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文檔簡介
1、四、指令系統(tǒng)四、指令系統(tǒng)(一)指令格式(一)指令格式1.指令基本格式指令基本格式 操作碼字段操作碼字段 地址碼字段地址碼字段操作碼操作碼 操作碼反映機器做什么操作。操作碼反映機器做什么操作。 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)。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)。 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,操作碼占用六位二進制碼時,這臺計算機最多允許有: 2664 條指令條指令 操作碼分兩種:操作碼分兩種: 長度固定(固定長度操作碼)長度固定(固定長度操作碼) 格式如上圖所示格式如上圖所示 操作碼集中放在指令字的一個字段中,操作碼集
2、中放在指令字的一個字段中,便于硬件設計,指令譯便于硬件設計,指令譯碼時間短;用于指令字長較長的情況、大中型、超小型、碼時間短;用于指令字長較長的情況、大中型、超小型、RISC中。中。 長度可變(可變長度操作碼)長度可變(可變長度操作碼) 操作碼分散在指令字的不同字段中,操作碼分散在指令字的不同字段中,有利于壓縮程序中操作碼有利于壓縮程序中操作碼的平均長度;增加指令譯碼及分析難度,使控制器設計復雜;在字的平均長度;增加指令譯碼及分析難度,使控制器設計復雜;在字長較短的微型機中被廣泛應用。長較短的微型機中被廣泛應用。(2) (2) 地址碼地址碼 指令中的地址碼用來指出該指令的指令中的地址碼用來指出
3、該指令的源操作數(shù)地址源操作數(shù)地址( (一個或兩個一個或兩個) )、 結果地址結果地址及及下一條指令的地址下一條指令的地址。 這里的地址可以是這里的地址可以是主存地址主存地址,也可以是,也可以是寄存器地址寄存器地址,甚至可以是,甚至可以是I/OI/O設備的地址設備的地址。 四地址四地址OP A1 A2 A3 A48 6 6 6 6A1 第一操作數(shù)地址第一操作數(shù)地址A2 第二操作數(shù)地址第二操作數(shù)地址A3 結果的地址結果的地址A4 下一條指令地址下一條指令地址(A1) OP (A2) A34 次訪存次訪存 ? (指地址字段均為(指地址字段均為 主存地址主存地址的情況:取指令一次,取操作數(shù)的情況:取指
4、令一次,取操作數(shù)兩次,存結果一次)兩次,存結果一次)直接尋址范圍直接尋址范圍 26 = 64設指令字長為設指令字長為 32 位位操作碼固定為操作碼固定為 8 位位若用若用PC代替代替A43地址指令地址指令注:此種格式現(xiàn)已不用注:此種格式現(xiàn)已不用 三地址三地址8 8 8 8 OP A1 A2 A3(A1) OP (A2) A34 次訪存次訪存 ? 同上同上直接尋址范圍直接尋址范圍 28 = 256二地址二地址OP A1 A28 12 12(A1) OP (A2) A1(A1) OP (A2) A2或或4 次訪存次訪存 ? 同上同上一地址一地址 零地址零地址OP A18 24 無地址碼無地址碼(A
5、CC) OP (A1) ACC2 次訪存次訪存 ?(取指一次,?(取指一次, 取操作數(shù)一次)取操作數(shù)一次)直接尋址范圍直接尋址范圍 212 = 4 K直接尋址范圍直接尋址范圍 224 = 16 M NOP、HLT指令:指令:無地址碼無地址碼RET、IRET指令:指令:操作數(shù)地址是隱含(隱操作數(shù)地址是隱含(隱 含在堆棧指針中)。含在堆棧指針中)。注:現(xiàn)常用此幾種格式,尤其是二地址、一地址指令。注:現(xiàn)常用此幾種格式,尤其是二地址、一地址指令。2.擴展操作碼技術擴展操作碼技術OP A1 A2 A3000000011110A1A1A1A2A2A2A3A3A3A2A2A2A3A3A31111111111
6、11000000011110111111111111111111111111111111111111000000011111111111111111111111111111A3A3A30000000111104 位操作碼位操作碼8 位操作碼位操作碼12 位操作碼位操作碼16 位操作碼位操作碼最多最多15條三地址指令條三地址指令最多最多15條二地址指令條二地址指令最多最多15條一地址指令條一地址指令16條零地址指令條零地址指令初始初始OP、A1、A2、A3各占各占4位位操作碼的位數(shù)隨地址數(shù)的減少而增加操作碼的位數(shù)隨地址數(shù)的減少而增加注:擴展操作碼指令格式注:擴展操作碼指令格式擴展方法不惟一,擴展
7、方法不惟一,如:如:三地址指令操作碼三地址指令操作碼每減少一種可最多構每減少一種可最多構成成24 種二地址指令種二地址指令二地址指令操作碼二地址指令操作碼每減少一種可最多構每減少一種可最多構成成24 種一地址指令種一地址指令24 的的 4 指的是要擴指的是要擴展成操作碼的地址展成操作碼的地址碼字段的長度碼字段的長度3.指令字長指令字長 指令字的長度取決于操作碼的長度、操作數(shù)地址的長度和操作數(shù)指令字的長度取決于操作碼的長度、操作數(shù)地址的長度和操作數(shù)地址的個數(shù)。地址的個數(shù)。為了充分利用存儲空間,為了充分利用存儲空間,指令字的長度也定為字節(jié)長指令字的長度也定為字節(jié)長度的整數(shù)倍度的整數(shù)倍。早期計算機,
8、指令字長早期計算機,指令字長 = 機器字長機器字長= 存儲字長存儲字長(2) 指令字長指令字長可變:可變:(1) 指令字長指令字長固定:固定:現(xiàn)代計算機,指令字長可變,按字節(jié)的倍數(shù)變化現(xiàn)代計算機,指令字長可變,按字節(jié)的倍數(shù)變化指令字長度等于機器字長度的指令,稱為單字長指令;指令字長度等于機器字長度的指令,稱為單字長指令;指令字長等于兩個機器字長的指令,稱為雙字長指令;指令字長等于兩個機器字長的指令,稱為雙字長指令;指令字長度只有半個機器字長度的指令,稱為半字長指令。指令字長度只有半個機器字長度的指令,稱為半字長指令。注:了解即可注:了解即可例例1: 假設指令字長為假設指令字長為16位,操作數(shù)的
9、地址碼為位,操作數(shù)的地址碼為6位,指令有零地址、位,指令有零地址、一地址、二地址三種格式。一地址、二地址三種格式。 (1)設操作碼固定,若零地址指令有設操作碼固定,若零地址指令有M種,一地址指令有種,一地址指令有N種,則二種,則二地址指令最多有幾種地址指令最多有幾種? (2)采用擴展操作碼技術,二地址指令最多有幾種?采用擴展操作碼技術,二地址指令最多有幾種? 解:解: (1) 根據(jù)操作數(shù)地址碼為根據(jù)操作數(shù)地址碼為6位,則二地址指令中操作碼的位數(shù)為:位,則二地址指令中操作碼的位數(shù)為: 16-2*64。 4位操作碼可有位操作碼可有16種操作。種操作。 由于操作碼固定,則除去了零地址指令由于操作碼固
10、定,則除去了零地址指令M種,一地址指令種,一地址指令N種,剩種,剩下二地址指令最多有:下二地址指令最多有:16-M-N種。種。 000000011110A1A1A1A2A2A2A3A3A3A2A2A2A3A3A3111111111111000000000001111110(2) 采用擴展操作碼技術,操作碼位數(shù)可采用擴展操作碼技術,操作碼位數(shù)可隨地址數(shù)的減少而增加。隨地址數(shù)的減少而增加。 對于二地址指令,對于二地址指令,4位操作碼,共位操作碼,共16種編碼,去掉一種編碼種編碼,去掉一種編碼(如如1111)用于一地用于一地址指令擴展,最多二地址指令可有址指令擴展,最多二地址指令可有15種種操作。操
11、作。(4) 采用擴展操作碼技術,若二地址指令有采用擴展操作碼技術,若二地址指令有P條,零地址指令有條,零地址指令有Q條,條,則一地址指令最多有幾種則一地址指令最多有幾種?000000011110A1A1A1A2A2A2A3A3A3A2A2A2A3A3A31111111111110000000000011111106位位 6位位解:解:1) 二地址指令共二地址指令共24 條,每減少一種,條,每減少一種,可擴展一地址指令可擴展一地址指令 26 條,故可擴展一地址條,故可擴展一地址指令指令: (24 P)26 條;條; 2) 一地址指令共一地址指令共 (24 P)26 條,每減少條,每減少一條可擴展
12、一條可擴展 26 條零地址指令,條零地址指令, 設一地址指令共設一地址指令共X種,種,則,零地址指令:則,零地址指令: Q = ( (24 P)26 X) 26 X = (24 P)26 Q2-6 解:二地址指令可擴展一地址指令解:二地址指令可擴展一地址指令: (24 P)26 一地址指令可擴展零地址指令一地址指令可擴展零地址指令: ( (24 P)26 Q ) 26 (3) 采用擴展操作碼技術,若二地址指令有采用擴展操作碼技術,若二地址指令有P條,一地址指令有條,一地址指令有Q條,條,則零地址指令最多有幾種則零地址指令最多有幾種?(二)指令的尋址方式(二)指令的尋址方式 存儲器既可以存放數(shù)據(jù)
13、又可以存放指令。因此當某個操作數(shù)或存儲器既可以存放數(shù)據(jù)又可以存放指令。因此當某個操作數(shù)或某條指令存放在某個存儲單元時,其某條指令存放在某個存儲單元時,其存儲單元的編號存儲單元的編號,就是該操,就是該操作數(shù)或指令在作數(shù)或指令在存儲器中的地址存儲器中的地址。 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 (數(shù)據(jù)尋址)(數(shù)據(jù)尋址) 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 (指令尋址)(指令尋址) 尋址方式尋址方式 分分 指令尋址指令尋址 和和 數(shù)據(jù)尋址。數(shù)據(jù)尋址。1. 指令尋址指令尋址順序順序( PC ) + 1 PC跳躍跳躍由轉移指令實現(xiàn)由轉移指令
14、實現(xiàn)LDA 1000ADD 1001DEC 1200JMP 7LDA 2000SUB 2001INCSTA 2500LDA 1100.0123456789PC+1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順序尋址順序尋址1順序尋址順序尋址2順序尋址順序尋址3跳躍尋址跳躍尋址7順序尋址順序尋址8通過程序計數(shù)器通過程序計數(shù)器PC加加1,自,自動形成下一條指令的地址。動形成下一條指令的地址。2. 數(shù)據(jù)尋址數(shù)據(jù)尋址 形式地址:形式地址: 指令字中的地址指令字中的地址 有效地址:有效地址: 操作數(shù)的真實地址操作數(shù)的真實地址 (用(用EA表示),表示),由尋址方式和形式地址共同確定。由尋址方
15、式和形式地址共同確定。約定約定 指令字長指令字長 = 存儲字長存儲字長 = 機器字長機器字長(1) 立即尋址立即尋址 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)的范圍形式地址形式地址 A操作碼操作碼尋址特征尋址特征OP # A立即尋址特征立即尋址特征立即數(shù)立即數(shù) 可正可負,補碼表示可正可負,補碼表示形式地址形式地址 A 就是操作數(shù)就是操作數(shù)以一地址以一地址指令為例指令為例#號是立即尋址號是立即尋址特征的標記特征的標記 下面,要注意指令格式中有效地址下面,要注意指令格式中有效地址EA的表示的表示(2) 直接尋址直接尋址EA = A操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址
16、特征尋址特征OPAA 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)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(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MOVS 指令指令源操作數(shù)的地址隱含在源操作數(shù)的地址隱
17、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,可縮短指令字長隱含在隱含在 ACC 中的操作數(shù)中的操作數(shù)(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OPA尋址特征尋址特征AEA主存主存EAA1EA 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 可擴大尋址范圍,若存儲字可擴大尋址范圍,若存儲字 長長16位,則尋址范圍可達位,則尋址范圍可達216 便于編制程序便于編制程序OPA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
18、作數(shù)操作數(shù) 多次訪存:多次訪存: 存儲字首位是多次間址標存儲字首位是多次間址標志,故尋址范圍稍小,若存志,故尋址范圍稍小,若存儲字長儲字長16位,則尋址范圍為位,則尋址范圍為215 兩次訪存,指令執(zhí)行時間延長兩次訪存,指令執(zhí)行時間延長(5) 寄存器尋址寄存器尋址EA = Ri 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OPRi尋址特征尋址特征 地址段只指明寄存器編號,寄存器個數(shù)有限,編碼短,可地址段只指明寄存器編號,寄存器個數(shù)有限,編碼短,可 縮短指令字長縮短指令字長操作數(shù)操作數(shù)R0RiRn寄存器寄存器有效地址即為寄存器編號有效地址即為寄存器編號EA =
19、( Ri )(6) 寄存器間接尋址寄存器間接尋址 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)行階段訪存一次操作數(shù)在存儲器中,執(zhí)行階段訪存一次操作數(shù)操作數(shù)主存主存OPRi尋址特征尋址特征 便于編制循環(huán)程序便于編制循環(huán)程序地址地址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 與間接尋址方式比較,執(zhí)行階段訪存一次,尋址范圍與寄存器與間接尋址方式比較,執(zhí)行階段訪存一次,尋址范圍與寄存器 長度有關。長度有關。(7) 基址尋址基址尋址 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(隱式的)為基址寄存器(隱式的)OP
20、A操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUBR 可擴大尋址范圍可擴大尋址范圍 有利于多道程序有利于多道程序 BR 內容由操作系統(tǒng)或管理程序確定內容由操作系統(tǒng)或管理程序確定 在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 BR 內容不變,形式地址內容不變,形式地址 A 可變可變 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-1R1 基址寄存器的內容由操作系統(tǒng)確定基址寄存器的內容由操作系統(tǒng)確定 在程序的執(zhí)行過程中
21、在程序的執(zhí)行過程中 R0 內容不變,形式地址內容不變,形式地址 A 可變可變(8) 變址尋址變址尋址EA = ( IX ) +AOPA操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUIX 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 的內容由用戶給定的內容由用戶給定 IX 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 IX 內容可變,形式地址內容可變,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 采用專用寄存器作變址寄存器采用專用寄存器作變址寄存器操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUOPR1AR1
22、作變址寄存器作變址寄存器通用寄存器通用寄存器R0Rn-1R1 采用通用寄存器作變址寄存器采用通用寄存器作變址寄存器 由用戶指定哪個通用寄存器作為變址寄存器由用戶指定哪個通用寄存器作為變址寄存器 基址寄存器的內容由用戶確定基址寄存器的內容由用戶確定 在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 R1 內容可變,形式地址內容可變,形式地址 A 不變不變變址和基址尋址的異同:變址和基址尋址的異同: 同:可擴大尋址范圍;有效地址形成過程形似。同:可擴大尋址范圍;有效地址形成過程形似。 異:應用場合不同異:應用場合不同 基址尋址主要用于為程序或數(shù)據(jù)分配存儲空間,故基址寄基址尋址主要用于為程序或數(shù)據(jù)分配存儲空間,
23、故基址寄存器的內容通常有操作系統(tǒng)或管理程序確定,在程序的執(zhí)行過程存器的內容通常有操作系統(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,而指令字中的中其值是不可變的,而指令字中的A是可變的;是可變的; 變址尋址,變址寄存器的內容由用戶設定,在程序執(zhí)行過變址尋址,變址寄存器的內容由用戶設定,在程序執(zhí)行過程中其值可變,而指令字中的程中其值可變,而指令字中的A不可變。主要用于處理數(shù)組、字不可變。主要用于處理數(shù)組、字符串等成批數(shù)據(jù)。符串等成批數(shù)據(jù)。(9) 相對尋址相對尋址 EA = ( PC ) + A (PC是當前指令地址是當前指令地址 )A 是操作數(shù)相對于當前指令的位移量(可正可負,補碼)是操作
24、數(shù)相對于當前指令的位移量(可正可負,補碼) A 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)的尋址范圍 程序浮動程序浮動廣泛用于轉移指令廣泛用于轉移指令操作數(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 若若A為為8位,則指令的尋址位,則指令的尋址范圍為:范圍為:(PC)+127 (PC)-128(10) 堆棧尋址堆棧尋址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主存空間指定的主存空間先進后出先進后出(一個入出口)(一個入出口)棧頂?shù)刂窏m數(shù)刂?由由 SP 指出指出 11FFFH +12000H進棧進棧 (SP) 1 SP出棧出棧 (
25、SP)+ 1 SP棧頂棧頂棧底棧底2000 HSP2000H1FFF 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 可視為隱含尋址,因為操作數(shù)地址隱含在堆棧指針可視為隱含尋址,因為操作數(shù)地址隱含在堆棧指針SP中;中; 也可視為寄存器間接尋址(因為也可視為寄存器間接尋址(因為SP可視為寄存器)??梢暈榧拇嫫鳎?。例例2:設相對尋址的轉移指令占兩個字節(jié),第一字節(jié)是操作碼,第二字:設相對尋址的轉移指令占兩個字節(jié),第一字節(jié)是操作碼,第二字節(jié)是相對位移量,用補碼表示。每當節(jié)是相對位移量,用補碼表示。每當CPU從存儲器取出一個字節(jié)時,從存儲器取出一個字節(jié)時,即
26、自動完成即自動完成(PC)+1PC。 (1)設當前設當前PC值為值為3000H,試問轉移后的目標地址范圍是什么,試問轉移后的目標地址范圍是什么? (2)若當前若當前PC值為值為2000H,要求轉移到,要求轉移到201BH,則轉移指令第二字節(jié),則轉移指令第二字節(jié)的內容是什么的內容是什么? (3)若當前若當前PC值為值為2000H,指令,指令 JMP *-9 的第二字節(jié)內容為多少?的第二字節(jié)內容為多少? (* 為相對尋址特征)為相對尋址特征)解:解:(1) 轉移地址為:轉移地址為:(PC)+ 指令中的地址碼部分指令中的地址碼部分 指令中給出的轉移位移量為:指令中給出的轉移位移量為:-128 +12
27、7 (- 80H +7FH補碼表示)補碼表示) PC當前值為當前值為3000H,且,且CPU取出該指令后,修改為取出該指令后,修改為3002H, 因此最終的轉移目標地址范圍為因此最終的轉移目標地址范圍為 3081H2F82H, 即即 3002H+7FH 3002H-80H(2) 若若PC當前值為當前值為2000H,取出該指令后,取出該指令后PC值為值為2002H,故轉移指令,故轉移指令 第二字節(jié)應為:第二字節(jié)應為: 20l BH - 2002H19H。若指令占若指令占3個字節(jié)呢?個字節(jié)呢? (3) 根據(jù)根據(jù) JMP *-9,要求轉移到,要求轉移到 2000H-9=1FF7H 處,因取出指令后處
28、,因取出指令后PC已到已到2002,故指令第二字節(jié)內容為,故指令第二字節(jié)內容為 F5H(-11的補碼表示)。的補碼表示)。例例4: 某機主存容量為某機主存容量為4M 16位,且存儲字長等于指令字長,若該位,且存儲字長等于指令字長,若該機指令系統(tǒng)能完成機指令系統(tǒng)能完成97種操作,操作碼位數(shù)固定,且具有直接、間接、種操作,操作碼位數(shù)固定,且具有直接、間接、變址、基址、相對、立即等六種尋址方式。變址、基址、相對、立即等六種尋址方式。 (1)畫出一地址指令格式并指出各字段的作用。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。該指令直接尋址的最大范圍。 (3)一次間址和多次間址
29、的尋址范圍。一次間址和多次間址的尋址范圍。 (4)立即數(shù)的范圍立即數(shù)的范圍(十進制數(shù)表示十進制數(shù)表示)。 (5)相對尋址的位移量相對尋址的位移量(十進制數(shù)表示十進制數(shù)表示)。 (6)上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時間最短?哪一種最長上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時間最短?哪一種最長?哪哪一種便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序一種便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序?哪一種便于程序浮動哪一種便于程序浮動?為什么?為什么? (7)如何修改指令格式使指令的直接尋址范圍可擴大到如何修改指令格式使指令的直接尋址范圍可擴大到4M? (8)為使一條轉移指令能轉移到主存的任一位置,可采取什么措施為使一條轉移指令能轉
30、移到主存的任一位置,可采取什么措施?請簡要說明。請簡要說明。解:解: (1) 一地址指令格式一地址指令格式 OP 操作碼字段,共操作碼字段,共7位,可反映位,可反映97種操作;種操作; M 尋址方式特征字段,共尋址方式特征字段,共3位,可反映位,可反映6種尋址方式;種尋址方式; A形式地址字段,共形式地址字段,共16-7-36位。位。 (2)直接尋址的最大范圍為直接尋址的最大范圍為2664 (3)由于存儲字長為由于存儲字長為16位,故一次間址的尋址范圍為位,故一次間址的尋址范圍為216。 若多次間址,需用存儲字的最高若多次間址,需用存儲字的最高位來區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址,故位來區(qū)別是否繼續(xù)間接尋
31、址,故 尋址范圍為尋址范圍為215。 (4)立即數(shù)的范圍是立即數(shù)的范圍是 -32 +31 (有符號數(shù)有符號數(shù)) 或或 063 (無符號數(shù)無符號數(shù))。 (5)相對尋址的位移量為相對尋址的位移量為 -32 +31。 15 9 8 6 5 0(6)上述六種尋址方式中,上述六種尋址方式中, 因立即數(shù)內指令直接給出,故立即尋址的指令執(zhí)行時間最短;因立即數(shù)內指令直接給出,故立即尋址的指令執(zhí)行時間最短; 間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存(一次間接尋址要兩次訪存,一次間接尋址要兩次訪存,多次間接尋址要多次訪存多次間接尋址要多次訪存),故執(zhí)行時間最長;,故執(zhí)行時間最長; 變址
32、尋址由于變址寄存器的內容由用戶給定,而且在程序的執(zhí)行變址尋址由于變址寄存器的內容由用戶給定,而且在程序的執(zhí)行過程中允許用戶修改,而其形式地址始終不變,故變址尋址的指令便過程中允許用戶修改,而其形式地址始終不變,故變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序。于用戶編制處理數(shù)組問題的程序。 相對尋址操作數(shù)的有效地址只與當前指令地址相差一定的位移量,相對尋址操作數(shù)的有效地址只與當前指令地址相差一定的位移量,與直接尋址相比,更有利于程序浮動。與直接尋址相比,更有利于程序浮動。(7)若指令的格式改為雙字指令。若指令的格式改為雙字指令。 其中其中OP 7位,位,M 3位,位,A1 6位,位,A2 16位
33、,即指令的地址字段共位,即指令的地址字段共16+6=22位,位,則指令的直接尋址范圍可擴大到則指令的直接尋址范圍可擴大到4M。 15 9 8 6 5 0(8)為使一條轉移指令能轉移到主存的任一位置,尋址范圍須達到為使一條轉移指令能轉移到主存的任一位置,尋址范圍須達到4M,除了采用除了采用(7)所示的格式外,所示的格式外, 還可配置還可配置22位的基址寄存器位的基址寄存器 或或 22位的變址寄存器,使位的變址寄存器,使 EA=(BR)+A (BR為為22位的基址寄存器位的基址寄存器) 或或 EA=(IX)+A (IX為為22位的變址寄存器位的變址寄存器), 便可訪問便可訪問4M存儲空間。存儲空間
34、。 還可以通過還可以通過16位的基址寄存器左移位的基址寄存器左移6位再和形式地址位再和形式地址A相加,也可相加,也可達到同樣的效果。達到同樣的效果。例例8某機指令格式如下圖所示:某機指令格式如下圖所示: 圖中圖中I為間址特征位為間址特征位 (I=0,直接尋址;,直接尋址;I=1,一次間接尋址,一次間接尋址)。假設存儲器部分單元有以下內容:假設存儲器部分單元有以下內容:指出下列機器指令指出下列機器指令(十六進制表示十六進制表示)的有效地址。的有效地址。 (1)D7 (2) DF (3) DE (4) D2OPIA0 3 4 5 7地址號(十六進制)地址號(十六進制)000102030405060
35、7內容(十六進制)內容(十六進制)015E9D74A41504A0解:解:(1) 1101 0111 I=0,直接尋址,有效地址為:,直接尋址,有效地址為:111B(7H) (2) 1101 1111 I=1,間接尋址,形式地址為:,間接尋址,形式地址為:111B(7H) 有效地址為:有效地址為:A0H (3) 1101 1110 I=1,間接尋址,間接尋址, A=06H,EA=04H (4) 1101 0010 I=0,直接尋址,直接尋址,EA=02H例例9某機指令格式如下圖所示。圖中某機指令格式如下圖所示。圖中x為尋址特征位,且為尋址特征位,且 當當x0時,不變址;時,不變址; x1時,用
36、變址寄存器時,用變址寄存器x1,進行變址,進行變址 x2時,用變址寄存器時,用變址寄存器x2進行變址進行變址 x3時,相對尋址。時,相對尋址。 設設(PC)=1234H,x1=0037H,x2=1122H,確定下列指令的有效地,確定下列指令的有效地址址(指令和地址均用十六進制表示指令和地址均用十六進制表示): (1)4420; (2)2244; (3)1322; (4)3521。OPXA0 5 6 7 8 15解:解:(1) 0100 0100 0010 0000 X=0,不變址,有效地址為:,不變址,有效地址為:20H (2) 0010 0010 0100 0100 X=2,用,用X2進行變
37、址,有效地址為:進行變址,有效地址為: (x2) + A = 1122H + 44H = 1166H (3) 0001 0011 0010 0010 X= 3,相對尋址,有效地址為:,相對尋址,有效地址為: (PC)+ A = 1234H + 22H = 1257H(4) 例例10. 一種一地址指令的格式如下所示。一種一地址指令的格式如下所示。 其中其中I為間址特征,為間址特征,X為尋址為尋址模式,模式,A為形式地址。設為形式地址。設R為通用寄存器,也可作為變址寄存器。在為通用寄存器,也可作為變址寄存器。在表中填入適當?shù)膶ぶ贩绞矫Q。表中填入適當?shù)膶ぶ贩绞矫Q。OPIXA直接尋址直接尋址相對尋
38、址相對尋址變址尋址變址尋址寄存器直接尋址寄存器直接尋址間接尋址間接尋址先相對后先相對后間接間接尋址尋址先變址再先變址再間接間接尋址尋址寄存器間接尋址寄存器間接尋址43. (11分分) 某計算機字長為某計算機字長為16位,主存地址空間大小為位,主存地址空間大小為128KB,按字,按字編址,采用單字長指令格式,指令各字段定義如下:編址,采用單字長指令格式,指令各字段定義如下: OP Ms Rs Md Rd 15 12 11 6 5 0源操作數(shù)源操作數(shù)目的操作數(shù)目的操作數(shù) 轉移指令采用相對尋址方式,相對偏移量用補碼表示,尋轉移指令采用相對尋址方式,相對偏移量用補碼表示,尋址方式定義如下:址方式定義如
39、下:Ms/Md尋址方式尋址方式助記符助記符含義含義000B寄存器直接寄存器直接Rn操作數(shù)操作數(shù)=(Rn)001B寄存器間接寄存器間接(Rn)操作數(shù)操作數(shù)=(Rn)010B寄存器間接、自增寄存器間接、自增(Rn)+操作數(shù)操作數(shù)=(Rn),(Rn)+1Rn011B相對相對D(Rn)轉移目標地址轉移目標地址=(PC)+(Rn)注:(注:(x)表示存儲器地址)表示存儲器地址x或寄存器或寄存器x的內容的內容 請回答下列問題:請回答下列問題:(1)該指令系統(tǒng)最多可有多少條指令?該計算機最多有多少個通用)該指令系統(tǒng)最多可有多少條指令?該計算機最多有多少個通用寄存器?存儲器地址寄存器(寄存器?存儲器地址寄存器
40、(MAR)和存儲器數(shù)據(jù)寄存器()和存儲器數(shù)據(jù)寄存器(MDR)至少各需多少位?至少各需多少位?(2)轉移指令的目標地址范圍是多少?)轉移指令的目標地址范圍是多少?(3)若操作碼)若操作碼0010B表示加法操作(助記符為表示加法操作(助記符為add),寄存器),寄存器R4和和R5的編號分別為的編號分別為100B和和101B,R4的內容為的內容為1234H,R5的內容為的內容為5678H,地址,地址1234H中的內容為中的內容為5678H,地址,地址5678H中的內容為中的內容為1234H,則匯編語句則匯編語句“add (R4), (R5)+”(逗號前為源操作數(shù),逗號后為目的(逗號前為源操作數(shù),逗號
41、后為目的操作數(shù))對應的機器碼是什么(用十六進制表示)?該指令執(zhí)行后,操作數(shù))對應的機器碼是什么(用十六進制表示)?該指令執(zhí)行后,哪些寄存器和存儲單元的內容會改變?改變后的內容是什么?哪些寄存器和存儲單元的內容會改變?改變后的內容是什么?該指令系統(tǒng)最多可有該指令系統(tǒng)最多可有 24= 16 條指令條指令 該計算機最多有該計算機最多有 23= 8 個通用寄存器個通用寄存器 存儲器地址寄存器存儲器地址寄存器 MAR 至少至少 16位(位(216= 64K,按字尋址),按字尋址) 存儲器數(shù)據(jù)寄存器存儲器數(shù)據(jù)寄存器 MDR至少至少16位(機器字長為位(機器字長為16位)位)(2) PC:16位,通用寄存器
42、:位,通用寄存器:16位位 轉移指令的目標地址范圍:轉移指令的目標地址范圍:0216-1 = 0 FFFFH(3) 匯編語句匯編語句“add (R4), (R5)+”對應的機器碼:對應的機器碼: 0010 001 100 010 101B = 2315H 哪些寄存器和存儲單元的內容會改變哪些寄存器和存儲單元的內容會改變: 寄存器寄存器R5,存儲單元,存儲單元 5678H 內容會改變;內容會改變; R5=5679H R5 = 5678H+1 = 5679H (5678H)= 68ACH (R4)+(R5)=1234H+5678H = 68ACH 練習一、唐朔飛習題集練習一、唐朔飛習題集(一)選擇
43、(一)選擇1指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的主要是指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的主要是_ A可降低指令譯碼難度可降低指令譯碼難度 B縮短指令字長,擴大尋址空間,提高編程靈活性縮短指令字長,擴大尋址空間,提高編程靈活性 C實現(xiàn)程序控制實現(xiàn)程序控制答案:答案:B2. 零地址運算指令在指令格式中不給出操作數(shù)地址,它的操作數(shù)來自零地址運算指令在指令格式中不給出操作數(shù)地址,它的操作數(shù)來自_ A. 立即數(shù)和棧頂立即數(shù)和棧頂 B. 暫存器暫存器 C棧頂和次棧頂棧頂和次棧頂答案:答案:C3. 在一地址指令中,為完成兩個數(shù)的算術運算,除地址譯碼指明的一在一地址指令中,為完成兩個數(shù)的算術運算,除地址譯碼指明的一
44、個操作數(shù)外,另一個操作數(shù)常采用個操作數(shù)外,另一個操作數(shù)常采用_ A. 堆棧尋址方式堆棧尋址方式 B立即尋地址方式立即尋地址方式 C隱含尋址方式隱含尋址方式答案:答案:C4二地址指令中,操作數(shù)的物理位置可安排在二地址指令中,操作數(shù)的物理位置可安排在_。(本題是多項選擇本題是多項選擇 A兩個主存單元兩個主存單元 B兩個寄存器兩個寄存器 C一個主存單元和一個寄存器一個主存單元和一個寄存器 D棧頂和次棧頂棧頂和次棧頂答案:答案:A B C6寄存器間接尋址方式中,操作數(shù)在寄存器間接尋址方式中,操作數(shù)在_中。中。 A. 通用寄存器通用寄存器 B. 堆棧堆棧 C. 主存單元主存單元答案:答案:C7變址尋址方
45、式中,操作數(shù)的有效地址是變址尋址方式中,操作數(shù)的有效地址是_ A基址寄存器內容加上形式地址基址寄存器內容加上形式地址(位移量位移量) B程序計數(shù)器內容加上形式地址程序計數(shù)器內容加上形式地址 C變址寄存器內容加上形式地址變址寄存器內容加上形式地址答案:答案:C9采用基址尋址可擴大尋址范圍,且采用基址尋址可擴大尋址范圍,且_ 。 A基址寄存器內容由用戶確定,在程序執(zhí)行過程中不可變基址寄存器內容由用戶確定,在程序執(zhí)行過程中不可變 B基址寄存器內容由操作系統(tǒng)確定,在程序執(zhí)行過程中不可變基址寄存器內容由操作系統(tǒng)確定,在程序執(zhí)行過程中不可變 C基址寄存器內容由操作系統(tǒng)確定,在程序執(zhí)行過程中可變基址寄存器內
46、容由操作系統(tǒng)確定,在程序執(zhí)行過程中可變答案:答案:B10采用變址尋址可擴大尋址范圍,且采用變址尋址可擴大尋址范圍,且_。 A變址寄存器內容由用戶確定,在程序執(zhí)行過程中不可變變址寄存器內容由用戶確定,在程序執(zhí)行過程中不可變 B變址寄存器內容由操作系統(tǒng)確定,在程序執(zhí)行過程中可變變址寄存器內容由操作系統(tǒng)確定,在程序執(zhí)行過程中可變 C變址寄存器內容由用戶確定,在程序執(zhí)行過程中可變變址寄存器內容由用戶確定,在程序執(zhí)行過程中可變答案:答案:C12堆棧尋址方式中,設堆棧尋址方式中,設A為累加器,為累加器,SP為堆棧指示器,為堆棧指示器,Msp為為SP指指示的棧頂單元。如果進棧操作的動作順序是示的棧頂單元。如
47、果進棧操作的動作順序是(A)Msp,(SP)-1 SP,那么出棧操作的動作順序應為那么出棧操作的動作順序應為_ A. (Msp) (A), (SP)+l SP B (SP)+1 SP,(Msp) A C. (SP)-1 SP, (Msp) A答案:答案:B入棧操作和出棧操作入棧操作和出棧操作是鏡像的操作,棧指是鏡像的操作,棧指針是相反的操作針是相反的操作14設變址寄存器為設變址寄存器為X,形式地址為,形式地址為D,某機具有先變址再間址的尋,某機具有先變址再間址的尋址方式則這種尋址方式的有效地址為址方式則這種尋址方式的有效地址為_。 A. EA= (x) + D B. EA = (x) + (D
48、) C. EA(x) + D)答案:答案:C13堆棧尋址方式中,設堆棧尋址方式中,設A為累加器,為累加器,SP為堆棧指示器,為堆棧指示器,Msp為為SP指示指示的棧頂單元。如果進棧操作的動作順序是的棧頂單元。如果進棧操作的動作順序是 (SP)-1 SP, (A)Msp,那,那么出棧操作的動作順序應為么出棧操作的動作順序應為_ A. (Msp) (A), (SP)+l SP B (SP)+1 SP,(Msp) A C. (SP)-1 SP, (Msp) A答案:答案:A各尋址方式可以組合使用各尋址方式可以組合使用15設變址寄存器為設變址寄存器為X,形式地址為,形式地址為D,某機具有先間址后變址的
49、尋,某機具有先間址后變址的尋址方式,則這種尋址方式的有效地址為址方式,則這種尋址方式的有效地址為_ A. EA= (x) + D B. EA = (x) + (D) C. EA(x) + D)答案:答案:B18運算型指令的尋址和轉移型指令的尋址不同點在于運算型指令的尋址和轉移型指令的尋址不同點在于_ A. 前者取操作數(shù),后者決定程序轉移地址前者取操作數(shù),后者決定程序轉移地址 B前者是短指令,后者是長指令前者是短指令,后者是長指令 C后者是短指令,前者是長指令后者是短指令,前者是長指令答案:答案:A19. 指令的尋址方式有順序和跳躍兩種,采用跳躍尋址方式可以實現(xiàn)指令的尋址方式有順序和跳躍兩種,采
50、用跳躍尋址方式可以實現(xiàn) A. 程序浮動程序浮動 B程序的無條件轉移和浮動程序的無條件轉移和浮動 C程序的條件轉移和無條件轉移程序的條件轉移和無條件轉移答案:答案:C程序浮動是數(shù)據(jù)尋址方式中程序浮動是數(shù)據(jù)尋址方式中相對尋址方式的特點。相對尋址方式的特點。23. 設相對尋址的轉移指令占兩個字節(jié),第一字節(jié)是操作碼,第二字設相對尋址的轉移指令占兩個字節(jié),第一字節(jié)是操作碼,第二字節(jié)是相對位移量節(jié)是相對位移量(可正可負可正可負),則轉移的地址范圍是,則轉移的地址范圍是_。 A. 255 B256 C. 254答案:答案:B 補碼表示:補碼表示:-128 0 127 :25621設相對尋址的轉移指令占兩個字
51、節(jié),第一字節(jié)是操作碼,第二設相對尋址的轉移指令占兩個字節(jié),第一字節(jié)是操作碼,第二字節(jié)是相對位移量字節(jié)是相對位移量(用補碼表示用補碼表示),若,若CPU每當從存儲器取出一個字節(jié)每當從存儲器取出一個字節(jié)時,即自動完成時,即自動完成 (PC)+1PC,設當前,設當前PC的內容為的內容為2000H,要求轉移,要求轉移到到2008H地址,則該轉移指令第二字節(jié)的內容應為地址,則該轉移指令第二字節(jié)的內容應為_。 A08H B06H C. 0AH答案:答案:B 24直接、間接、立即三種方式指令執(zhí)行速度,由快至慢的排序是直接、間接、立即三種方式指令執(zhí)行速度,由快至慢的排序是_答案:立即、直接、間接答案:立即、直
52、接、間接26為了縮短指令中地址碼的位數(shù),應采用為了縮短指令中地址碼的位數(shù),應采用_尋址。尋址。 A立即數(shù)立即數(shù) B寄存器寄存器 C直接直接答案:答案:B28在指令格式設計中,采用擴展操作碼的目的是在指令格式設計中,采用擴展操作碼的目的是_。 A增加指令長度增加指令長度 B增加尋址空間增加尋址空間 C增加指令數(shù)量增加指令數(shù)量答案:答案:C29設機器字長為設機器字長為16位,存儲器按字編址,對于單字長指令而言,讀位,存儲器按字編址,對于單字長指令而言,讀取該指令后,取該指令后,PC值自動加值自動加_ A 1 B2 C4答案:答案:A指令字長等于存儲字長,故,指令字長等于存儲字長,故,一個存儲單元可
53、存一條指令,一個存儲單元可存一條指令,讀一次存儲器即可讀取一條指讀一次存儲器即可讀取一條指令,故在此令,故在此PC+1。30設機器字長為設機器字長為16位,存儲器按字節(jié)編址,位,存儲器按字節(jié)編址,CPU讀取一條單字長指讀取一條單字長指令后,令后,PC值自動加值自動加_ A 1 B2 C4答案:答案:B在此需讀兩個存儲單元才能取在此需讀兩個存儲單元才能取出一條指令,故出一條指令,故PC+2 31 設機器字長為設機器字長為16位,存儲器按字節(jié)編址,設位,存儲器按字節(jié)編址,設PC當前值為當前值為1000H,當讀取一條雙字長指令后,當讀取一條雙字長指令后,PC值為值為_ A. 1001H B1002H
54、 C1004H答案:答案:C34轉移指令的主要操作是轉移指令的主要操作是 _。 A改變程序計數(shù)器改變程序計數(shù)器PC的值的值 B改變地址寄存器的值改變地址寄存器的值 C改變程序計數(shù)器的值和堆棧指針改變程序計數(shù)器的值和堆棧指針SP的值的值答案:答案:A35. 子程序調用指令完整的功能是子程序調用指令完整的功能是_ A改變程序計數(shù)器改變程序計數(shù)器PC的值的值 B. 改變地址寄存器的值改變地址寄存器的值 C改變程序計數(shù)器的值和堆棧指針改變程序計數(shù)器的值和堆棧指針SP的值的值答案:答案:C38下列下列_是錯誤的。是錯誤的。 A為了充分利用存儲器空間,指令的長度通??扇∽止?jié)的整數(shù)倍為了充分利用存儲器空間,
55、指令的長度通常可取字節(jié)的整數(shù)倍 B一地址指令是固定長度的指令一地址指令是固定長度的指令 C單字長指令可加快取指令的速度單字長指令可加快取指令的速度答案答案: B40在一地址格式的指令中,下列在一地址格式的指令中,下列_是正確的是正確的 A僅有一個操作數(shù),其地址由指令的地址碼提供僅有一個操作數(shù),其地址由指令的地址碼提供 D可能有一個操作數(shù),也可能有兩個操作數(shù)可能有一個操作數(shù),也可能有兩個操作數(shù) C一定有兩個操作數(shù),另一個是隱含的一定有兩個操作數(shù),另一個是隱含的答案:答案:B41下列三種類型的指令,下列三種類型的指令,_執(zhí)行時間最長。執(zhí)行時間最長。 A. RR型型 B. RS型型 CSS型型答案:
56、答案:C46在下列尋址方式中,在下列尋址方式中,_尋址方式需要先計算,再訪問主存。尋址方式需要先計算,再訪問主存。 A立即立即 B變址變址 C. 間接間接答案:答案:BRR:寄存器:寄存器-寄存器寄存器RS:寄存器:寄存器-存儲器存儲器SS:存儲器:存儲器-存儲器存儲器 計算地址計算地址(二)綜合(二)綜合 5某機字長某機字長32位,位,CPU內有內有32個個32位的通用寄存器,設計一種能容位的通用寄存器,設計一種能容納納64種操作的指令系統(tǒng),設指令字長等于機器字長。種操作的指令系統(tǒng),設指令字長等于機器字長。 (1)如果主存可直接或間接尋址,采用寄存器如果主存可直接或間接尋址,采用寄存器存儲器
57、型指令,能存儲器型指令,能直接尋址的最大存儲空間是多少直接尋址的最大存儲空間是多少? 畫出指令格式。畫出指令格式。 (2)如果采用通用寄存器作為基址寄存器,則上述寄存器如果采用通用寄存器作為基址寄存器,則上述寄存器存儲器存儲器型指令的指令格式有何特點,畫出指令格式并指出這類指令可訪問型指令的指令格式有何特點,畫出指令格式并指出這類指令可訪問多大的存儲空間多大的存儲空間?解:解: (1) OP段:段:6位位 尋址模式:尋址模式:1位位 寄存器段:寄存器段:5位位 形式地址:形式地址:20位,能直接尋址的存儲空間為位,能直接尋址的存儲空間為220。OPIRA 6 1 5 20OPIRBA 6 1
58、5 5 15 增加增加B字段,用以指出哪個寄存器為基址寄存器。字段,用以指出哪個寄存器為基址寄存器。 因為通用寄存器為因為通用寄存器為32位,用它作基址寄存器后,有效地位,用它作基址寄存器后,有效地址等于基址寄存器內容加上形式地址,可得址等于基址寄存器內容加上形式地址,可得32垃的有效地址,垃的有效地址,故尋址范圍可達故尋址范圍可達232。26. 設機器字長為設機器字長為12位,若主存容量位,若主存容量64K*12位,為使一條位,為使一條12位長的轉位長的轉移指令能夠轉移到主存的任一單元,應選用何種尋址方式?說明理由。移指令能夠轉移到主存的任一單元,應選用何種尋址方式?說明理由。解:采用基址尋
59、址,將解:采用基址尋址,將12位的基址寄存器左移位的基址寄存器左移4位,形成位,形成16位位基地址,可尋址基地址,可尋址64K空間??臻g。33. 一條雙字長的取數(shù)指一條雙字長的取數(shù)指令(令(LDA)存于存儲器的)存于存儲器的100和和101單元,其中第一單元,其中第一個字為操作碼和尋址特征個字為操作碼和尋址特征M,第二個字為形式地址。,第二個字為形式地址。假設假設PC當前值為當前值為100,變,變址寄存器址寄存器XR的內容為的內容為100,基址寄存器的內容為基址寄存器的內容為200,存儲器各單元的內容如下存儲器各單元的內容如下圖所示。寫出在下列尋址圖所示。寫出在下列尋址方式中,取數(shù)指令執(zhí)行結方
60、式中,取數(shù)指令執(zhí)行結束后,累加器束后,累加器AC的內容。的內容。 LDALDAM M300300 800800 700700400400500500 200200 600600100100101101102102300300400400401401402402500500800800尋址方式尋址方式 AC內容內容直接尋址直接尋址 立即尋址立即尋址 間接尋址間接尋址 相對尋址相對尋址 變址尋址變址尋址 基址尋址基址尋址 800300600500 700200【例例】某某16位機位機所使用的指令格式和尋址方式如下所示。所使用的指令格式和尋址方式如下所示。 該機有該機有兩個兩個20位基值寄存器,四個
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