第4章指令系統(tǒng)

1、第四章第四章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)4.1 指令系統(tǒng)概述指令系統(tǒng)概述4.2 指令格式指令格式4.3 指令的指令的操作數(shù)類(lèi)型操作數(shù)類(lèi)型4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.5 典型指令典型指令返回4.1 指令系統(tǒng)概述指令系統(tǒng)概述指令指令：指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行各種操作（運(yùn)算或處理）：指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行各種操作（運(yùn)算或處理）的命令代碼（二進(jìn)制代碼串），是計(jì)算機(jī)運(yùn)行的最的命令代碼（二進(jìn)制代碼串），是計(jì)算機(jī)運(yùn)行的最小功能單位。小功能單位。指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)能直接理解與執(zhí)行的全部指：一臺(tái)計(jì)算機(jī)能直接理解與執(zhí)行的全部指令的集合稱(chēng)為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)，也叫機(jī)器語(yǔ)言。令的集合稱(chēng)為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)，也叫

2、機(jī)器語(yǔ)言。 指令系統(tǒng)是進(jìn)行計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)和編制程序的基本依據(jù)。指令系統(tǒng)是進(jìn)行計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)和編制程序的基本依據(jù)。它直接說(shuō)明了這臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能。它直接說(shuō)明了這臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能。 不同類(lèi)型不同類(lèi)型CPUCPU的指令系統(tǒng)是不能混用與兼容的，但同一系的指令系統(tǒng)是不能混用與兼容的，但同一系列的列的CPUCPU一般升級(jí)后指令都有擴(kuò)充，并可兼容。一般升級(jí)后指令都有擴(kuò)充，并可兼容。 計(jì)算機(jī)硬件的核心作用是實(shí)現(xiàn)每條指令的功能，執(zhí)行用計(jì)算機(jī)硬件的核心作用是實(shí)現(xiàn)每條指令的功能，執(zhí)行用機(jī)器指令組成的程序。機(jī)器指令組成的程序。4.1 指令系統(tǒng)概述指令系統(tǒng)概述指令字指令字：代表指令的一組二進(jìn)制代碼信息：代表指令的一組二進(jìn)制

3、代碼信息 如如加法指令：加法指令：110101110101指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)：一條指令中包含的二進(jìn)制位數(shù)。：一條指令中包含的二進(jìn)制位數(shù)。機(jī)器字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)：指計(jì)算機(jī)一次操作中處理的二進(jìn)制位數(shù)。：指計(jì)算機(jī)一次操作中處理的二進(jìn)制位數(shù)。 一條指令可以包含多個(gè)字長(zhǎng)，但至少含一條指令可以包含多個(gè)字長(zhǎng)，但至少含 一個(gè)字長(zhǎng)。一個(gè)字長(zhǎng)。設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)考慮的因素設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)考慮的因素完備性，常用指令齊全，編程方便。完備性，常用指令齊全，編程方便。高效性，程序占內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快。高效性，程序占內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快。規(guī)整性，指令和數(shù)據(jù)使用規(guī)則簡(jiǎn)單，易學(xué)易記。規(guī)整性，指令和數(shù)據(jù)使用規(guī)則簡(jiǎn)單，易學(xué)易記。兼容性，同一系

4、列的低檔計(jì)算機(jī)的程序能在新的高兼容性，同一系列的低檔計(jì)算機(jī)的程序能在新的高 檔機(jī)上直接運(yùn)行。檔機(jī)上直接運(yùn)行。核心問(wèn)題：選定指令的功能和格式。核心問(wèn)題：選定指令的功能和格式。4.1 指令系統(tǒng)概述指令系統(tǒng)概述從指令長(zhǎng)度上劃分，指令可分為：從指令長(zhǎng)度上劃分，指令可分為：4.2 指令的格式指令的格式操作碼操作碼OP OP 地址碼地址碼A A定長(zhǎng)指令格式定長(zhǎng)指令格式變長(zhǎng)指令格式變長(zhǎng)指令格式規(guī)范、便于控制規(guī)范、便于控制有效利用存儲(chǔ)空間有效利用存儲(chǔ)空間一般指令格式：一般指令格式：操作碼操作碼 OPOP指明的操作性質(zhì)，即指令的功能，指明的操作性質(zhì)，即指令的功能， 提供指令的操作控制信息。提供指令的操作控制信息

5、。地址碼地址碼 A A 指明操作數(shù)存放的地址，即操作的指明操作數(shù)存放的地址，即操作的 對(duì)象。地址碼可以有多個(gè)對(duì)象。地址碼可以有多個(gè)指令的機(jī)器碼與助記符指令的機(jī)器碼與助記符4.2 指令的格式指令的格式指令的機(jī)器碼指令的機(jī)器碼CPUCPU內(nèi)部指令的二進(jìn)制編碼，一內(nèi)部指令的二進(jìn)制編碼，一 條指令有唯一的編碼。條指令有唯一的編碼。助記符：助記符：用和指令功能對(duì)應(yīng)的字符串表示的指令。用和指令功能對(duì)應(yīng)的字符串表示的指令。 如上面的加法指令可以表示為：如上面的加法指令可以表示為： ADDADD R1 R1, ,R2R2例例 如：如：加法指令加法指令: : 101101101101 001 001 01001

6、0 表示表示CPUCPU完成寄存器完成寄存器R1R1和寄存器和寄存器R2R2的相加的相加 很難記，所以采用助記符方式來(lái)表達(dá)指令。很難記，所以采用助記符方式來(lái)表達(dá)指令。地址碼段操作數(shù)的個(gè)數(shù)，指令可分為：地址碼段操作數(shù)的個(gè)數(shù)，指令可分為：4.2.1 地址碼字段的格式地址碼字段的格式操作碼操作碼OP OP 地址地址A1A1三地址指令三地址指令二地址指令二地址指令一地址指令一地址指令零地址指令零地址指令1 1、三地址指令、三地址指令地址碼字段含地址碼字段含3 3個(gè)操作數(shù)個(gè)操作數(shù) 執(zhí)行的操作：執(zhí)行的操作：（A1A1）OPOP（A2A2） （A3A3）地址地址A2 A2 地址地址A3A34.2.1 地址碼

7、字段的格式地址碼字段的格式操作碼操作碼OP OP 地址地址A1A12 2、二地址指令、二地址指令地址碼字段含地址碼字段含2 2個(gè)操作數(shù)個(gè)操作數(shù) 執(zhí)行的操作：執(zhí)行的操作：（A1A1）OPOP（A2A2） A1 A1或或A2A2地址地址A2A2例如：例如：80X8680X86的加法指令的加法指令 ADD AXADD AX，BXBX 執(zhí)行的操作：執(zhí)行的操作： （AXAX）+ +（BXBX） AXAX二地址地址根據(jù)操作數(shù)的物理位置分為：二地址地址根據(jù)操作數(shù)的物理位置分為： SS 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器類(lèi)型存儲(chǔ)器類(lèi)型 （速度最慢）（速度最慢） RS 寄存器寄存器-存儲(chǔ)器類(lèi)型存儲(chǔ)器類(lèi)型 （速度較慢）（速度較

8、慢） RR 寄存器寄存器-寄存器類(lèi)型寄存器類(lèi)型 （速度最快）（速度最快）4.2.1 地址碼字段的格式地址碼字段的格式4.2.1 地址碼字段的格式地址碼字段的格式操作碼操作碼OP OP 地址地址A A3 3、一地址指令、一地址指令地址碼字段含地址碼字段含1 1個(gè)操作數(shù)個(gè)操作數(shù) 執(zhí)行的操作：執(zhí)行的操作： OPOP（A A） A A例如：例如：80X8680X86的寄存器加的寄存器加1 1指令指令 INC AXINC AX 執(zhí)行的操作：執(zhí)行的操作： （AXAX）+1+1 AX AX4.2.1 地址碼字段的格式地址碼字段的格式操作碼操作碼OPOP4 4、零地址指令、零地址指令地址碼字段不操作數(shù)地址碼字

9、段不操作數(shù) 執(zhí)行的操作：執(zhí)行的操作： OPOP例如：例如：80X8680X86的空操作指令的空操作指令 NOPNOP 執(zhí)行的操作：執(zhí)行的操作：CPUCPU什么也不做只占用一個(gè)指令周期。什么也不做只占用一個(gè)指令周期。l 概念概念 指令字長(zhǎng)度（一個(gè)指令字包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)）指令字長(zhǎng)度（一個(gè)指令字包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)） 機(jī)器字長(zhǎng)：計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。機(jī)器字長(zhǎng)：計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。 單字長(zhǎng)指令單字長(zhǎng)指令 半字長(zhǎng)指令半字長(zhǎng)指令 雙字長(zhǎng)指令雙字長(zhǎng)指令l 多字長(zhǎng)指令的優(yōu)缺點(diǎn)多字長(zhǎng)指令的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)提供足夠的地址位來(lái)解決訪問(wèn)內(nèi)存任何單元的尋址問(wèn)題優(yōu)點(diǎn)提供足夠的地址位來(lái)解決訪問(wèn)

10、內(nèi)存任何單元的尋址問(wèn)題 ； 缺點(diǎn)必須兩次或多次訪問(wèn)內(nèi)存以取出一整條指令，降低了缺點(diǎn)必須兩次或多次訪問(wèn)內(nèi)存以取出一整條指令，降低了CPU的運(yùn)算速度，又占用了更多的存儲(chǔ)空間。的運(yùn)算速度，又占用了更多的存儲(chǔ)空間。l 指令系統(tǒng)中指令采用等長(zhǎng)指令的優(yōu)點(diǎn)：各種指令字長(zhǎng)度是相指令系統(tǒng)中指令采用等長(zhǎng)指令的優(yōu)點(diǎn)：各種指令字長(zhǎng)度是相等的，指令字結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且指令字長(zhǎng)度是不變的等的，指令字結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且指令字長(zhǎng)度是不變的 ；l 采用非等長(zhǎng)指令的的優(yōu)點(diǎn)：各種指令字長(zhǎng)度隨指令功能而異，采用非等長(zhǎng)指令的的優(yōu)點(diǎn)：各種指令字長(zhǎng)度隨指令功能而異，結(jié)構(gòu)靈活，能充分利用指令長(zhǎng)度，但指令的控制較復(fù)雜結(jié)構(gòu)靈活，能充分利用指令長(zhǎng)度，但指令的

11、控制較復(fù)雜 。4.2.3 指令的長(zhǎng)度指令的長(zhǎng)度l 8位微型計(jì)算機(jī)的指令格式位微型計(jì)算機(jī)的指令格式如如8088，字長(zhǎng)，字長(zhǎng)8位，指令結(jié)構(gòu)可變位，指令結(jié)構(gòu)可變包括單字長(zhǎng)指令、雙字長(zhǎng)指令和三字長(zhǎng)指令包括單字長(zhǎng)指令、雙字長(zhǎng)指令和三字長(zhǎng)指令操作碼長(zhǎng)度固定操作碼長(zhǎng)度固定l ARM機(jī)的指令格式機(jī)的指令格式字長(zhǎng)字長(zhǎng)32位位單字長(zhǎng)指令單字長(zhǎng)指令操作碼字段固定操作碼字段固定采用采用RISC指令指令4.2.4 指令的格式舉例指令的格式舉例l 指令長(zhǎng)度可變，最短指令長(zhǎng)度可變，最短1個(gè)字節(jié)，最長(zhǎng)個(gè)字節(jié)，最長(zhǎng)12個(gè)字節(jié)，典個(gè)字節(jié)，典型的型的CISC指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)l 由可選前綴（由可選前綴（04字節(jié)）、操作碼（字節(jié)）、操

12、作碼（12字節(jié)）、字節(jié)）、一個(gè)由一個(gè)由mod-R/M字節(jié)和一個(gè)字節(jié)和一個(gè)SIB（Scale Index Base）比例變址字節(jié)組成的地址指定器、一個(gè)可）比例變址字節(jié)組成的地址指定器、一個(gè)可選的位移量（選的位移量（04字節(jié)）和一個(gè)可選的立即數(shù)字段字節(jié)）和一個(gè)可選的立即數(shù)字段（04字節(jié)）構(gòu)成。字節(jié)）構(gòu)成。指令前綴 段取代 操作數(shù)長(zhǎng)度取代 地址長(zhǎng)度取代操作碼 Mod Reg或操作碼 R/M S I B 位移量 立即數(shù)4.2.5 Pentium指令格式指令格式l 指令前綴中的重復(fù)前綴指定串的重復(fù)操作，這樣使指令前綴中的重復(fù)前綴指定串的重復(fù)操作，這樣使Pentium處理串比軟循環(huán)快得多。處理串比軟循環(huán)快

13、得多。l LOCK前綴用于多前綴用于多CPU環(huán)境中對(duì)共享存儲(chǔ)器的排他環(huán)境中對(duì)共享存儲(chǔ)器的排他性訪問(wèn)性訪問(wèn)l 段取代用于改變默認(rèn)段寄存器的情況段取代用于改變默認(rèn)段寄存器的情況l 操作數(shù)長(zhǎng)度取代和地址長(zhǎng)度取代用于在保護(hù)模式下操作數(shù)長(zhǎng)度取代和地址長(zhǎng)度取代用于在保護(hù)模式下決定操作數(shù)和指令的長(zhǎng)度決定操作數(shù)和指令的長(zhǎng)度l 以下以下4個(gè)指令前綴都是可選的，分別為個(gè)指令前綴都是可選的，分別為0或或1個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)指令前綴 段取代 操作數(shù)長(zhǎng)度取代 地址長(zhǎng)度取代4.2.5 Pentium指令格式指令格式l 操作碼是必須的，操作碼是必須的，12個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)l Mod、Reg、R/M為共為共1個(gè)字節(jié)，是可選的。個(gè)字節(jié)，

14、是可選的。mod-R/M指定的操作數(shù)是在指定的操作數(shù)是在R中還是在中還是在M中。中。mod（2位）位）R/M（3位）的位）的32種值構(gòu)成了種值構(gòu)成了8種寄存種寄存器方式和器方式和24種變址方式；種變址方式；Reg或或OP（3位）指定另一個(gè)操作數(shù)（寄存器）位）指定另一個(gè)操作數(shù)（寄存器）或用作或用作OP的補(bǔ)充。的補(bǔ)充。操作碼 Mod Reg或操作碼 R/M S I B 位移量 立即數(shù)1個(gè)字節(jié) 1個(gè)字節(jié) 4.2.5 Pentium指令格式指令格式l S、I、B共共1個(gè)字節(jié)，分別是比例系數(shù)、變址寄存器個(gè)字節(jié)，分別是比例系數(shù)、變址寄存器號(hào)、基址寄存器號(hào)，可選。號(hào)、基址寄存器號(hào)，可選。mod-R/M中的某

15、些編碼中的某些編碼要求要求SIB字節(jié)來(lái)完成尋址方式的指定；字節(jié)來(lái)完成尋址方式的指定；SS（2）指定比例變換的因子，）指定比例變換的因子，Index（2）指定變址寄存器，）指定變址寄存器，Base（3）指定基址寄存器）指定基址寄存器l 位移量：可以是位移量：可以是0，1，2，4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)l 立即數(shù)：可以是立即數(shù)：可以是0，1，2，4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)操作碼 Mod Reg或操作碼 R/M S I B 位移量 立即數(shù)4.2.5 Pentium指令格式指令格式4.3 操作數(shù)類(lèi)型操作數(shù)類(lèi)型l 操作數(shù)類(lèi)型操作數(shù)類(lèi)型地址數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù):地址實(shí)際上也是一種形式的數(shù)據(jù)。地址實(shí)際上也是一種形式的數(shù)據(jù)。數(shù)值數(shù)據(jù)數(shù)值數(shù)據(jù)

16、:計(jì)算機(jī)中普遍使用的三種類(lèi)型的數(shù)值數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中普遍使用的三種類(lèi)型的數(shù)值數(shù)據(jù)。字符數(shù)據(jù)字符數(shù)據(jù):文本數(shù)據(jù)或字符串，目前廣泛使用文本數(shù)據(jù)或字符串，目前廣泛使用ASCII碼。碼。邏輯數(shù)據(jù)邏輯數(shù)據(jù):一個(gè)單元中有幾位二進(jìn)制一個(gè)單元中有幾位二進(jìn)制bit項(xiàng)組成，每個(gè)項(xiàng)組成，每個(gè)bit的的值可以是值可以是1或或0。當(dāng)數(shù)據(jù)以這種方式看待時(shí)，稱(chēng)為邏輯性數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)以這種方式看待時(shí)，稱(chēng)為邏輯性數(shù)據(jù)。據(jù)。l Pentium數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)據(jù)類(lèi)型(見(jiàn)見(jiàn)P111表表4.4)常規(guī)數(shù)據(jù)類(lèi)型常規(guī)數(shù)據(jù)類(lèi)型整數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型整數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型.4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式 尋址方式尋址方式是指是指CPU根據(jù)指令中給出的地址根據(jù)指

17、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)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。有很大的影響。4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.4.1 指令的尋址方式指令的尋址方式順序方式順序方式由于指令地址在內(nèi)存中按順序安排，當(dāng)執(zhí)由于指令地址在內(nèi)存中按順序安排，當(dāng)執(zhí)行一段程序時(shí)，通常是一條指令接一條指令的順序進(jìn)行一段程序時(shí)，通常是一條指令接一條指令的順序進(jìn)行。行。跳躍方式跳躍方式當(dāng)程序轉(zhuǎn)移執(zhí)行的順序時(shí)，指令的尋址就當(dāng)程序轉(zhuǎn)移執(zhí)行的順序時(shí)，指令的尋址就采取跳躍尋址方式。所謂跳躍，是指下

18、條指令的地址采取跳躍尋址方式。所謂跳躍，是指下條指令的地址碼不是由程序計(jì)數(shù)器給出，而是由本條指令給出。碼不是由程序計(jì)數(shù)器給出，而是由本條指令給出。4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.4.2 操作數(shù)的尋址方式操作數(shù)的尋址方式 由于指令中操作數(shù)字段的地址碼是由形式地由于指令中操作數(shù)字段的地址碼是由形式地址和尋址方式特征位等組合形成，因此，一址和尋址方式特征位等組合形成，因此，一般來(lái)說(shuō)，指令中所給出的地址碼，并不是操般來(lái)說(shuō)，指令中所給出的地址碼，并不是操作數(shù)的有效地址。形成操作數(shù)的有效地址的作數(shù)的有效地址。形成操作數(shù)的有效地址的方法，稱(chēng)為操作數(shù)的尋址方式。方法，稱(chēng)為操作數(shù)的尋址方式。

19、4.4 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)包含在指令中；操作數(shù)包含在指令中；l 操作數(shù)包含在操作數(shù)包含在CPU的某一個(gè)內(nèi)部寄存器中；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；操作數(shù)包含在主存儲(chǔ)器中；l 操作數(shù)包含在操作數(shù)包含在I/O設(shè)備的端口中；設(shè)備的端口中； 根據(jù)操作數(shù)放在不同的地方，從而派生各種不同的根據(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)具有不同的尋址方式。尋址方式，往往不同的計(jì)算機(jī)具有不同的尋址方式。4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式1、隱含尋址、隱含尋址l 指令中隱含著操作數(shù)的地址指令中隱含著操作數(shù)的地址l 如某些運(yùn)

20、算，隱含了累加器如某些運(yùn)算，隱含了累加器AC作為源和目的寄存器作為源和目的寄存器如如8086匯編中的匯編中的STC指令，設(shè)置標(biāo)志寄存器的指令，設(shè)置標(biāo)志寄存器的C為為1 2、立即尋址、立即尋址l 立即尋址是一種特殊的尋址方式，指令中在操作碼立即尋址是一種特殊的尋址方式，指令中在操作碼字段后面的部分不是通常意義上的操作數(shù)地址，而字段后面的部分不是通常意義上的操作數(shù)地址，而是操作數(shù)本身，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)就包含在指令中，只是操作數(shù)本身，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)就包含在指令中，只要取出指令，就取出了可以立即使用的操作數(shù)，因要取出指令，就取出了可以立即使用的操作數(shù)，因此，這樣的操作數(shù)被稱(chēng)為立即數(shù)。此，這樣的操作數(shù)被稱(chēng)為立

21、即數(shù)。l 指令格式：操作碼指令格式：操作碼 操作數(shù)操作數(shù)A 操作碼操作碼立即數(shù)立即數(shù)例如例如 MOV R1，#30H2、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，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(wèn)存儲(chǔ)器，從而提高了指令的執(zhí)行速度。不必再次訪問(wèn)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；但是，因?yàn)椴僮鲾?shù)是指令的一部分，不能被修改；l 而且對(duì)于定而且對(duì)于定 長(zhǎng)指令格式，操作數(shù)的大小將受到指令長(zhǎng)指令格式，操作數(shù)的大小將受到指令長(zhǎng)度的限制，所以這種尋址方式靈活性差長(zhǎng)度的限制，所以這種尋址方式靈活性差l 通常用于給某一寄

22、存器或主存單元賦初值，或者用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)于提供一個(gè)常數(shù). 如如80X86的傳送指令的傳送指令 MOV AL, 23H。3、直接尋址、直接尋址l 指令中地址碼字段給出的地址指令中地址碼字段給出的地址A就是操作數(shù)的就是操作數(shù)的有效地址有效地址EA(Effective Address)，即，即EAA。例如例如 MOV AL，3000H3、直接尋址、直接尋址操作數(shù)地址是不能修改的，與程序本身所在的位操作數(shù)地址是不能修改的，與程序本身所在的位置無(wú)關(guān)，所以又叫做絕對(duì)尋址方式置無(wú)關(guān)，所以又叫做絕對(duì)尋址方式在早期的計(jì)算機(jī)中，主存儲(chǔ)器的容量較小，指令在早期的計(jì)算機(jī)中

23、，主存儲(chǔ)器的容量較小，指令中地址碼的位數(shù)要求不長(zhǎng)，采用直接尋址方式簡(jiǎn)中地址碼的位數(shù)要求不長(zhǎng)，采用直接尋址方式簡(jiǎn)單快速，也便于硬件實(shí)現(xiàn)，因此，常被作為主要單快速，也便于硬件實(shí)現(xiàn)，因此，常被作為主要的尋址方式。的尋址方式。但在現(xiàn)代，隨著計(jì)算機(jī)主存容量的不斷擴(kuò)大，所但在現(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(lái)越長(zhǎng)。指令中地址碼的位數(shù)需的地址碼將會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)。指令中地址碼的位數(shù)將不能滿(mǎn)足整個(gè)主存空間尋址的要求，因此直接將不能滿(mǎn)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。另外，在指令的執(zhí)尋址方式受到了很大的限制。另外，在指令的執(zhí)行過(guò)程中，為了取得操作數(shù)，必須進(jìn)行訪存操作，行

24、過(guò)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。降低了指令的執(zhí)行速度。4、間接尋址、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，而是存放操作數(shù)地址的不是操作數(shù)的地址，而是存放操作數(shù)地址的主存單元的地址，簡(jiǎn)稱(chēng)操作數(shù)地址的地址。操主存單元的地址，簡(jiǎn)稱(chēng)操作數(shù)地址的地址。操作數(shù)的有效地址的計(jì)算公式為：作數(shù)的有效地址的計(jì)算公式為：EA(A)4、間接尋址、間接尋址特點(diǎn)：因?yàn)椴僮鲾?shù)的有效地址在主存儲(chǔ)器中，可特點(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，從而使間接尋以被靈活的修改而不必修改指令，從而使

25、間接尋址要比直接尋址靈活得多。但是，間接尋址在指址要比直接尋址靈活得多。但是，間接尋址在指令執(zhí)行過(guò)程中至少需要兩次訪問(wèn)主存儲(chǔ)器才能取令執(zhí)行過(guò)程中至少需要兩次訪問(wèn)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，現(xiàn)在很出操作數(shù)，嚴(yán)重降低了指令執(zhí)行的速度，現(xiàn)在很少使用，一般間接尋址使用寄存器。少使用，一般間接尋址使用寄存器。在指令的地址碼部分給出在指令的地址碼部分給出CPU內(nèi)某一通用寄存器的內(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，即編號(hào)，指令的操作數(shù)存放在相應(yīng)的寄存器中，即EA=Ri 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： (1)由于寄存器在由于寄存器在CPU的內(nèi)部，指令在執(zhí)行時(shí)從寄存的內(nèi)部，指令在執(zhí)行時(shí)

26、從寄存器中取操作數(shù)比訪問(wèn)主存要快得多；器中取操作數(shù)比訪問(wèn)主存要快得多； (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，從而可以有效減少指令的地址碼字段的數(shù)也較少，從而可以有效減少指令的地址碼字段的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度。5、寄存器尋址、寄存器尋址 例如例如 MOV R1，R06、寄存器間接尋址、寄存器間接尋址 l 寄存器間接尋址，即將操作數(shù)放在主存儲(chǔ)器中，而操作數(shù)的寄存器間接尋址，即將操作數(shù)放在主存儲(chǔ)器中，而操作數(shù)的地址放在某一通用寄存器地址放在某一通用寄存器Ri中，然后在指令的地址碼部分給中，然后在指令的地址碼部分給出該通用寄存器的編號(hào)，這時(shí)有出該通

27、用寄存器的編號(hào)，這時(shí)有EA=(Ri)l 這種尋址方式的指令較短，并且在取指后只需一次訪存便可這種尋址方式的指令較短，并且在取指后只需一次訪存便可得到操作數(shù)，因此指令執(zhí)行速度較前述的間接尋址方式要快，得到操作數(shù)，因此指令執(zhí)行速度較前述的間接尋址方式要快，也是目前在計(jì)算機(jī)中使用較為廣泛的一種尋址方式。也是目前在計(jì)算機(jī)中使用較為廣泛的一種尋址方式。例如例如 MOV R0，R17、相對(duì)尋址（偏移尋址）、相對(duì)尋址（偏移尋址）由程序計(jì)數(shù)器由程序計(jì)數(shù)器PC提供基準(zhǔn)地址，而指令的地址碼提供基準(zhǔn)地址，而指令的地址碼部分給出相對(duì)的位移量部分給出相對(duì)的位移量D，兩者相加后作為操作數(shù)，兩者相加后作為操作數(shù)的有效地址，

28、即：的有效地址，即：EA(PC)D。7、相對(duì)尋址（偏移尋址）、相對(duì)尋址（偏移尋址）對(duì)尋址方式使程序模塊可采用浮動(dòng)地址，編程對(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)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(wú)需確定操作數(shù)在主存儲(chǔ)器中的絕對(duì)距離，而無(wú)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。置都不會(huì)影響程序執(zhí)行的正確性。8、基址尋址（偏移尋址）、基址尋址（偏移尋址）l在基址尋址方式中，指令的地址碼部分給出偏在基址尋址方式中，指令的地址碼部分給出偏移量移量D

29、，而基準(zhǔn)地址放在基址寄存器，而基準(zhǔn)地址放在基址寄存器Rb中，最中，最后操作數(shù)的有效地址仍然是由基準(zhǔn)地址后操作數(shù)的有效地址仍然是由基準(zhǔn)地址A與偏與偏移量移量D相加而成，即：相加而成，即：EA(Rb)D。用哪一。用哪一個(gè)寄存器作為基址寄存器也必須在硬件設(shè)計(jì)時(shí)個(gè)寄存器作為基址寄存器也必須在硬件設(shè)計(jì)時(shí)就事先規(guī)定，基址寄存器就事先規(guī)定，基址寄存器Rb中的內(nèi)容稱(chēng)為基中的內(nèi)容稱(chēng)為基準(zhǔn)地址，該值可正可負(fù)。準(zhǔn)地址，該值可正可負(fù)。8、基址尋址（偏移尋址）、基址尋址（偏移尋址）基址寄存器的位數(shù)可以設(shè)置得很長(zhǎng)，從而可以在基址寄存器的位數(shù)可以設(shè)置得很長(zhǎng)，從而可以在較大的存儲(chǔ)空間中尋址。較大的存儲(chǔ)空間中尋址。9、變址尋址

30、（偏移尋址）、變址尋址（偏移尋址）l 變址尋址就是將指令的地址碼部分給出的基準(zhǔn)地址變址尋址就是將指令的地址碼部分給出的基準(zhǔn)地址A與與CPU內(nèi)某特定的變址寄存器內(nèi)某特定的變址寄存器Rx中的內(nèi)容相加，以中的內(nèi)容相加，以形成操作數(shù)的有效地址，即：形成操作數(shù)的有效地址，即：EAA(Rx)。用哪。用哪一個(gè)寄存器作為變址寄存器必須在硬件設(shè)計(jì)時(shí)就事一個(gè)寄存器作為變址寄存器必須在硬件設(shè)計(jì)時(shí)就事先規(guī)定，變址寄存器先規(guī)定，變址寄存器Rx中的內(nèi)容稱(chēng)為變址值，該值中的內(nèi)容稱(chēng)為變址值，該值可正可負(fù)?？烧韶?fù)。9、變址尋址（偏移尋址）、變址尋址（偏移尋址）變址尋址方式是一種被廣泛采用的尋址方式，變址尋址方式是一種被廣泛采

31、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最典型的應(yīng)用就是將指令的地址碼部分給出的地址的地址A作為基準(zhǔn)地址，而將變址寄存器作為基準(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(wú)須修改指令，只要修改操作數(shù)地址時(shí)，無(wú)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。很有用的。10、段尋址方式、段尋址方式微型機(jī)中采用了段尋址方式，例如微型機(jī)中采用了段尋址方式，例如它們可以給定一個(gè)它們可以

32、給定一個(gè)20位的地址，從位的地址，從而有而有220=1M存儲(chǔ)空間的直接尋址能存儲(chǔ)空間的直接尋址能力。為此將整個(gè)力。為此將整個(gè)1M空間存儲(chǔ)器以空間存儲(chǔ)器以64K為單位劃分成若干段。在尋址為單位劃分成若干段。在尋址一個(gè)內(nèi)存具體單元時(shí)，由一個(gè)基地一個(gè)內(nèi)存具體單元時(shí)，由一個(gè)基地址再加上某些寄存器提供的址再加上某些寄存器提供的16位偏位偏移量來(lái)形成實(shí)際的移量來(lái)形成實(shí)際的20位物理地址。位物理地址。這個(gè)基地址就是這個(gè)基地址就是CPU中的段寄存器。中的段寄存器。在形成在形成20位物理地址時(shí)，段寄存器位物理地址時(shí)，段寄存器中的中的16位數(shù)會(huì)自動(dòng)左移位數(shù)會(huì)自動(dòng)左移4位，然后位，然后與與16位偏移量相加，即可形成

33、所需位偏移量相加，即可形成所需的內(nèi)存地址的內(nèi)存地址基本尋址方式基本尋址方式尋址方式舉例：尋址方式舉例： PentiumPentium尋址方式尋址方式方式方式算法算法立即立即作數(shù)作數(shù)=A寄存器寄存器LA=R偏移量偏移量LA=(SR)+A基址基址 LA=(SR)+(B)基址帶偏移量基址帶偏移量LA=(SR)+(B)+A比例變址帶偏移量比例變址帶偏移量LA=(SR)+(I)S+A基址帶變址和偏移量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基址帶比例變址和偏移量LA=(SR)+(B)+(I)S+A相對(duì)相對(duì)LA=(PC)+A4.4.2 操作數(shù)的尋址方式操作數(shù)的尋址方式 -

34、實(shí)例實(shí)例一種一種 單字長(zhǎng)單字長(zhǎng)32位的二地址位的二地址RS型指令結(jié)構(gòu)如下型指令結(jié)構(gòu)如下操作碼操作碼-通用寄存器通用寄存器IX 偏移量偏移量D 6位位 4位位 1位位 2位位 16位位I-Indirect 尋址標(biāo)志，尋址標(biāo)志，X尋址模式字段，尋址模式字段， D地址偏地址偏移量，通過(guò)移量，通過(guò)I、X、D組合確定尋址方式。組合確定尋址方式。操作碼操作碼-通用寄存器通用寄存器IX 偏移量偏移量D 6位位 4位位 1位位 2位位 16位位4.4.2 操作數(shù)的尋址方式操作數(shù)的尋址方式 -實(shí)例實(shí)例一種一種 單字長(zhǎng)單字長(zhǎng)32位的二地址位的二地址RS型指令結(jié)構(gòu)如下型指令結(jié)構(gòu)如下尋址方式尋址方式 IX有效地址有效

35、地址E說(shuō)明說(shuō)明1000E=D2001E=(PC)+DPC-程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器3010E=(R2)+DR2-變址寄存器變址寄存器4111E=(R3)5100E=(D)6011E=(R1)+DR1-基址寄存器基址寄存器 1-直接尋址直接尋址 2-相對(duì)尋址相對(duì)尋址 3-變址尋址變址尋址 4-寄存器間接尋址寄存器間接尋址 5、間接尋址、間接尋址 6-基址尋址基址尋址4.4.2 操作數(shù)的尋址方式操作數(shù)的尋址方式 -實(shí)例實(shí)例例：一種例：一種 指令結(jié)構(gòu)如下，請(qǐng)分析指令尋址方式的特點(diǎn)。指令結(jié)構(gòu)如下，請(qǐng)分析指令尋址方式的特點(diǎn)。分析：分析： 1、單字長(zhǎng)、兩操作數(shù)指令、單字長(zhǎng)、兩操作數(shù)指令 2、可以是、可以是RR

36、-型，型，RS-型指令型指令 3、操作碼為、操作碼為4位，故可以編碼位，故可以編碼24=16條指令條指令 4、源操作數(shù)尋址方式、源操作數(shù)尋址方式23=8種，種， 使用寄存器使用寄存器R0R7 5、目的操作數(shù)尋址方式、目的操作數(shù)尋址方式23=8種，使用寄存器種，使用寄存器R0R7尋址方式尋址方式寄存器寄存器寄存器寄存器 尋址方式尋址方式OP操作碼操作碼 源操作數(shù)地址源操作數(shù)地址 目的操作數(shù)地址目的操作數(shù)地址 1512 119 86 53 204.5 典型指令典型指令計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)分為兩大類(lèi)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)分為兩大類(lèi)CISC指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)RISC指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)1、CISC指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) C

37、ISC（Complex Instruction Set Computer）復(fù)雜）復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)是指采用單個(gè)指令結(jié)構(gòu)較復(fù)雜但功能強(qiáng)大指令計(jì)算機(jī)是指采用單個(gè)指令結(jié)構(gòu)較復(fù)雜但功能強(qiáng)大的指令形式的的指令形式的計(jì)算機(jī)，典型代表為計(jì)算機(jī)，典型代表為Intel 80X86系列。系列。4.5 典型指令典型指令-80X86指令指令l 指令分類(lèi)與基本指令類(lèi)型指令分類(lèi)與基本指令類(lèi)型 數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令 一般傳送指令：一般傳送指令： MOV AX，BX 數(shù)據(jù)交換指令：數(shù)據(jù)交換指令： XCHG AX，BX 堆棧操作指令：堆棧操作指令： PUSH AX運(yùn)算類(lèi)指令運(yùn)算類(lèi)指令 算術(shù)運(yùn)算指令：算術(shù)運(yùn)算指令： 加加AD

38、D、減、減SUB、乘、乘MUL、除、除DIV以及以及INC加加1、DEC減減1、CMP比較比較 邏輯運(yùn)算指令：邏輯運(yùn)算指令： 與與AND、或、或OR 、非、非NOT、異或、異或XOR 移位指令移位指令 左移左移 SHL、右移、右移 SHR 程序控制類(lèi)指令程序控制類(lèi)指令 程序控制類(lèi)指令用于控制程序的執(zhí)行方向，并使程序具有測(cè)試、程序控制類(lèi)指令用于控制程序的執(zhí)行方向，并使程序具有測(cè)試、分析與判斷的能力。無(wú)條件跳轉(zhuǎn)分析與判斷的能力。無(wú)條件跳轉(zhuǎn)JMP、條件跳轉(zhuǎn)、條件跳轉(zhuǎn)JC、JZ 輸入和輸出指令、字符串處理指令、特權(quán)指令、其他指令輸入和輸出指令、字符串處理指令、特權(quán)指令、其他指令4.5 典型指令典型指令

39、-RISC指令指令返回2、RISC指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) RISC（Reduced Instruction Set Computer）精）精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)是指采用單個(gè)指令結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、規(guī)范、執(zhí)簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)是指采用單個(gè)指令結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、規(guī)范、執(zhí)行效率高的指令形式的計(jì)算機(jī)。行效率高的指令形式的計(jì)算機(jī)。 由于由于CISC指令復(fù)雜需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的硬件電路和指令復(fù)雜需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的硬件電路和微程序?qū)崿F(xiàn)，降低指令的效率，而且微程序?qū)崿F(xiàn)，降低指令的效率，而且CISC中大約有中大約有20%的指令使用頻率高，占據(jù)了的指令使用頻率高，占據(jù)了80%的處理機(jī)時(shí)間，的處理機(jī)時(shí)間，而有而有80%的不常用指令只占用處理機(jī)的的不常用指令只占用處

40、理機(jī)的20%時(shí)間，所時(shí)間，所以若舍棄復(fù)雜指令（可用簡(jiǎn)單指令代替），而全部采以若舍棄復(fù)雜指令（可用簡(jiǎn)單指令代替），而全部采用精簡(jiǎn)的、高效的、規(guī)范的指令，會(huì)提高整個(gè)計(jì)算機(jī)用精簡(jiǎn)的、高效的、規(guī)范的指令，會(huì)提高整個(gè)計(jì)算機(jī)的性能，這正是的性能，這正是RISC的基本思想。典型代表的基本思想。典型代表PowerPC、ARM結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)CPU。l RISC指令的特點(diǎn)指令的特點(diǎn) 簡(jiǎn)單而統(tǒng)一格式的指令譯碼；簡(jiǎn)單而統(tǒng)一格式的指令譯碼； 大部分指令可以單周期執(zhí)行大部分指令可以單周期執(zhí)行 采用多級(jí)流水線技術(shù)采用多級(jí)流水線技術(shù) 只有只有LOAD/STORE可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器 簡(jiǎn)單的尋址方式簡(jiǎn)單的尋址方式 采用延遲轉(zhuǎn)

41、移技術(shù)采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù) 采用采用LOAD延遲技術(shù)延遲技術(shù) 三地址指令格式三地址指令格式 較多的寄存器較多的寄存器 對(duì)稱(chēng)的指令格式對(duì)稱(chēng)的指令格式4.5 典型指令典型指令RISC指令指令A(yù)RM (Advanced RISC Machine)是一種嵌入式是一種嵌入式CPU的的基本架構(gòu)，采用統(tǒng)一的基本架構(gòu)，采用統(tǒng)一的32位位RISC指令，指令，CPU內(nèi)核含有內(nèi)核含有R0R12通用寄存器通用寄存器, 堆棧指針堆棧指針SP寄存器寄存器, 鏈接寄存器鏈接寄存器LR，程序計(jì)數(shù)器，程序計(jì)數(shù)器PC，全部寄存器是，全部寄存器是32位的，全部指令位的，全部指令都是單字長(zhǎng)單周期指令。如：都是單字長(zhǎng)單周期指令。如： 加法指令加法指令 ADD R