法o按計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)分類 o按操作數(shù)個數(shù)分類 o按操作數(shù)物理位置分類o微指令： n微程序級的指令，屬于硬件層面 o機器指令： n每一條機器指令可以完成一個獨立的運算。 o宏指令： n若干機器指令組成的軟件指令，屬于軟件 OPA1A2A3 三地址指令 OPA1A2 二地址指令 OPA1 一地址指令 OP零地址指令 (A1)OP(A2) (A3) (A1)OP(A2) (A1) (A

15、C)OP(A) AC如停機,空操作,堆棧指令o 5、指令字長度o指令中包含二進制代碼的位數(shù) o與機器字的長度有關: 單字長,雙字長,半字長。 o采用多字長指令的目的 n解決尋址較大存儲空間的問題 n取指令要多次訪內(nèi),影響速度，占用存儲空間較大。 o等長指令: 結(jié)構(gòu)簡單，控制線路簡單。 o變長指令: 結(jié)構(gòu)靈活，充分利用指令長度，控制復雜 指令字長指令字長指令字長決定于指令字長決定于操作碼的長度操作碼的長度操作數(shù)地址的長度操作數(shù)地址的長度操作數(shù)地址的個數(shù)操作數(shù)地址的個數(shù)使用多字長指令的目的：使用多字長指令的目的： 在于提供足夠的地址位數(shù)來解決訪問內(nèi)存任何單元的問題。在于提供足夠的地址位數(shù)來解決訪問

16、內(nèi)存任何單元的問題。最大缺點：最大缺點： 兩次或多次訪問內(nèi)存才可一取出一條指令，降低了兩次或多次訪問內(nèi)存才可一取出一條指令，降低了CPU 的運算速度。指令越長，占用了更多的存儲空間。的運算速度。指令越長，占用了更多的存儲空間。2.長度限制長度限制操作碼長度地址碼長度操作碼長度地址碼長度指令中包含的二進制代碼的位數(shù)。指令中包含的二進制代碼的位數(shù)。計算機一次能夠處理的最長的二進制位數(shù)。計算機一次能夠處理的最長的二進制位數(shù)。單字長指令：單字長指令： 指令字長度指令字長度 機器字長度機器字長度半字長指令：半字長指令： 指令字長度指令字長度 半個機器字長度半個機器字長度雙字長指令：雙字長指令： 指令字長

17、度指令字長度 2個機器字長度個機器字長度3.分類：分類：1.基本概念基本概念(2) 指令字長指令字長： (1) 機器字長：機器字長：(3) 存儲字長：存儲字長：一個存儲單元可存儲的二進制代碼一個存儲單元可存儲的二進制代碼 的位數(shù)。的位數(shù)。6、指令字助記符o ADD o SUB o MOV o JMP o STR o LDA7 7、指令操作碼的擴展技術、指令操作碼的擴展技術(1)(1)操作碼定長操作碼定長mm 2 2n n一般在指令字的最高位分配若干個固定位表示操作碼。一般在指令字的最高位分配若干個固定位表示操作碼。若操作碼占用若操作碼占用n n位，則可以表示多少條不同的指令？位，則可以表示多少

18、條不同的指令？操作碼定長編碼法的特點是什么？操作碼定長編碼法的特點是什么？(2)(2)操作碼長度可變操作碼長度可變這種格式對于簡化硬件設計，減這種格式對于簡化硬件設計，減少指令譯碼時間非常有利，在字少指令譯碼時間非常有利，在字長較長的大、中型機和超級小型長較長的大、中型機和超級小型機以及機以及RISCRISC上廣泛采用。上廣泛采用。各指令操作碼的位置、位數(shù)不固定，根據(jù)需要變化。各指令操作碼的位置、位數(shù)不固定，根據(jù)需要變化。這種格式能夠有效地壓縮程序中操作碼的平這種格式能夠有效地壓縮程序中操作碼的平均長度，在字長較短的微型機上廣泛采用。均長度，在字長較短的微型機上廣泛采用。 如如Z80Z80、I

19、ntel8086Intel8086PentiumPentium等。等。含義？含義？優(yōu)點？優(yōu)點？缺點？缺點？增加指令譯碼和分析的難度，使控制器的設計復增加指令譯碼和分析的難度，使控制器的設計復雜化。雜化。 擴展操作碼技術擴展操作碼技術 舉例：舉例：采用采用“擴展操作碼技術擴展操作碼技術”設計設計61條指令，其中三地址指令條指令，其中三地址指令15條，條，二地址指令二地址指令15條，一地址指令條，一地址指令15條，零地址指令條，零地址指令16條。條。解：解：OP A1 A2 A3（1）OPA2A3（2）000000011110A1A1A1A2A2A2A3A3A315條三地址指令條三地址指令4 位操

20、作碼位操作碼 A2A2A2A3A3A311111111111100000001111015條二地址指令條二地址指令8 位操作碼位操作碼 擴展操作碼技術擴展操作碼技術OPA3（3）OP（4）111111111111111111111111A3A3A30000000111101111111111111111111111111111111111110000000111113.設計原則設計原則(1)使用頻度使用頻度較高較高的指令占用的指令占用較短較短的操作碼的操作碼(2)使用頻度使用頻度較低較低的指令占用的指令占用較長較長的操作碼的操作碼有利于有利于CPU縮短對指令的譯碼時間，提高指令執(zhí)行速度?？s短對

21、指令的譯碼時間，提高指令執(zhí)行速度。15條一地址指令條一地址指令12 位操作碼位操作碼16條零地址指令條零地址指令16 位操作碼位操作碼 例題：假如某計算機模型：7條指令(I1I7)，程序中出現(xiàn)的概率用Pi表示，則可考慮表51所示的方案，這就是擴展操作碼，使用頻率高的指令的操作碼為2位，低的用4位。這不是壓縮到最小代碼的方案，因為在計算機中的操作碼還是希望有一定的規(guī)整性，否則會引起硬件實現(xiàn)的復雜化。2.2401.0101.0403.0405.0217.0228.0245.01niiiIP指令的平均長度：由此可見，操作碼擴展技術是一種重要的由此可見，操作碼擴展技術是一種重要的指令優(yōu)化技術，指令優(yōu)化

22、技術，它可以縮短指令的平均長度，它可以縮短指令的平均長度，減少程序的總位數(shù)以及增加指令字所能表示的減少程序的總位數(shù)以及增加指令字所能表示的操作信息。操作信息。當然，擴展操作碼比固定操作碼譯當然，擴展操作碼比固定操作碼譯碼復雜，使控制器的設計難度增大，且需更多碼復雜，使控制器的設計難度增大，且需更多的硬件來支持。的硬件來支持。8 8、 指令長度與字長的關系指令長度與字長的關系 字長：字長：指計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的指計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)位數(shù)，它是計算機的一個重要技術指標。，它是計算機的一個重要技術指標。 作用作用: :字長決定了計算機的運算精度，字長越字長決定了計算機的運算精

23、度，字長越長，計算機的運算精度越高。長，計算機的運算精度越高。一般機器的字長都是字節(jié)長度一般機器的字長都是字節(jié)長度( (即即8 8位位) )的的l l，2 2，4 4或或8 8倍數(shù)。倍數(shù)。 指令的長度：主要取決于指令的長度：主要取決于操作碼的長度操作碼的長度、操作數(shù)地址操作數(shù)地址的長度的長度和和操作數(shù)地址的個數(shù)操作數(shù)地址的個數(shù)。各指令的長度不是固定的，。各指令的長度不是固定的，但也不是任意的。但也不是任意的。指令的長度通常為字節(jié)的整數(shù)倍。指令的長度通常為字節(jié)的整數(shù)倍。 指令的長度與機器的字長沒有固定的關系指令的長度與機器的字長沒有固定的關系，它既可以小于或等于機器的字長，也可以大于機器它既可以

24、小于或等于機器的字長，也可以大于機器的字長。前者稱為短格式指令，后者稱為長格式指的字長。前者稱為短格式指令，后者稱為長格式指令，一條指令存放在地址連續(xù)的存儲單元中。令，一條指令存放在地址連續(xù)的存儲單元中。 在同一臺計算機中可能既有短格式指令又有長格在同一臺計算機中可能既有短格式指令又有長格式指令，但通常是把最常用的指令式指令，但通常是把最常用的指令( (如算術邏輯運算如算術邏輯運算指令、數(shù)據(jù)傳送指令指令、數(shù)據(jù)傳送指令) )設計成短格式指令，以便節(jié)省設計成短格式指令，以便節(jié)省存儲空間和提高指令的執(zhí)行速度。存儲空間和提高指令的執(zhí)行速度。例：例：out port,AL-out port,AL-長格式

25、長格式 out DX,ALout DX,AL-短格式短格式7、PDP-11 指令格式舉例OP（10bit）MODE(3)Rn(3)OP（10bit）MODE(3)Rn(3)MODE(3)Rn(3)源操作數(shù)被操作數(shù)尋址模式操作數(shù)地址單字長指令雙字長指令第一字節(jié)第一個半字第二個半字第三個半字第二字節(jié) 第三字節(jié) 第四字節(jié) 第五字節(jié) 第六字節(jié)IBM 370系列機的指令格式（1）R1OPR2RR型OPR1R2RRE型RR型指令與RRE型指令是寄存器-寄存器型指令，參加運算的操作數(shù)都在通用寄存器中。課堂練習與思考：課堂練習與思考：1.指令格式中，地址碼字段是通過 來體現(xiàn)的,因為通過某種方式的變換,可以給出

26、 地址。常用的指令格式有零地址指令、單地址指令、 三種.尋址方式 操作數(shù)有效 二地址指令 2、二地址指令中,操作數(shù)的物理位置可安排在_。A、棧頂和次棧頂 B、兩個主存單元 C、一個主存單元和一個寄存器 D、兩個寄存器 C3、指令格式是指令用 表示的結(jié)構(gòu)形式,通常格式中由操作碼字段和 字段組成。二進制代碼 地址碼 4、指令字長為16位，每個地址碼為6位，采用擴展操作碼的方式，設計14條二地址指令，100條一地址指令，100條零地址指令。 畫出擴展圖。 計算操作碼平均長度。【解】 操作碼的擴展如下：0 0 0 0 14條二地址指令1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 100條一地

27、址指令1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 100條零地址指令1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 操作碼平均長度 = (414+10100+16100)/21412.47.3.2 指令尋址方式o尋找指令或操作數(shù)有效地址的方式 n指令尋址 o順序?qū)ぶ?o跳躍尋址 n操作數(shù)尋址 NoImage1、順序?qū)ぶ穙程序的指令序列在主存順序存放。程序執(zhí)行時從第一條指令開始，逐條取出并逐條執(zhí)行，這種程序的順序執(zhí)行過程，稱為順序?qū)ぶ贩绞健?o為了達到順序?qū)ぶ返哪康?，CPU中必須有一個程序計數(shù)器（PC）對指令的順序號進行

28、計數(shù)。PC中開始時存放程序的首地址，每執(zhí)行一條指令，PC 加1，以指出下條指令的地址，直到程序結(jié)束。 oPC存放下一條指令的地址 指令尋址指令尋址數(shù)據(jù)尋址數(shù)據(jù)尋址尋址方式尋址方式分類：分類：一、指令尋址一、指令尋址尋找指令尋找指令尋找數(shù)據(jù)尋找數(shù)據(jù)（1）順序?qū)ぶ罚╉樞驅(qū)ぶ? PC ) + 1賦值賦值PC（2）跳躍：）跳躍：由轉(zhuǎn)移指令指出由轉(zhuǎn)移指令指出順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?跳躍尋址跳躍尋址7順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?尋址方式尋址方式 確定確定 本條指令本條指令 的的 操作數(shù)地址操作數(shù)地址下一條下一條 欲執(zhí)行欲執(zhí)行 指令指令 的的 指令地址指令地址含義：含義：LDA 1000

29、ADD 1001DEC 1200JMP 7LDA 2000SUB 2001INCSTA 2500LDA 1100.123456789指令地址尋址方式指令地址尋址方式指令地址指令地址指令指令0PC0+17.3.3 操作數(shù)的尋址方式o形成操作數(shù)有效地址的方法。 n單地址指令地址碼的構(gòu)成: X , I ,D n實際有效地址為E, 實際操作數(shù)S n S= (E) OPXID尋址方式分類o立即尋址 o直接尋址 o間接尋址 o寄存器尋址、o寄存器間接尋址 o相對尋址 o變址尋址 o復合尋址 數(shù)據(jù)尋址數(shù)據(jù)尋址 形式地址形式地址 A操作碼操作碼尋址特征尋址特征描述指令功能描述指令功能決定尋址方式?jīng)Q定尋址方式由

30、由形式地址形式地址找到找到有效地址有效地址的過程。的過程。精髓：精髓：指令字中的地址指令字中的地址 操作數(shù)的真實地址操作數(shù)的真實地址 1. 立即尋址立即尋址 OP # A立即尋址特征立即尋址特征立即數(shù)立即數(shù)（1）格式）格式指令執(zhí)行階段不訪存指令執(zhí)行階段不訪存A 的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍（3）特點：）特點： 且且A可正可負可正可負 補碼補碼（2）結(jié)果：形式地址）結(jié)果：形式地址 A 就是操作數(shù)就是操作數(shù)指令字長指令字長存儲字長存儲字長機器字長機器字長約定約定 2. 直接尋址直接尋址EA = A 有效地址由形式地址直接給出有效地址由形式地址直接給出公式：公式：尋址特征尋址特征

31、AACCOPA操作數(shù)操作數(shù)主存主存執(zhí)行階段訪問一次存儲器執(zhí)行階段訪問一次存儲器A 的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍操作數(shù)的地址不易修改（必須修改操作數(shù)的地址不易修改（必須修改A）特點：特點：變換過程：變換過程：變換過程：變換過程：3. 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公式：公式：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ADDA操作數(shù)操作數(shù)主存主存舉例：舉例：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MOVS 指令指令 源操

32、作數(shù)的地址隱含在源操作數(shù)的地址隱含在 SI 中中目的操作數(shù)的地址隱含在目的操作數(shù)的地址隱含在 DI 中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，可縮短指令字長特點：特點：4. 間接尋址間接尋址EA =（A）有效地址由形式地址間接提供有效地址由形式地址間接提供公式：公式：尋址特征尋址特征AEAA1EA尋址特征尋址特征A一次間址一次間址多次間址多次間址操作數(shù)操作數(shù)操作數(shù)操作數(shù)OPAEA主存主存OPA A1主存主存 EA10執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段 2 次訪存次訪存/多次訪存多次訪存可擴大尋址范圍可擴大尋址范圍 便于編制程序便于編制程序特點：特點：變換過程：變換過程：5.

33、寄存器直接尋址寄存器直接尋址EA = Ri 有效地址即為寄存器編號有效地址即為寄存器編號公式：公式：尋址特征尋址特征OPRi操作數(shù)操作數(shù)R0RiRn寄存器寄存器執(zhí)行階段不訪存，只訪問寄存器，執(zhí)行速度快執(zhí)行階段不訪存，只訪問寄存器，執(zhí)行速度快寄存器個數(shù)有限，可縮短指令字長寄存器個數(shù)有限，可縮短指令字長特點：特點：變換過程：變換過程：6. 寄存器間接尋址寄存器間接尋址EA = ( Ri ) 有效地址在寄存器中有效地址在寄存器中公式：公式：尋址特征尋址特征OPRi地址地址R0RiRn寄存器寄存器有效地址在寄存器中，有效地址在寄存器中， 操作數(shù)在存儲器中，執(zhí)行階段訪存操作數(shù)在存儲器中，執(zhí)行階段訪存便于

34、編制循環(huán)程序便于編制循環(huán)程序特點：特點：操作數(shù)操作數(shù)主存主存操作數(shù)操作數(shù)7. 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 ) + A BR 為基址寄存器為基址寄存器公式：公式：尋址特征尋址特征ALUOPABR操作數(shù)操作數(shù)主存主存在程序的執(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 可變可變可擴大尋址范圍可擴大尋址范圍便于程序浮動便于程序浮動BR 內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定特點：特點：變換過程：變換過程：變換過程：變換過程：(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

35、EA = ( Ri ) + A Ri 為基址寄存器為基址寄存器公式：公式：尋址特征尋址特征ALUR0 作基址寄存器作基址寄存器OPR0A通用寄存器通用寄存器R0Rn-1R1操作數(shù)操作數(shù)主存主存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)確定在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 R0 內(nèi)容不變，形式地址內(nèi)容不變，形式地址 A 可變可變特點：特點：變換過程：變換過程：8. 變址尋址變址尋址EA = ( IX ) +AIX 為變址寄存器（專用）為變址寄存器（專用）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

36、變址寄存器特點：特點：尋址特征尋址特征ALUOPAIX操作數(shù)操作數(shù)主存主存可擴大尋址范圍可擴大尋址范圍便于處理數(shù)組問題便于處理數(shù)組問題IX 的內(nèi)容由用戶給定的內(nèi)容由用戶給定 在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 IX 內(nèi)容可變，形式地址內(nèi)容可變，形式地址 A 不變不變特點：特點：變換變換過程：過程：9. 相對尋址相對尋址 EA = ( PC ) + AA 是相對于當前指令的位移量（可正可負，補碼）是相對于當前指令的位移量（可正可負，補碼）公式：公式：操作數(shù)操作數(shù)尋址特征尋址特征ALU相對距離相對距離 A1001PCOPA主存主存1000AOPA 的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址范圍的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址

37、范圍程序浮動程序浮動廣泛用于轉(zhuǎn)移指令廣泛用于轉(zhuǎn)移指令特點：特點：出棧出棧 （SP）+ 1 SP進棧進棧 （SP） 1 SP先進后出先進后出（一個入出口）（一個入出口）10. 堆棧尋址堆棧尋址(1) 堆棧的特點堆棧的特點堆棧堆棧硬堆棧硬堆棧軟堆棧軟堆棧多個寄存器多個寄存器指定的存儲空間指定的存儲空間 11FFFH +12000 H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棧頂棧頂棧頂?shù)刂窏ｍ數(shù)刂?由由 SP 指出指出(2) 堆棧尋址舉例堆棧尋址舉例15200HACCSPX棧頂棧頂200H棧底棧底主存主

38、存PUSH A 前前15棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存X1FFH1FFHSP15ACCPUSH A 后后X棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存151FFHYACC1FFHSPPOP A 前前棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存X15200HSP15ACCPOP A 后后11設計指令格式涉及的問題設計指令格式涉及的問題機器設計復雜機器設計復雜尋址方式復雜尋址方式復雜指令集豐富指令集豐富使用靈活，可編寫出高效的程序使用靈活，可編寫出高效的程序(1)機器設計容易機器設計容易使用上困難使用上困難尋址方式少尋址方式少(2)1. 指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)的 兼容性兼容性，（向上兼容）（向上兼容）2. 操作類型操作類型

39、指令個數(shù)指令個數(shù)操作的難易程度操作的難易程度3.數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型指令格式指令格式指令字長、操作碼位數(shù)指令字長、操作碼位數(shù)地址碼位數(shù)、地址個數(shù)地址碼位數(shù)、地址個數(shù)尋址方式、是否采用擴展操作碼尋址方式、是否采用擴展操作碼4.5.尋址方式尋址方式，是否采用是否采用擴展操作碼技術擴展操作碼技術6.寄存器個數(shù)寄存器個數(shù) （1）直接尋址的二地址指令）直接尋址的二地址指令3條；條；（2）變址尋址的一地址指令）變址尋址的一地址指令6條；條；（3）寄存器尋址的二地址指令）寄存器尋址的二地址指令8條；條；（4）直接尋址的一地址指令）直接尋址的一地址指令12條；條；（5）零地址指令）零地址指令32條。條。例例2：某

40、機字長：某機字長16為，存儲器直接尋址空間為為，存儲器直接尋址空間為128字，變址時的位移量為字，變址時的位移量為6463， 16個通用寄存器均可組作為變址寄存器。采用擴展操作碼技術，設計一套指令個通用寄存器均可組作為變址寄存器。采用擴展操作碼技術，設計一套指令 系統(tǒng)格式，滿足下列尋址類型的要求：系統(tǒng)格式，滿足下列尋址類型的要求：解：解：2n = 128 n = 72m = 128 m = 7由題干可知由題干可知 直接尋址空間為直接尋址空間為128個字個字變址位移量為變址位移量為128指令中的指令中的地址碼字段地址碼字段A所占的位數(shù)所占的位數(shù) = 7（1）直接尋址的二地址指令）直接尋址的二地址

41、指令3條：條：OPA1A27位位7位位2位位0 00 11 0二地址指令二地址指令3條條解：解：（2）變址尋址的一地址指令）變址尋址的一地址指令6條條變址寄存器選擇變址寄存器選擇AOP7位位4位位5位位可使用可使用11111111111111000001010011100101變址尋址的一地址指令變址尋址的一地址指令6條條解：解：R1R2OPOP（3）寄存器尋址的二地址指令）寄存器尋址的二地址指令8條條4位位4位位8位位111011111011110111101111011110111101111011110000001010011100101110111寄存器尋址的二地址指令寄存器尋址的二地

42、址指令8條條已經(jīng)分配完畢已經(jīng)分配完畢解：解： （4）直接尋址的一地址指令）直接尋址的一地址指令12條條AOP7位位9位位 直接尋址的直接尋址的一地址指令一地址指令12條條111110000111110001111110010111110011111110100111110101111110110111110111111111000111111001111111010111111011111101111已經(jīng)分配完畢已經(jīng)分配完畢解：解：（5）零地址指令）零地址指令32條條111111110很多種很多種NoImageNoImageNoImage 答：答：指令格式及尋址方式的特點如下： 1）單字長二地

43、址指令； 2）操作碼可指定16條指令； 3）源和目的均有8種尋址方式； 4）源地址寄存器和目的地址寄存器均有8個； 5）可尋址范圍為164K 例2.分析以下指令格式及尋址方式特點？OP尋址方式 寄存器 尋址方式 寄存器源地址目標地址 15 12 11 9 8 6 5 3 2 0NoImageNoImageNoImage20050011002001005008001002002100OPXD=100PC=1000R基基=2000 尋址方式尋址方式X操作數(shù)操作數(shù)立即立即0100直接直接1200間接間接2500相對相對3100變址變址4200變址間址變址間址5500有效地址有效地址ES=DE=D=1

44、00E=(D)=200E=PC+D=1100E=(R)+D=2100E=(R)+D)=200例3 3設某機的指令格式、有關寄存器和主存內(nèi)容如下，設某機的指令格式、有關寄存器和主存內(nèi)容如下，X X為尋址方式，為尋址方式，D D為形式地址，請在下表中填入有效地址為形式地址，請在下表中填入有效地址E E及操及操作數(shù)的值。？作數(shù)的值。？解答：例題例題4. 4. 某機指令格式如下某機指令格式如下: : 15 10 9 8 7 0其中X為尋址特征位,且X=00時不變址;X=01時用變址寄存器X1進行變址;X=10時用變址寄存器X2進行變址;X=11時相對尋址。設(PC)=1234H,(X1) =(X2)=

45、1122H,請確定下列指令的有效地址(均用十六進制表示，H表示十六進制)；(1)4420H (2)2244H (3)1322H (4)3521H (5)6723H解:(1)指令4420H展開為：0100010 00 0100000BX=00不變址，有效地址=D=0020HOPXD(2)指令2244H展開為:001000 10 01000100BX=10用變址寄存器X2進行變址，有效地址=(X2)+D=1122H+44H=1166H(3)指令1322H展開為:000100 11 00100010BX=11為相對尋址,有效地址=(PC)+D=1234H+ 22H=1256H(4)指令3521H展開

46、為:001101 01 00100001BX=01用變址寄存器X1進行變址，有效地址=(X1)+D=0037H+21H=0058H(5)指令6723H展開為:011001 11 00100011BX=11為相對尋址,有效地址=(PC)+D=1234H+23H =1257H課堂練習與思考：課堂練習與思考：1、若存儲器中的內(nèi)容是操作數(shù)的地址，則使用的尋址方式是 。 2、單地址指令中為了實現(xiàn)兩個數(shù)的算術運算，除地址碼指明的一個操作數(shù)外，另一個常采用 尋址方式。 存儲器間接尋址 隱含 3、變址尋址方式中,操作數(shù)的有效地址等于 。A、基值寄存器內(nèi)容加上形式地址（位移量）B、堆棧指示器內(nèi)容加上形式地址（位

47、移量）C、變址寄存器內(nèi)容加上形式地址（位移量）D、程序記數(shù)器內(nèi)容加上形式地址（位移量）C課堂練習與思考：課堂練習與思考：4、用某個寄存器中操作數(shù)的尋址方式稱為_尋址。A 直接 B 間接 C 寄存器直接 D 寄存器間接 C5. 寄存器間接尋址方式中，操作數(shù)處在_。 A. 通用寄存器 B. 主存單元 C. 程序計數(shù)器 D. 堆棧B6、指令系統(tǒng)采用不同尋址方式的目的是_。A 實現(xiàn)存貯程序和程序控制；B 縮短指令長度，擴大尋址空間，提高編程靈活性；C 可直接訪問外存；D 提供擴展操作碼的可能并降低指令譯碼的難度；B課堂練習與思考：課堂練習與思考：7 7指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式

48、及尋址方式特點。15 10 9 8 7 4 3 0解：解：雙字長二地址指令，用于訪問存儲器，操作碼字段可指定64種操作；RS型指令，一個操作數(shù)在通用寄存器中（共16個通用寄存器），另一個操作數(shù)在內(nèi)存中有效地址可通過基址尋址求得，即有效地址等于基址寄存器（共16個）內(nèi)容加上位移量。 OP源寄存器基址寄存器位移量（16位）課堂練習與思考：課堂練習與思考：8. 某機主存容量為 4M 16 位，且存儲字長等于指令字長，若該機的指令系統(tǒng)具備 120 種操作。操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、立即、相對四種尋址方式。 （1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用； （2）該指令直接尋址的最大范圍； （3）一

49、次間址的尋址范圍； （4）相對尋址的尋址范圍。 答：指令字長 16 位，操作碼為 7 位，尋址特征位 2 位，地址碼 7 位； -6463 ； 15 9 8 7 6 02 16 ； 2 16 OP尋址特征地址碼1. 1.數(shù)據(jù)傳送類指令數(shù)據(jù)傳送類指令 這類指令的功能是實現(xiàn)寄存器與寄存器，寄存器與存儲單這類指令的功能是實現(xiàn)寄存器與寄存器，寄存器與存儲單元以及存儲單元與存儲單元之間的數(shù)據(jù)傳送。元以及存儲單元與存儲單元之間的數(shù)據(jù)傳送。 數(shù)據(jù)傳送指令主要包括取數(shù)指令、存數(shù)指令、傳送指令、數(shù)據(jù)傳送指令主要包括取數(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、堆棧操作成組傳送指令、字

50、節(jié)交換指令、清累加器指令、堆棧操作 指令等等。指令等等。2.2.算術運算指令算術運算指令 這類指令包括二進制定點加、減、乘、除指令，浮點加、這類指令包括二進制定點加、減、乘、除指令，浮點加、減、乘、除指令，求反、求補指令，算術移位指令，算術比較減、乘、除指令，求反、求補指令，算術移位指令，算術比較指令，十進制加、減運算指令等。這類指令主要用于定點或浮指令，十進制加、減運算指令等。這類指令主要用于定點或浮點的算術運算。大型機（如點的算術運算。大型機（如IBM 370IBM 370機、國產(chǎn)銀河機、機、國產(chǎn)銀河機、CRAY-1CRAY-1機、機、CDCCDC的的STARSTAR100100機等）中還

51、設置有向量運算機等）中還設置有向量運算 指令，可直指令，可直接對整個向量或矩陣進行求和、求積運算。接對整個向量或矩陣進行求和、求積運算。7.4.1 指令的分類mov ax,bx+60hpush axadd ax,bp+di mul bx3.3.邏輯運算指令邏輯運算指令這類指令包括邏輯加、邏輯乘、邏輯比較、測等指令、按這類指令包括邏輯加、邏輯乘、邏輯比較、測等指令、按位加、邏輯移位等指令，主要用于無符號數(shù)的位操作、代碼的位加、邏輯移位等指令，主要用于無符號數(shù)的位操作、代碼的轉(zhuǎn)換、判斷及運算。移位指令用來對寄存器的內(nèi)容實現(xiàn)左移、轉(zhuǎn)換、判斷及運算。移位指令用來對寄存器的內(nèi)容實現(xiàn)左移、右移或循環(huán)移位。

52、右移或循環(huán)移位。4.4.程序控制指令程序控制指令程序控制指令也稱轉(zhuǎn)移指令。執(zhí)行程序時，有時機器執(zhí)行程序控制指令也稱轉(zhuǎn)移指令。執(zhí)行程序時，有時機器執(zhí)行到某條指令時，出現(xiàn)了幾種不同結(jié)果，這時機器必須執(zhí)行一條到某條指令時，出現(xiàn)了幾種不同結(jié)果，這時機器必須執(zhí)行一條轉(zhuǎn)移指令，根據(jù)不同結(jié)果進行轉(zhuǎn)移，從而改變程序原來執(zhí)行的轉(zhuǎn)移指令，根據(jù)不同結(jié)果進行轉(zhuǎn)移，從而改變程序原來執(zhí)行的順序。這種轉(zhuǎn)移指令稱為條件轉(zhuǎn)移指令。還有無條件轉(zhuǎn)移指令、順序。這種轉(zhuǎn)移指令稱為條件轉(zhuǎn)移指令。還有無條件轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子程序指令、返回主程序指令、中斷返回指令等。轉(zhuǎn)子程序指令、返回主程序指令、中斷返回指令等。 轉(zhuǎn)子指令是轉(zhuǎn)向本指令操作地址所

53、指出的子程序入口，并轉(zhuǎn)子指令是轉(zhuǎn)向本指令操作地址所指出的子程序入口，并將原程序中下一條指令地址存入內(nèi)存某單元中，以便為返回主將原程序中下一條指令地址存入內(nèi)存某單元中，以便為返回主程序時提供返回地址。程序時提供返回地址。and ax,1000hor ax,bxjnz 2000hjmp 1200h5.5.輸入輸出指令輸入輸出指令 輸入輸出指令主要用來啟動外圍設備，檢查測試外圍輸入輸出指令主要用來啟動外圍設備，檢查測試外圍設備的工作狀態(tài)，并實現(xiàn)外部設備和設備的工作狀態(tài)，并實現(xiàn)外部設備和CPUCPU之間，或外圍設之間，或外圍設備與外圍設備之間的信息傳送。備與外圍設備之間的信息傳送。 6.6.字符串處理

54、指令字符串處理指令字符串處理指令是一種非數(shù)值處理指令，一般包括字字符串處理指令是一種非數(shù)值處理指令，一般包括字符串傳送、字符串轉(zhuǎn)換（把一種編碼的字符串轉(zhuǎn)換成另一符串傳送、字符串轉(zhuǎn)換（把一種編碼的字符串轉(zhuǎn)換成另一種編碼的字符串）、字符串替換（把某一字符串用另一字種編碼的字符串）、字符串替換（把某一字符串用另一字符串替換）等。這類指令在文字編輯中對大量字符串進行符串替換）等。這類指令在文字編輯中對大量字符串進行處理。處理。in ax,dxout dx,axmovsbcmpsb7.7.特權指令特權指令特權指令是指具有特殊權限的指令。這類指令只用特權指令是指具有特殊權限的指令。這類指令只用于操作系統(tǒng)或

55、其他系統(tǒng)軟件，一般不直接提供給用戶使于操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件，一般不直接提供給用戶使用。用。 在多用戶、多任務的計算機系統(tǒng)中特權指令必不可在多用戶、多任務的計算機系統(tǒng)中特權指令必不可少。它主要用于系統(tǒng)資源的分配和管理。少。它主要用于系統(tǒng)資源的分配和管理。8.8.其他指令其他指令 除以上各類指令外，還有狀態(tài)寄存器置位、復位指除以上各類指令外，還有狀態(tài)寄存器置位、復位指令、測試指令、暫停指令，空操作指令，以及其他一些令、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。系統(tǒng)控制用的特殊指令。LGDT ；裝入全局描述表LLDT ；裝入局部描述符表hltnop7.4.2 8086/80

56、88典型指令o數(shù)據(jù)傳送類 n取數(shù) MOV AX，TEMP n存數(shù) MOV TEMP，AX n傳送 MOV AX，CX o算術運算類 n定點， nADD，ADC，INC，SUB，DEC MUL，DIV等 n浮點， ，求反，求補 NEG，比較 o邏輯運算類 nNOT，AND，OR，XOR，TEST 8086/8088典型指令o程序控制類 n無條件轉(zhuǎn)移 JMP 條件轉(zhuǎn)移 C，Z，N，P，V n轉(zhuǎn)子程序 JSR 子程序返回 RET 中斷返回 IRET o輸入/輸出類 nIN AX，n OUT n, AX o字符串處理 字符串傳送、轉(zhuǎn)換、比較、查找 o特權指令: 系統(tǒng)資源的分配和管理 o其他類 n標志操

57、作：CLC（clear carry flag) nCLI (clear interrupt elable flag) nHLT，WAIT，ESC，LOCK 7.5.3 指令系統(tǒng)發(fā)展方向oCISC-復雜指令系統(tǒng)計算機 nComplex Instruction System Computer n指令數(shù)量多，指令功能，復雜的計算機。 o RISC-精簡指令系統(tǒng)計算機 nReduced Instruction System Computer n指令數(shù)量少，指令功能單一的計算機。 1. CISC（complex instruction set computer）復雜指令系統(tǒng)計算機復雜指令系統(tǒng)計算機（1）

58、（）（VLSI的發(fā)展使硬件結(jié)構(gòu)趨于復雜，功能強大）保持與舊機型的兼容，的發(fā)展使硬件結(jié)構(gòu)趨于復雜，功能強大）保持與舊機型的兼容， 為此需要不斷的新增指令為此需要不斷的新增指令.（2）縮小指令與高級語言的差異，便于編譯器設計）縮小指令與高級語言的差異，便于編譯器設計.精髓：精髓：CISC的思想是使硬件資源主要用于提高指令系統(tǒng)的功能和規(guī)模上。的思想是使硬件資源主要用于提高指令系統(tǒng)的功能和規(guī)模上。2CISC的缺點：的缺點：（1）復雜指令利用率不高。）復雜指令利用率不高。“8020規(guī)律規(guī)律”（2）降低整個機器的執(zhí)行速度）降低整個機器的執(zhí)行速度（3）使計算機組成復雜）使計算機組成復雜（4）設計周期長，易出

59、現(xiàn)設計錯誤）設計周期長，易出現(xiàn)設計錯誤1. CISC的設計思想的設計思想3、 RISC（Reduced Instruction Set Computer）精簡指令系統(tǒng)計算機精簡指令系統(tǒng)計算機 以提高計算機的處理速度為依據(jù)來確定指令系統(tǒng)以提高計算機的處理速度為依據(jù)來確定指令系統(tǒng)，便于流水處理。，便于流水處理。硬件實現(xiàn)容易，支持優(yōu)化編譯。硬件實現(xiàn)容易，支持優(yōu)化編譯。 (2) RISC 的主要特征的主要特征 (1) RISC的設計思想的設計思想 選用使用頻率較高的一些選用使用頻率較高的一些 簡單指令簡單指令 復雜指令的功能由簡單指令來組合復雜指令的功能由簡單指令來組合 指令指令 長度固定長度固定 只

60、有只有 LOAD / STORE 指令訪存指令訪存 流水技術流水技術 一個時鐘周期一個時鐘周期 內(nèi)完內(nèi)完 成一條指令成一條指令 組合邏輯組合邏輯 實現(xiàn)控制器實現(xiàn)控制器 多個多個 通用通用 寄存器寄存器 采用采用 優(yōu)化優(yōu)化 的的 編譯編譯 程序程序 典型程序中典型程序中 80% 的語句僅僅的語句僅僅使用處理機中使用處理機中 20% 的指令。的指令。現(xiàn)象：現(xiàn)象：（常用的指令，僅占指令總數(shù)的（常用的指令，僅占指令總數(shù)的20，但在程序中出現(xiàn)的頻度卻占，但在程序中出現(xiàn)的頻度卻占80） 8020 規(guī)律規(guī)律20世紀世紀80年代年代RISC型型CPU誕生誕生 對CISC指令系統(tǒng)所作的運行統(tǒng)計分析表明，各種指令