計算機組成原理(第四章NEW)

第四章指令系統(tǒng)

課程教學(xué)要求本章內(nèi)容：

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)的類型

4.4指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

4.5典型指令

本章小結(jié)4.1

指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求

指令系統(tǒng)的幾個常用名詞:

程序:計算機中若干條指令的有序組合。

指令:

要計算機執(zhí)行某種獨立完整操作的命令。從計算機組成的層次結(jié)構(gòu)來說，指令分別有微指令、機器指令和宏指令。

微指令：微程序級的命令，它屬于硬件(命令)；

宏指令：由若干條機器指令組成的軟件命令，它屬于軟件；

機器指令（指令）：介于微指令與宏指令之間，每條指令可完成一個獨立、完整的運算或其它操作。

指令系統(tǒng)：

一臺計算機中所有機器指令的集合。

指令系統(tǒng)

表征計算機性能的重要因素。指令的格式與功能不僅直接影響到機器的硬件結(jié)構(gòu)，也直接影響到機器的軟件結(jié)構(gòu)，以及機器的適用范圍。4.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展

上世紀50年代：指令系統(tǒng)只有定點加減、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令。

60年代后期：增加了乘除運算、浮點運算、十進制運算、字符串處理等指令，指令數(shù)目多達一二百條，指令本身及其處理形式也更加靈活。

60年代后期開始出現(xiàn)系列計算機(指基本指令系統(tǒng)相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同的同一系列計算機)。同一系列的計算機有共同的指令級，而且可通過“升級”的方法，解決新舊機種的軟件兼容性問題，大大減少了軟件開發(fā)費用。指令系統(tǒng)70年代末期:

大多數(shù)計算機的指令系統(tǒng)多達幾百條。這些計算機被稱為：復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(CISC)。龐大的指令系統(tǒng)功能強大,同時，也帶來了可靠性不高、維護與調(diào)試困難、硬件資源浪費等問題。隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，人們又提出了易于使用和實現(xiàn)的：精簡指令系統(tǒng)計算機（RISC）。后續(xù)討論可知：CISC與RISC在追求目標、實現(xiàn)手段以及結(jié)構(gòu)特征上都有著很大不同。指令系統(tǒng)20:80規(guī)律4.1.2指令系統(tǒng)的性能要求

指令系統(tǒng)的性能決定了計算機的基本功能，它的設(shè)計直接關(guān)系到計算機的硬件結(jié)構(gòu)和用戶的需要。一個完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足如下四方面的要求：完備性、有效性、規(guī)整性、兼容性。(見教材P114-115)指令系統(tǒng)

①完備性：

用匯編（機器）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、功能齊全、使用方便。

②有效性：利用該指令系統(tǒng)所編寫的程序能夠高效率的運行。如：程序占據(jù)存儲空間小、執(zhí)行速度快。一般來說，一個功能更強、更完善的指令系統(tǒng)，必定有更好的有效性。

③規(guī)整性：包括對稱性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)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，所有的指令都可使用各種尋址方式；

勻齊性:

指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型；

指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性:

指令長度和數(shù)據(jù)長度有一定的關(guān)系，以方便處理和存取。

④兼容性：系列機各機種之間具有相同的基本結(jié)構(gòu)和共同的基本指令集，因而指令系統(tǒng)是兼容的，基本軟件可以通用。當然，做到所有軟件都完全兼容是不可能的，通常是指“向上兼容”，即：低檔機上運行的軟件可以在高檔機上運行。4.1.3低級語言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系

計算機程序設(shè)計語言包括：高級語言和低級語言。

高級語言:如C，JAVA等。

特點：語句規(guī)則和用法與具體機器的指令系統(tǒng)無關(guān)。

低級語言:機器語言（二進制語言）;

匯編語言（符號化的二進制語言）等。

特點：低級語言是面向機器的語言，其與具體機器的指令系統(tǒng)密切相關(guān)。

機器語言：直接由指令代碼組成的指令語言；

符號語言：用指令助記符來表示的機器語言（如匯編語言）。指令系統(tǒng)已知：計算機能夠直接識別和執(zhí)行的唯一語言：

——二進制語言（機器語言）。高級語言程序借助匯編程序或編譯程序 翻譯成機器語言程序。

機器語言依賴于計算機的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。不同的機器有不同的指令語言，所以，用機器語言編寫的程序不能在不同類型的機器上運行。

一些高級語言通過提供與匯編語言之間的調(diào)用接口，用于直接訪問計算機的硬件資源。

比較內(nèi)容高級語言低級語言1對程序員的訓(xùn)練要求

(1)通用算法

(2)語言規(guī)則

(3)硬件知識

有較少不要

有較多要2對機器獨立的程度獨立不獨立3編制程序的難易程度易難4編制程序所需時間短較長5程序執(zhí)行時間較長短6編譯過程中對計算機資源的要求多少表4.1：高級語言與低級語言的性能比較(教材P116)4.2

指令格式

指令系統(tǒng)

指令字:（簡稱指令）表示一條指令的機器字。

指令格式：用二進制代碼表示的指令字結(jié)構(gòu)形式。基本格式：通常由“(操作碼)字段+(地址碼)字段”組成。

操作碼字段OP

地址碼字段A操作碼字段OP:表示指令所要完成的各種操作與功能；地址碼字段A:又稱為操作數(shù)字段，通常指定參與操作的操作數(shù)、或操作數(shù)的地址。（二進制代碼）10100111010

11101101011指令字：1操作碼

指令系統(tǒng)OP字段地址碼字段

不同的操作碼字段代碼，可表示不同的指令。

n位操作碼OP：可表示2n條不同的指令。(如:4位OP可表示16條指令;7位可表示128條指令等)∴

操作碼字段的位長設(shè)定：一般取決于計算機指令系統(tǒng)中指令的總條數(shù)。（二進制代碼）例如：

某指令系統(tǒng)共有6條指令，則指令字中用3位操作碼就夠；如果有50條指令，則至少需要

?位

操作碼。注意：

操作碼字段OP可以是固定長度的、也可以是變長、擴展的，視指令系統(tǒng)的需要而定。指令系統(tǒng)6位OP字段地址碼字段?位

OP字段地址碼字段

當指令字長度固定時，可以利用操作碼和地址碼字段長度的調(diào)整，擴展OP長度，進而增加指令的條數(shù)，即：在指令字長不變的條件下，盡可能定義更多的操作種類。（操作碼擴展法）操作碼擴展法：（在微型計算機指令設(shè)計中常用，見后面例題）

地址碼字段A地址碼OP擴展2地址碼

（又稱操作數(shù)）

一條指令中有幾個操作數(shù)，稱該指令為：幾操作數(shù)指令或幾地址指令。

操作數(shù)一般包括：源操作數(shù)1、源操作數(shù)2及目的操作數(shù)這三種數(shù)，因而就形成了三地址指令格式。在此基礎(chǔ)上，后來又發(fā)展成二地址格式、單地址格式和零地址格式，如下圖所示：指令系統(tǒng)操作碼OPA1A2A3三地址指令

二地址指令

單地址指令

零地址指令

操作碼OP

A1A2操作碼OPA操作碼OP

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)存中或運算器中通用寄存器的地址，A1又作存放操作結(jié)果的地址。

(A1)

OP

(A2)→A1

OP字段

地址碼字段三地址指令字中有三個操作數(shù)地址。

(A1)

OP

(A2)→A3

A1為被操作數(shù)地址，也稱源操作數(shù)1地址；A2為源操作數(shù)2地址；A3為目的操作數(shù)地址。同樣，A1,A2,A3既可以是內(nèi)存中的單元地址，也可以是運算器中通用寄存器的地址?！硎景巡僮鳎ㄟ\算）結(jié)果傳送到指定的地方。源操作數(shù)1源操作數(shù)2目的操作數(shù)

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AC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AC中。

(AC)

OP

(A)→AC

OP表示操作性質(zhì)；（AC）表示累加寄存器AC中的數(shù)；（A）表示內(nèi)存中地址為A的存儲單元中的數(shù)或編號為A的通用寄存器中的數(shù)；

零地址指令的指令字中只有操作碼，而沒有地址碼。（如：系統(tǒng)復(fù)位RST、累加器清零CLR等）操作碼OPA1A2A3三地址指令二地址指令單地址指令零地址指令操作碼OP

A1A2操作碼OPA操作碼OP注意到：隨著地址碼的減少，指令中會出現(xiàn)若干空閑位。∴可以利用地址碼的減少，來擴展操作碼長度，有效地增加指令的條數(shù)。（見后面例題）[例]利用地址碼的減少，來擴展操作碼長度，增加指令條數(shù)。OPA1A2A3000000011110…A1A1A1…A2A2A2…A3A3A3…A2A2A2…A3A3A3…111111111111…000000011110…111111111111…111111111111…111111111111…000000011111…111111111111…111111111111…A3A3A3…000000011110…4位操作碼：8位操作碼：12位操作碼：16位操作碼：最多15條二地址指令最多15條一地址指令16條零地址指令最多15條三地址指令(4)(4)(4)(4)指令字長16位見后面例題可見：在指令字長固定的情況下，利用操作碼擴展，可以有效地增加指令的條數(shù)。（1）存儲器-存儲器（SS）型指令：A1、A2都是內(nèi)存地址

二操作數(shù)分別為：D1=M(A1);D2=M(A2)

特點：參與操作的數(shù)都在內(nèi)存M里，從內(nèi)存某單元中取出操作數(shù)、把操作結(jié)果存入存儲單元。

機器執(zhí)行這類指令需要多次訪問內(nèi)存，因此執(zhí)行速度較慢。操作碼A1A2以二地址指令為例：【指令的基本類型】（教材P117~118）

根據(jù)操作數(shù)的實際物理位置,指令可歸納為如下三種類型。地址為A1的存儲單元中的內(nèi)容地址為A2的存儲單元中的內(nèi)容（2）寄存器-寄存器（RR）型指令：（A1、A2都是寄存器號）

特點：參與操作的數(shù)都在寄存器R中，從寄存器中取操作數(shù)，把操作結(jié)果放到另一寄存器。(注意：寄存器都在CPU中)

∴

執(zhí)行這類指令時不需要訪問內(nèi)存，在CPU內(nèi)部直接完成。

因此，指令的執(zhí)行速度很快。操作碼OPA1A2RiRj

(Ri)OP(Rj)→Rj（3）寄存器-存儲器（RS）型指令：

特點：一個操作數(shù)在寄存器R中，另一操作數(shù)在存儲器M(Ai)中。因此，這類指令的執(zhí)行速度介于RR與SS指令之間。

操作碼A1A2

為了提高指令的功能，在指令格式設(shè)計中，可以靈活地運用各種類型的指令。RiRj3指令字長度

指令字長度：一條指令所用的二進制碼的總位數(shù)。

機器字長：計算機能直接處理的二進制數(shù)碼的位長，它決定了計算機的運算精度。（如：16位機、32位機、64位機等）指令字長的設(shè)計包括：

單字長指令：指令長度=機器字長度；

半字長指令：….；

雙字長指令：….；

多字長指令：….。指令系統(tǒng)通常：機器字長與主存單元位長相同。多字長指令：

如：三字長指令格式

主要缺點：需要多次訪問內(nèi)存才能取出一條完整的指令，降低了CPU的運行效率，不利于指令編譯優(yōu)化。(特殊需要時才使用)

操作碼

操作數(shù)地址1

操作數(shù)地址2

①②③

【等長指令字結(jié)構(gòu)】:

各種指令字長度是相等的。這種指令字結(jié)構(gòu)工整、編譯方便。

【變長指令字結(jié)構(gòu)】:指令字的長度隨指令功能而變化。變長指令字結(jié)構(gòu)靈活，能充分利用指令長度，但指令的譯碼、編譯及控制要復(fù)雜一些。

指令系統(tǒng)指令字結(jié)構(gòu)：4指令助記符

∵必須采用二進制代碼作為機器碼，計算機硬件電路才能識別。而用二進制代碼來手工直接編程，既非常麻煩、又難以檢查和維護。

∴為了便于編寫和閱讀程序，每條指令代碼通常約定用簡化英文縮寫字母來表示。這種縮寫字符叫做指令助記符。指令系統(tǒng)LAD111取數(shù)STO110存數(shù)JSR101轉(zhuǎn)子程序JMP100跳轉(zhuǎn)MOV011傳送SUB010減法ADD001加法指令助記符操作碼OP

指令指令系統(tǒng)例如：某機器共有7條指令（用三位操作碼OP既可），各指令的OP設(shè)置如下表：

由于指令助記符提示了每條指令的含意，比較容易記憶，書寫比較方便，閱讀、修改、調(diào)試程序也容易得多。例如：

1

MOVR0,R1

；(R1)→R0

2

LADR1,326；（326）→R1

3

ADDR2,R1;(R1)+(R2)→R2

4

STOR2,(R3)；(R2)→(R3)

5

JMP101;101→PC

注意：在不同的計算機中，指令助記符的規(guī)定是不一樣的。因此，指令助記符還必須轉(zhuǎn)換成與機器相對應(yīng)的二進制碼（機器碼）。

→

借助匯編程序，可以自動完成匯編語言“翻譯”。

指令系統(tǒng)10110000121111011100100110300101001411011011510000101某段程序機器碼什么意思？

MOVR0,R1

；(R1)→R0

LADR1,326；（326）→R1

ADDR2,R1;(R1)+(R2)→R2

STOR2,(R3)；(R2)→(R3)

JMP101;101→PC

(用匯編語言表述)5指令格式舉例

（1）八位微型計算機的指令格式

8位機的字長較短，指令結(jié)構(gòu)常采用可變字長形式，包含單字長、雙字長、三字長指令等多種。指令系統(tǒng)操作碼

操作碼

（單字長指令）

（雙字長指令）

（三字長指令）

操作數(shù)地址

操作碼

操作數(shù)地址1

操作數(shù)地址2

070707

若內(nèi)存按字節(jié)編址，則對于8位機來說，單字長指令每執(zhí)行一條指令后，指令地址加１；雙字長指令或三字長指令每執(zhí)行一條指令后，指令地址要加2或加3。可見多字長的指令格式不利于提高機器速度。（2）MIPSR4000指令格式

（教材P119）

MIPSR4000機為32位RISC機，采用32位定長指令格式，其指令字長32位，其指令格式如下表所示。6位5位5位5位5位6位opRsRtRdshamtfunctRR型(R型)OP：操作碼字段，6位，最多可設(shè)計：26=64條指令。Rs、Rt：源操作數(shù)寄存器，5位，可選擇25=32個寄存器。Rd：目的操作數(shù)寄存器，5位，可選擇32個寄存器。Shant：立即數(shù)，5位，用于移位指令的移位值。Funct：功能碼，6位，可指定指令的特定操作。031特點：MIPS機的所有運算與處理操作，都是在寄存器之間進行（RR型），∴執(zhí)行速度很快。當需要訪問存儲器（取數(shù)/存數(shù)）時，則采用下面指令格式：6位5位5位16位opRsRtRS型(I型)常數(shù)或地址(Addres)031目的操作數(shù)（3）ARM機、pentium機指令格式

（見教材P120-121，略）1或20或10或10,1,2,40,1,2,4操作碼ModReg或操作碼R/M比例S變址I基址B位移量立即數(shù)2位3位3位2位3位3位

這種非固定長度的指令格式是典型的CICS結(jié)構(gòu)特征。一是為了與它的前身80486保持兼容，二是希望能給編譯程序的編制以更多靈活的編程支持。

Pentium機的指令字長度也是可變的：從１字節(jié)到12字節(jié)，還可以帶前綴。指令格式如下所示：0或10或10或10或1（字節(jié)數(shù)）指令前綴段取代操作數(shù)長度取代地址長度取代(字節(jié)數(shù))

指令的前綴是可選項，其作用是對其后的指令本身進行顯示約定。每個前綴占１個字節(jié)。

指令前綴包括LOCK（鎖定）前綴和重復(fù)前綴。LOCK前綴用于多CPU環(huán)境中對共享存儲器的排他性訪問。重復(fù)前綴用于字符串的重復(fù)操作，以獲得比軟件循環(huán)方法更快的速度。段取代前綴根據(jù)指令的定義和程序的上下文，一條指令所使用的段寄存器名稱可以不出現(xiàn)在指令格式中，這稱為段缺省規(guī)則。當要求一條指令不按缺省規(guī)則使用某個段寄存器時，必須以段取代前綴明確指明此段寄存器。

操作數(shù)長度取代前綴和地址長度取代前綴在實地址模式下，操作數(shù)和地址的默認長度是16位；在保護模式下，若D＝1，操作數(shù)和地址的默認長度是32位，若D＝0，二者的默認長度是16位。

指令本身由操作碼字段、Mod-R/M字段、SIB字段、位移量字段、立即數(shù)字段組成。除操作碼字段外，其他四個字段都是可選字段。

Mod-R/M字段：規(guī)定了存儲器操作數(shù)的尋址方式，給出了寄存器操作數(shù)的寄存器地址號。

SIB字段：和Mod-R/M字段一起，對操作數(shù)來源進行完整的說明。

舉例:

(教材P121)

[例1]

指令格式如下所示，其中OP為操作碼，試分析該指令格式的特點。1597430OP--------源寄存器目標寄存器[解]：

(1)該指令為：單字長(16位)、二地址指令。

(2)操作碼字段OP長度為7位，可以指定：27=128條指令。

(3)源寄存器Rs和目的寄存器Rt都是通用寄存器（各4位代碼，可分別指定16個寄存器）。

(4)兩個操作數(shù)均在寄存器中，所以屬于RR型指令，其執(zhí)行速度快。這種指令結(jié)構(gòu)常用于快速處理或運算類指令。

Rs

Rt

[例2]

指令格式如下所示，其中OP為操作碼，試分析指令格式的特點。1510987430OP

--------源寄存器變址寄存器位移量(16位)

[解]：

(1)機器字長16位；指令格式為：雙字長、二地址指令；

(2)操作碼字段OP為6位，可以指定26=

64種指令。

(3)一個操作數(shù)在源寄存器中（可以從24=16個寄存器中選擇一個）；另一個操作數(shù)在存儲器中（由變址寄存器和位移量決定該數(shù)的內(nèi)存地址），屬于RS型指令。①②前面討論已知：在指令字長固定的情況下，可以利用操作碼擴展，有效地增加指令的條數(shù)。（見后例）[例]

：某16位機，指令操作碼OP有6位，可采用操作碼擴展法來分別構(gòu)造單地址指令和零地址指令，設(shè)機器的單字長雙地址指令格式如下：15109540OP

A1

A2試分析：該機器可以分別有多少條二地址指令、單地址指令和零地址指令？[解]：已知：在二地址指令格式中，操作碼OP只有6位。二地址指令：OP=000000~111110（共26-1=63條）；留出：OP=111111，作為單地址指令標志：單地址指令OP為：111111

00000~111111

11110

（25-1=31條）

留出：OP=111111

11111

，作為零地址指令標志：

零地址指令OP為：11111111111

00000~1111111111111111

（25=32條）A2也可擴充為操作碼這時:A1可擴充為操作碼；

A2作為單地址即可可見：

本例中，若采用操作碼長度固定格式（6位），則最多只能產(chǎn)生26=64條指令；而采用操作碼擴展法，則產(chǎn)生了（63+31+32）=126條指令?？梢姡涸谥噶钭珠L固定的情況下，采用操作碼擴展的方法，可以得到更多的其它類型指令。15109540OP

A1

A24.3

操作數(shù)的類型

1、常規(guī)操作數(shù)類型包含四大類：（1）地址型數(shù)據(jù)A：A

是操作數(shù)的地址。（2）數(shù)值型數(shù)據(jù)D：D

直接表示操作數(shù)數(shù)值，其可以是定點數(shù)、浮點數(shù)、BCD碼數(shù)等。（3）字符型數(shù)據(jù)：ASCII碼數(shù)，用以表示文本或字符的數(shù)碼。（4）邏輯性數(shù)據(jù)：用“1”、“0”表示邏輯性、狀態(tài)性等特性的邏輯數(shù)據(jù)。

OP字段

操作數(shù)字段AD2、Pentium數(shù)據(jù)類型常數(shù)、整數(shù)、序數(shù)、壓縮/未壓縮BCD碼數(shù)、浮點數(shù)等。

（見教材P122表4.6)3、PowerPC數(shù)據(jù)類型（見教材P123,自閱)PowerPC是一種32位RISC機器，能識別的數(shù)據(jù)類型包括：無符號字節(jié)、無符號半字、無符號字、無符號雙字、有符號半字、有符號字、字符串、IEEE754格式浮點字等。可見：不同機器會有不同的數(shù)據(jù)類型約定。無符號數(shù)4.4

指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

指令系統(tǒng)∴所謂尋址方式：形成指令或數(shù)據(jù)存儲地址的方式。

無論是指令還是數(shù)據(jù)，一般都存放在存儲器或寄存器中，要找到它們、并執(zhí)行或處理它們，首先要把它們?nèi)〉紺PU中，→需要給出（或形成）存放它們的存儲單元地址。DBUSCBUSABUSCPU存儲器

指令或數(shù)據(jù)(存儲單元)

指令或數(shù)據(jù)存儲地址的概念：

設(shè)：某條指令(或操作數(shù))存放在某存儲單元中，則該存儲單元的編號（地址），就是該指令(或操作數(shù))的存儲地址。[尋址方式]：形成指令(或操作數(shù))“存儲地址”的方式，稱為

尋址方式。（由CPU根據(jù)要求自動完成）[尋址方式的類別]：（1）指令尋址方式：形成指令地址的方式。（2）數(shù)據(jù)尋址方式：形成操作數(shù)有效地址的方式。指令系統(tǒng)如何實現(xiàn)尋址？包括兩種：(1)順序?qū)ぶ?/p>

(2)跳躍尋址1.

順序?qū)ぶ贩绞?/p>

特點：通常，CPU總是依次取出指令、順序執(zhí)行指令、直至完成程序。→

∴指令地址被依次順序生成，指令的這種尋址方式稱為“順序?qū)ぶ贩绞健?。【實現(xiàn)方法】

通常采用程序計數(shù)器PC（又稱;指令指針寄存器）即可，計數(shù)器PC可自動順序地給出指令在內(nèi)存中的地址。

（見后圖）指令系統(tǒng)4.4.1

指令的尋址方式

由PC給出指令在內(nèi)存中的地址?！?/p>

（指令的順序?qū)ぶ贩绞剑?.跳躍尋址方式

當程序需跳出當前順序，轉(zhuǎn)到一個新地址運行時，指令的尋址則為：跳躍尋址方式。

所謂跳躍:是指下條指令的地址碼，不是由程序計數(shù)器PC順序地產(chǎn)生，而是通過執(zhí)行當前指令、直接修改PC產(chǎn)生的新地址。

——修改后的PC會自動跟蹤新的指令地址。

采用指令的跳躍尋址方式，可以實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移或構(gòu)成循環(huán)程序，從而有效縮短程序長度，或引用某些公共程序。

(如：指令系統(tǒng)中的各種條件轉(zhuǎn)移或無條件轉(zhuǎn)移指令）指令系統(tǒng)舉例順序：跳躍:新地址→PC(通過執(zhí)行“轉(zhuǎn)移指令”實現(xiàn)）LDA1000ADD1001DEC1200JMP

7

LDA2000SUB2001INCSTA2500LDA1100...0123456789PC+1指令地址尋址方式指令地址指令順序?qū)ぶ?順序?qū)ぶ?

順序?qū)ぶ?跳躍尋址7順序?qū)ぶ?指令尋址舉例:(指令尋址方式演示）7(PC)+1→PC可見,在指令尋址方式中:

順序?qū)ぶ肥怯桑ǔ绦蛴嫈?shù)器)PC

控制實現(xiàn)；

跳躍尋址則是由指令本身控制

實現(xiàn)。

？

？總體上：指令尋址方式主要為上述兩種方式，簡單明確，實現(xiàn)方便。4.4.2操作數(shù)尋址方式

[定義]：形成操作數(shù)的有效地址的方法，稱為:操作數(shù)的

尋址方式。

以單地址指令為例：指令格式如下所示，其中用X、I、A各字段組成該指令的操作數(shù)地址字段。

注意：指令中操作數(shù)字段所給出的地址碼，經(jīng)常由形式地址A和尋址方式特征位X、I等組合形成。

指令系統(tǒng)形式地址

A變址

X

間址

I

操作碼

OP

操作碼字段操作數(shù)字段

一般來說：指令中所給出的地址碼，常常只是一個形式地址A，并不是操作數(shù)真正的有效地址EA。

操作數(shù)的尋址過程：就是把形式地址A變換為操作數(shù)的有效地址EA的過程。指令系統(tǒng)

注意到：相對于指令尋址方式來說，數(shù)據(jù)尋址方式要豐富靈活得多。形式地址

A變址

X

間址

I

操作碼

OP

操作碼字段操作數(shù)字段定義有效地址EA

的形成方式A→EA1.隱含尋址

特點：在指令中不明顯的給出操作數(shù)的地址。（將其地址隱含）

例如：單地址的匯編指令格式：

DIVBL

在指令的操作數(shù)字段中，沒有指明第二操作數(shù)地址，通常約定為專用寄存器(如累加器AC)，AC對單地址指令格式來說就是一個隱含地址。AXBL，商存AL中，余數(shù)存AH中。操作數(shù)的基本尋址方式：(見教材P124表4.7，9種)

OP

A2.

立即尋址

指令系統(tǒng)特點：

指令的地址字段A不是操作數(shù)的地址，而直接是操作數(shù)D本身，即：D=A。

這種方式中，由于指令中直接給出了操作數(shù)D，不需要通過訪問內(nèi)存去取數(shù)，因而，指令執(zhí)行時間很短。OP(移位)F

AA例如：某單地址的移位指令格式為：

這里A不是地址，而是操作數(shù)D本身(D=A)。

F為標志位:當F＝1：對操作數(shù)執(zhí)行右移D位；當F＝0：對操作數(shù)執(zhí)行左移D位。OP(移位)F

A又例：指令MOVAX，#010H；操作：010HAX(寄存器)其中：010H就是一個立即可用的操作數(shù)，不需要訪問內(nèi)存去取。3.直接尋址

特點：

在指令格式的地址字段中,直接給出操作數(shù)的有效地址，即：EA=A

因此，在這種尋址方式中，形式地址A又稱為直接地址。可以由尋址特征位I給予指示。（例如：I=0)

設(shè):D表示操作數(shù)，那么直接尋址的邏輯表達式為：

EA=A

D＝M(A)

操作碼I

A尋址特征位ADI=0EA操作數(shù)D形式地址A就是有效地址EA：EA=A4.

間接尋址

特點：指令地址字段中的形式地址A不是操作數(shù)的有效地址EA，而是存放EA的內(nèi)存單元M地址。

即：A單元的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址：EA=M(A)。

——可以由尋址特征位I給予指示。（例如：I=1)

∴如果把直接尋址和間接尋址結(jié)合起來，指令有如下形式：

尋址特征位：

I＝0，表示直接尋址，有效地址：EA＝A;

I＝1，表示間接尋址，有效地址：EA＝M(A)。

這時：操作數(shù)D=M(EA)=M((A))。指令系統(tǒng)操作碼OPI

AEAEAADD

顯然，間接尋址方式至少需要兩次訪存，才能取出操作數(shù)，會影響到指令執(zhí)行速度。操作數(shù)DAI=1M(A)M(EA)5.

寄存器尋址方式和寄存器間接尋址方式

寄存器尋址方式：

當操作數(shù)不放在內(nèi)存中，而是在CPU的通用寄存器中時，則可采用寄存器尋址方式。此時指令中操作數(shù)直接給出通用寄存器的編號Ri、Rj

即可。例如，指令：ADDR0，R1；

（R0）+（R1）

R0

(操作數(shù)在寄存器中）OPRi

Rj寄存器間接尋址方式：

指令格式中所指定的寄存器Ri中的內(nèi)容不是操作數(shù)，而是操作數(shù)的存儲地址。即：EA=M(Ri)。試問：這種方式所給出的操作數(shù)是在哪里？OPIRi

Rj在內(nèi)存中！有效地址：EA=M(Ri)操作數(shù)：D=M(EA)=M((Ri))尋址特征位6.

相對尋址方式

特點：是把程序計數(shù)器PC的內(nèi)容加上指令中給出的形式地址A，進而形成操作數(shù)的有效地址。

即：

EA=(PC)±A。

由于PC的內(nèi)容是當前指令的地址，所以，“相對”尋址，就是指操作數(shù)地址相對于當前的指令地址而言。采用相對尋址方式的好處是操作數(shù)可以隨著程序一起浮動。

此時，形式地址A稱為“偏移量”，其值可正可負，相對于當前指令地址進行浮動。

OPIX

A尋址特征位EADEAD尋址特征位7.基址尋址(1)采用專用寄存器作基址寄存器RB,操作數(shù)的有效地址為:EA=(RB)+ARB

為基址寄存器OPA操作數(shù)D主存尋址特征位ALURB

可擴大尋址范圍

有利于多道程序共享RB內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定

在程序的執(zhí)行過程中RB內(nèi)容不變，形式地址A可變EAIXD+(2)采用通用寄存器Ri作基址寄存器操作數(shù)D主存尋址特征位ALUOPR0A指定R0

作基址寄存器

由用戶指定某個通用寄存器Ri作為基址寄存器通用寄存器R0Rn-1R1…

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(Ri

)內(nèi)容不變，形式地址A可變EAIXD+指令系統(tǒng)特點：

這種尋址方式是將CPU中基址寄存器RB的內(nèi)容與指令中給定的形式地址A相加，形成操作數(shù)的有效地址,

即：

EA=（RB）±A

主要優(yōu)點：可以擴大尋址能力。與形式地址A相比，基址寄存器RB的位數(shù)可以設(shè)置得較長，從而可以在較大的存儲空間中尋址。

∴基址尋址的主要目的是擴大尋址空間。

（演示）EA=(RX)+AOPA操作數(shù)主存尋址特征位ALURXRX

為變址寄存器（專用）

可有規(guī)律地調(diào)整操作數(shù)地址

便于處理數(shù)組問題RX

的內(nèi)容由用戶給定

在程序的執(zhí)行過程中RX

內(nèi)容可變，形式地址A不變通用寄存器R也可以指定為變址寄存器8.變址尋址方式

EAIXD+特點：

把CPU中定義的變址寄存器RX的內(nèi)容與偏移量A相加，形成操作數(shù)的有效地址EA。

即：EA=(RX)±A

（可見，變址尋址方式與基址尋址方式計算有效地址的方法很相似）與基址尋址方式的區(qū)別:

變址尋址方式的目的是為了便于實現(xiàn)程序塊的規(guī)律性移動或變化，而不是為了擴大尋址空間。指令系統(tǒng)見后例例：

設(shè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)存首地址為A，求100個數(shù)的平均值直接尋址LDAA; (A)→Ac(累加器)ADDA+1； (A+1)+(Ac)→AcADDA+2；

(A+2)+(Ac)→Ac…ADDA+99;(A+99)+(Ac)→AcDIV#100；

(Ac)/100→AcSTAANS共用102條指令變址尋址CLR;0→AcLDX#0CPX#100BNELOPDIV#100STAANS僅用8條指令變址寄存器X清0M((X)+A)+(Ac)→Ac

(X)和#100比較(X)+1X(X)≠#100

跳轉(zhuǎn)LOP：INX(Ac)/100→ACADDX,A教材P126,把相對尋址、基址尋址、變址尋址統(tǒng)稱為“偏移尋址”。應(yīng)當注意到：三種尋址方式中，盡管形成操作數(shù)地址的方法類似，但是各自的特點和實現(xiàn)目標是不相同的。9.段尋址方式

很多微型機中采用了段尋址方式，用于擴大尋址空間。例如：如何在16位機中形成20位的地址，從而獲得1M存儲空間的直接尋址能力？指令系統(tǒng)

[實現(xiàn)方法]：

1M空間的存儲器需要20位地址；而16位地址只能尋址64K空間。→可以將1M空間分為24=16段，每段216=64K空間。在段尋址時，由段寄存器給出一個基地址（段號），再加上一個16位偏移量，來形成實際的20位物理地址。

在形成20位物理地址時，將段寄存器中的16位數(shù)左移4位，然后以16位偏移量相加，即可形成所需的20位的內(nèi)存地址。（教材P127）可見，這種尋址方式的實質(zhì)還是基址尋址。

（演示）

+10、堆棧尋址

堆棧：是能方便存儲和取出數(shù)據(jù)的一組地址連續(xù)的暫存單元。這些暫存單元既可以是寄存器組，也可以是存儲器。∴計算機中常用兩種形式的堆棧：

（1）寄存器堆棧（2）存儲器堆棧。堆棧和其它形式存儲器的區(qū)別：對數(shù)據(jù)的存取方法或?qū)ぶ贩椒ㄓ兴煌??！褩２捎谩跋冗M后出”的存取管理方法，通過堆棧指針寄存器SP來實現(xiàn)管理。堆棧中：所有的數(shù)據(jù)進?；虺鰲６际峭ㄟ^棧頂單元來完成。

∴堆棧尋址時，地址指針SP總指向棧頂單元：EA=（SP）。

通常：CPU通過“進?！敝噶?PUSH)把數(shù)據(jù)存入堆棧；而通過“出?！敝噶?POP)把數(shù)據(jù)從堆棧中取出（彈出）。

由于計算機中的寄存器資源有限,無法適應(yīng)批量數(shù)據(jù)的暫存任務(wù)?！喈斝枰欢ㄒ?guī)模的堆棧時，程序員通常在主存儲器中設(shè)置一部分區(qū)域來作為堆棧，這是堆棧的一種主要形式：存儲器堆棧。

堆棧通常有“進棧PUSH”、“出棧POP”兩種操作，按照“先進后出”的原則進行存取操作。

見CAI演示注：

當主存儲器的一部分單元被用作堆棧區(qū)后，這一部分就不能用作其它用途。小結(jié)：

與指令的尋址方式相比較，操作數(shù)的尋址方式要豐富、靈活很多。操作數(shù)尋址方式的重點：操作數(shù)有效地址EA的形成方法尋址空間大小的確定（取決于什么？）

各尋址方式的特點。舉例分析練習(xí)：假設(shè)（R）=1000，M(1000)=2000，M(2000)=3000，（PC）=4000，問在以下尋址方式下，訪問到的操作數(shù)D各為何值？

（1）寄存器尋址R； （2）寄存器間接尋址M(R),（3）直接尋址A=1000； （4）間接尋址A=1000

（5）相對尋址A=-2000； （6）立即數(shù)尋址A=2000[解]：

(1)

EA=RD=(R)=1000；寄存器的內(nèi)容就是操作數(shù)

(2)EA=(R)=1000,D=M((R))=M(1000）=2000；

(3)EA=A=1000,D=M(1000)=2000; (4)EA=M(A)=M(1000)=2000,D=M(2000)=3000；

(5)EA=(PC)+A=4000-2000=2000,D=M(2000)=3000; (6)D=A=2000；A本身就是操作數(shù)4.4.3尋址方式設(shè)計舉例

（見Pentium機尋址）

1.PDP/11系列機尋址方式

PDP/11系列機指令字長為16位。雖然指令系統(tǒng)中有單操作數(shù)指令和雙操作數(shù)指令，但操作數(shù)字段(即地址部分)均由6位二進制構(gòu)成。例如，其二地址指令格式如下:151211109876543210操作碼尋址方式寄存器號尋址方式寄存器號源地址目標地址PDP/11計算機CPU中有8個程序可訪問的寄存器（R0-R7）。其中：R7作為程序計數(shù)器PC使用，R6作為堆棧指示器SP使用，而其它6個寄存器R0-R5可作為通用寄存器。因此，用指令中的3位指定寄存器號。

指令中有3位用于尋址方式選擇，可指定8種尋址方式。此外還有4種指令計數(shù)器型尋址方式屬于隱含尋址方式，它們以訪問R7（程序計數(shù)器PC）為標志。所以，操作數(shù)共有12種尋址方式。（6位）（6位）(當應(yīng)用R7寄存器尋址時，為4種指令計數(shù)器型尋址方式)R7用作PC尋址名稱

尋址特征值有效地址E匯編格式說明程序計數(shù)器型

立即型010(PC)+2→PC;

E=(PC)#n指令下一個單元內(nèi)容是操作數(shù)的地址絕對值011(PC)+2→PC;

E=((PC))@#A指令下一個單元內(nèi)容是操作數(shù)的地址相對型110(PC)+2→PC;E=((PC))+(PC)+2;A指令下一個單元內(nèi)容與指令地址加4的數(shù)相加，其和作為操作數(shù)的地址

相對間接型111(PC)+2→PC；E=(((PC))+(PC)+2)@A指令下一個單元內(nèi)容與指令地址加4的數(shù)相加，其和作為操作數(shù)地址的地址可以看出：

PDP/11尋址方式的特征是采用寄存器進行尋址。當在寄存器R7中尋址時，變?yōu)樗姆N隱含的指令計數(shù)器PC尋址方式。

指令系統(tǒng)1、Pentium的尋址方式：

Pentium的外部地址總線寬度是36位，但它也支持32位物理地址空間（4G）。在實地址模式下，邏輯地址形式為段尋址方式：將段名所指定的段寄存器內(nèi)容（16位）左移4位（低4位補0)，得到20位段基地址，再加上16位段內(nèi)偏移，即得20位物理地址，可尋址1M的實地址空間。在保護模式下，32位段基地址加上段內(nèi)偏移，得到32位線性地址LA。由存儲管理部件將其轉(zhuǎn)換成32位的物理地址，最大可尋址4G的空間。指令系統(tǒng)序號尋址方式名稱有效地址EA算法說明(1)立即操作數(shù)=A操作數(shù)在指令中(2)寄存器EA=R操作數(shù)在寄存器中，指令給出寄存器號(3)直接EA=AA為偏移量(4)基址EA=(RB)RB為基址寄存器(5)基址＋偏移量EA=(RB)+A基址尋址(6)比例變址＋偏移量EA=(RI)×S+A

RI為變址寄存器S=1,2,4,8為比例因子(7)基址＋變址＋偏移EA=(RB)+(RI)+AA可有可無(8)基址＋比例變址＋偏移量EA=(RB)+(RI)×S+AA可有可無(9)相對EA=(PC)+APC為程序計數(shù)器或當前指令指針寄存器Pentium機的尋址方式（見教材P128圖4.4和表4.8）對32位尋址方式作幾點說明：（自閱）

⑴立即數(shù)可以是8位，16位，32位。

⑵寄存器地址：一般指令或使用8位通用寄存器，或使用16位通用寄存器，或使用32位通用寄存器。對64位浮點數(shù)操作，要使用一對32位寄存器。少數(shù)指令以段寄存器來實施寄存器尋址方式。

⑶直接尋址：也稱偏移量尋址方式，偏移量長度可以是8位，16位，32位。

⑷基址尋址：基址寄存器B可以是上述通用寄存器中任何一個?；芳拇嫫鰾的內(nèi)容為有效地址。

⑸基址＋偏移量尋址：基址寄存器B是32位通用寄存器中任何一個。

⑹比例地址＋偏移量尋址：也稱為變址尋址方式，變址寄存器I是32位通用寄存器中除ESP外的任何一個，而且可將此變址寄存器內(nèi)容乘以1，2，4或8的比例因子S，然后再加上偏移量而得到有效地址。

⑺，⑻兩種尋址方式是⑷，⑹兩種尋址方式的組合，此時偏移量可有可無。

⑼相對尋址：適用于轉(zhuǎn)移控制類指令。用當前指令指針寄存器EIP或IP的內(nèi)容（下一條指令地址）加上一個有符號的偏移量，形成CS段的段內(nèi)偏移。指令系統(tǒng)2、PowerPC的尋址方式：(自閱）指令格式分析與設(shè)計舉例[例4]某二地址、RS型指令的結(jié)構(gòu)如下所示:

(書P129)

其中：I為間接尋址標志位，X為尋址模式字段，D位偏移量字段（形式地址）。通過I、X、D的組合，可構(gòu)成下表所示的尋址方式。請寫出六種尋址方式的名稱。（第二個操作數(shù)）

2位X存儲器操作數(shù)

寄存器操作數(shù)

偏移量DI通用寄存器------OP16位

1位4位6位

設(shè)R1為基址寄存器EA=(R1)±D110(6)EA=(D)001(5)EA=(R3)111(4)設(shè)R2為變址寄存器EA=(R2)±D100(3)PC為程序計數(shù)器EA=(PC)±D010(2)EA=D000(1)說明有效地址EAXI尋址方式直接尋址

相對尋址

變址尋址

寄存器間接尋址間接尋址基址尋址2位X存儲器操作數(shù)

寄存器操作數(shù)

偏移量DI通用寄存器------OP16位

1位4位6位【例】習(xí)題8（教材P137)：指令格式設(shè)計與分析

某機器字長32位，主存容量為1MB，單字長指令，有50種操作碼，采用寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即、直接等尋址方式。CPU中有PC,IR,AR,DR和16個通用寄存器。問：（1）指令格式如何安排？寫出EA，指出尋址空間的大小。（2）能否增加其它尋址方式？解：（1）指令格式設(shè)計單字長指令→∴指令字長為32位有50條指令，→至少OP=6位

16個通用寄存器∴寄存器操作數(shù)為4位。

4種尋址方式：寄存器尋址、寄存器間接尋址

立即尋址、直接尋址→尋址特征位IX至少為2位。312625242320190OPIXRiA(6位）（2位）（4位）（20位）∴指令格式（32位）：設(shè)： IX=00：寄存器尋址→操作數(shù)D=(Ri)

IX=10：寄存器間接尋址→EA=(Ri),D=(EA) IX=01：立即尋址→D=A(或D=A+Ri×220)

IX=11：直接尋址→EA=A,(或EA=A+Ri×220)各尋址方式下，尋址空間大小各為多少？……（EA）312625242320190OPIXRiA(6位）（2位）（4位）（20位）(24位)（2）還能否增加其它的尋址方式？

不能！尋址特征位IX已用滿。當然，可以重新設(shè)計指令格式，增加尋址特征位來增加尋址方式。

[例]

某16位機器所使用的指令格式如下所示，該機有兩個20位基址寄存器，四個16位變址寄存器，十六個16位通用寄存器。指令匯編格式中的S（源），D（目標）都是通用寄存器，M是主存中的一個單元。（教材P118-119）

三種指令的操作碼OP分別是:MOV＝（0A)H

，STA＝（1B)H

，LDA＝(3C)H。

MOV是傳送指令，STA為寫數(shù)指令，LDA為讀數(shù)指令。指令格式如下：S、D都是寄存器操作數(shù)M是存儲器操作數(shù)要求：

⑴分析三種指令的指令格式與尋址方式特點。⑵CPU完成哪一種操作所花時間最短？哪一種操作所花時間最長？第二種指令的執(zhí)行時間有時會等于第三種指令的執(zhí)行時間嗎？⑶下列情況下每個十六進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？

①(F0F1)H(3CD2)H②(2856)H

③（6FD6)H④（1C2)H指令系統(tǒng)

①

第一種指令(MOVS,D)：單字長、二地址指令，RR型；

②第二種指令(STAS,M)：雙字長、二地址指令，RS型，其中，S采用基址尋址或變址尋址，R由源寄存器決定；③第三種指令(LDAS,M)：雙字長、二地址指令，RS型，其中，R由目標寄存器決定，S由20位地址（直接尋址）決定。⑴分析三種指令的指令格式與尋址方式特點?！獭獭烫幚頇C完成第一種指令所花時間最短，因為是RR型指令，執(zhí)行時不需要訪問存儲器。。⑵

∴結(jié)論為：第一條指令執(zhí)行速度最快；（RR型） 第三條指令速度次之；（RS型） 第二條指令執(zhí)行速度最慢。（RS型）并且：第二條指令的執(zhí)行速度一定比第三條指令慢。

第三種指令在執(zhí)行時也要訪問存儲器，但由于指令直接給出了存儲器操作數(shù)的有效地址，因而節(jié)省了求有效地址運算的時間開銷。所以第三種指令的執(zhí)行時間要比第二種指令快。第二種指令是RS型指令，指令執(zhí)行時需要訪問存儲器，同時要進行尋址方式的變換運算（基址或變址），這也需要時間。

⑶根據(jù)已知條件：MOV:（OP）=(0A)H＝001010，STA:（OP）=(1B)H

＝011011，LDA:（OP）=(3C)H

＝111100

分析各指令的二進制代碼并進行格式分析和檢查：

①(F0F1)H(3CD2)H（雙字長指令）

=111100001111

00010011110011010010OP=3CH(LDA指令）20位地址=13CD2H

對照指令格式，可知其含義是：把主存(13CD2)H

地址單元的內(nèi)容取至15號寄存器中。

∴由前6位操作碼OP=(3C)H

，可知這是LDA（取數(shù)）指令，操作碼編碼正確。目標寄存器號=0FH√

指令系統(tǒng)

②（2856)H=001010000101

0110

顯然：這是一條單字長，只可能是MOV指令。驗證操作碼（前6位）：OP=(0A)H，可知操作碼編碼正確。目標寄存器號=05HOP=0AH源寄存器號=06H對照指令格式，該指令的功能是：把06號源寄存器的內(nèi)容傳送至05號目標寄存器。檢查操作碼OP：③（6FD6）H=110011111101

0110

這也是一條單字長指令，一定是MOV指令OP=(0A)H。可知:操作碼編碼錯誤！OP=33H目標寄存器號=0DH源寄存器號=06H∴應(yīng)當改正為：001010111101

0110=（2BD6)H

OP=0AH其含義是：把06號源寄存器的內(nèi)容→至0D號目標寄存器中。

指令系統(tǒng)

④（1C2）H=0000000111000010

是單字長指令，也代表MOV指令，但操作碼OP顯然錯誤！

OP=00H目標寄存器號=0CH源寄存器號=02H可改正為：0010100111000010=(29C2)H

。

其含義是：把02號源寄存器的內(nèi)容→至0C號目標寄存器。OP=0AH堆棧尋址方式(略）4.4.1

串聯(lián)堆棧4.4.2

存儲器堆棧

指令系統(tǒng)

堆棧：是一組能方便存儲和取出數(shù)據(jù)的暫存單元。這些暫存單元既可以是存儲器，也可以是寄存器。堆棧和其它形式存儲器的差別：

堆棧對數(shù)據(jù)的存取方法或?qū)ぶ贩椒ㄓ兴煌Ｓ嬎銠C中常用兩種形式的堆棧：

（1）串聯(lián)堆棧（2）存儲器堆棧。4.4.1串聯(lián)堆棧串聯(lián)堆棧(又稱作：寄存器堆棧）：

一些計算機的CPU中有一組專門用作堆棧的寄存器，有16個或更多，它們稱為串聯(lián)堆棧，其中每一個寄存器都能保存一個數(shù)據(jù)字。

當由于某種原因，需要空出某個通用寄存器時，就可將該通用寄存器內(nèi)容先暫存入堆棧。以后若需要這部分數(shù)據(jù)時，又可以從堆棧中取回來。由于串聯(lián)堆棧的操作主要在寄存器之間進行，所以，操作的速度較快。

（CAI演示）

指令系統(tǒng)

由CAI可以看出，在串聯(lián)堆棧中：所有的數(shù)據(jù)傳送是在棧頂和某個通用寄存器之間進行的，即：通用寄存器僅和堆棧的頂部單元相聯(lián)系，且棧頂單元是固定的。通常，CPU通過“進?！敝噶畎褦?shù)據(jù)送入堆棧，而通過“出?！敝噶畎褦?shù)據(jù)從堆棧中取出。這種結(jié)構(gòu)通常稱作“下壓堆?！被颉按?lián)堆棧”。指令系統(tǒng)堆棧特點：

每當一個新數(shù)被壓進棧頂時，數(shù)據(jù)是串聯(lián)地依次向下壓進堆棧；所以，數(shù)據(jù)出棧時，最后進入棧的數(shù)總是首先從棧中取出。因此，這種結(jié)構(gòu)通常又稱為“后進先出”(或“先進后出”）堆棧。[串聯(lián)堆棧存在的問題]:指令系統(tǒng)

1、計算機中可用于堆棧的寄存器數(shù)目一般是有限的。如堆棧有8個寄存器，那么把多于8個的數(shù)據(jù)壓入堆棧時,最下面的數(shù)據(jù)就從棧底漏出并被丟失。

2、串聯(lián)堆棧的讀出是破壞性的。即：當從堆棧取出一個數(shù)時，它原來在堆棧寄存器單元中的內(nèi)容將被其它內(nèi)容所覆蓋，所以，原內(nèi)容將不存在。

∴當需要一定規(guī)模的堆棧時，程序員通常在主存儲器中設(shè)置一部分區(qū)域來作為堆棧，所以有堆棧的另一種形式：存儲器堆棧。4.4.2存儲器堆棧[存儲器堆棧的優(yōu)點]：指令系統(tǒng)

⑴堆棧的長度可以任意設(shè)定；[存儲器堆棧的管理方法]：“棧頂浮動”

存儲器堆棧的“進棧”，“出?！辈僮饕奀AI演示：⑶可以用訪存指令對堆棧中的數(shù)據(jù)進行直接訪問。⑵堆棧的個數(shù)可以隨意設(shè)定；

設(shè)置堆棧指示器SP，它是CPU中一個專用的寄存器。SP指定的存儲器單元，總是堆棧的棧頂單元。注：

當主存儲器的一部分單元被用作堆棧區(qū)后，這一部分就不能用作其它用途。

當建立存儲器堆棧時，可用程序來設(shè)置。把一個主存地址送入堆棧指示器SP，就可確定堆棧的棧頂。在存儲器堆棧中，數(shù)據(jù)的壓入或取出操作，通常也是使用“進?！敝噶詈汀俺鰲！敝噶顏韺崿F(xiàn)的，但是指令的功能和串聯(lián)堆棧中的情況有所不同。

指令系統(tǒng)（1）進棧操作可描述如下：

（A）→Msp

，（SP）－1→SP其中（A）表示通用寄存器A的內(nèi)容，SP表示堆棧指示器，Msp

則表示存儲器堆棧的棧頂單元。SP=（300）8SPaSP=（277）8SPaa（數(shù)據(jù)進棧）指令系統(tǒng)aSPSP=（277)8（2）出棧操作描述如下：

（SP）＋1→SP，（Msp）→Ａ

SPSP=（300)8aa（數(shù)據(jù)出棧）注意到：

在此例存儲器堆棧中，進棧時，先存入數(shù)據(jù)，然后修改堆棧指示器SP；出棧時，先修改堆棧指示器SP,然后取出數(shù)據(jù)。

SP的初始值為堆棧區(qū)域的最高地址，同時SP總指向下一個要進棧數(shù)據(jù)的存儲單元。進棧時，SP的調(diào)整為遞減；出棧時，SP的調(diào)整為遞增。指令系統(tǒng)課后思考：

若建立存儲器堆棧時，堆棧區(qū)域的最低地址送入堆棧指示器SP，且SP總指向剛進棧的最新數(shù)據(jù)的存儲單元時，存儲器的進棧和出棧過程如何描述？4.5

典型指令4.5.1

指令的分類4.5.2

基本指令系統(tǒng)4.5.3

精簡指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)4.5.1指令的分類

基本完善系統(tǒng)的指令類別1.數(shù)據(jù)傳送指令

（教材P130~131)

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、堆棧操作指令等等。這類指令特點：主要用來實現(xiàn)主存和寄存器之間，或寄存器和寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送。指令系統(tǒng)2.算術(shù)運算指令

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(shù)移位指令，算術(shù)比較指令，十進制加、減運算指令等。這類指令主要用于機器數(shù)的算術(shù)運算，大型機中有向量運算指令等。指令系統(tǒng)3.邏輯運算指令

這類指令包括：邏輯加、邏輯乘、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)左右移動，包括：算術(shù)移位、邏輯移位、循環(huán)移位等。指令系統(tǒng)4.程序控制指令

也稱轉(zhuǎn)移指令。根據(jù)不同測試結(jié)果執(zhí)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”。

另外，還有無條件轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子程序指令、返回主程序指令、中斷返回指令等指令。轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移地址一般采用直接尋址（絕對轉(zhuǎn)移）和相對尋址（相對轉(zhuǎn)移）方式來確定。5.輸入輸出(I/O)指令

I/O指令主要用來控制外設(shè)工作，包括：啟動外圍設(shè)備、檢查測試外設(shè)的工作狀態(tài)、實現(xiàn)外設(shè)和CPU之間、或外設(shè)與外設(shè)之間的信息傳送等。

指令系統(tǒng)INAX,nOUTDX,ALOUTn,AXOUTDX,AXINAL,DXINAX,DXI/O輸入端口