第四章 指令系統(tǒng)(白中英第五版)

計算機(jī)組原理第四章指令系統(tǒng)4.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求一、指令系統(tǒng)的發(fā)展計算機(jī)的程序是有一系列的機(jī)器指令組成的。指令就是要計算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。從計算機(jī)組成的層次結(jié)構(gòu)來說，計算機(jī)的指令有微指令、機(jī)器指令和宏指令之分。02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求微指令：是微程序級的命令，它屬于硬件。宏指令：是由若干條機(jī)器指令組成的軟件指令，它屬于軟件。機(jī)器指令：介于微指令和宏指令之間，通常簡稱為指令，每一條指令可以完成一個獨立的算術(shù)運算或邏輯運算操作。

02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求一臺計算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，稱為這臺計算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是表征一臺計算機(jī)性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機(jī)器的適用范圍。02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求

02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求下面我們來看一下計算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展過程:

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(jìn)制運算、字符串處理等指令，指令數(shù)目多達(dá)一二百條，尋址方式也趨多樣化。02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求系列計算機(jī)是指節(jié)本指令系統(tǒng)相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計算機(jī)。其必要條件是同一系列的各機(jī)種有共同的指令集．而且新推出的機(jī)種指令系統(tǒng)一定包含所有舊機(jī)種的全部指令，即實現(xiàn)一個“向上兼容”。因此舊機(jī)種上運行的各種軟件可以不加任何修改便可在新機(jī)種上運行，大大減少了軟件開發(fā)費用。系列機(jī)解決了各機(jī)種的軟件兼容問題02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)（CISC)計算機(jī)的指令系統(tǒng)多達(dá)幾百條。但是如此龐大的指令系統(tǒng)難以保證正確性，不易調(diào)試維護(hù)，造成硬件資源浪費。為此人們又提出了便于VLSI技術(shù)實現(xiàn)的精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)（RISC）RISC是一種計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想，至今還沒有一個確切的定義，也難以再CISC和RISC之間劃出一條明顯的界限02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求二、對指令系統(tǒng)性能的要求指令系統(tǒng)的性能決定了計算機(jī)的基本功能，它的設(shè)計直接關(guān)系到計算機(jī)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、功能齊全、使用方便。

02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求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。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。一般來說，一個功能更強(qiáng)、更完善的指令系統(tǒng)，必定有更好的有效性。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)格式的一致性。02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求對稱性指在指令系統(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；勻齊性是指一種操作性質(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)格式的一致性是指指令長度和數(shù)據(jù)長度有一定的關(guān)系，以方便處理和存取。02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求兼容性

系列機(jī)各機(jī)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，即各機(jī)種上基本軟件可以通用。但由于不同機(jī)種推出的時間不同，在結(jié)構(gòu)和性能上有差異，做到所有軟件都完全兼容是不可能的，只能做到“向上兼容”，即低檔機(jī)上運行的軟件可以在高檔機(jī)上運行。02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求三、低級語言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系計算機(jī)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(jī)器的指令系統(tǒng)無關(guān)。低級語言分機(jī)器語言（二進(jìn)制語言）和匯編語言（符號語言），這兩種語言都是面向機(jī)器的語言，它們和具體機(jī)器的指令系統(tǒng)密切相關(guān)。機(jī)器語言用指令代碼編寫程序，而符號語言用指令助記符來編寫程序。

02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求高級語言和低級語言的異同可參考表4.1。計算機(jī)能夠直接識別和執(zhí)行的唯一語言是二進(jìn)制語言，但人們采用符號語言或高級語言編寫程序。為此，必須借助匯編程序或編譯程序，把符號語言或高級語言翻譯成二進(jìn)制碼組成的機(jī)器語言。匯編語言依賴于計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。不同的機(jī)器有不同的指令，所以用匯編語言編寫的程序不能在其他類型的機(jī)器上運行。

02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求高級語言與計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)無關(guān)，在編寫程序方面比匯編語言優(yōu)越。但是高級語言程序“看不見”機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，不能用于編寫直接訪問機(jī)器硬件資源的系統(tǒng)軟件或設(shè)備控制軟件。為此，一些高級語言提供了與匯編語言之間的調(diào)用接口。用匯編語言編寫的程序，可作為高級語言的一個外部過程或函數(shù)，利用堆棧來傳遞參數(shù)或參數(shù)的地址。02二月20234.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求02二月20234.2指令格式指令能反映以下信息:做什么操作如果需要操作數(shù)，從哪里取結(jié)果送哪里下一條指令從哪里取影響計算機(jī)指令格式的因素:

機(jī)器的字長存儲器的容量（）指令的功能02二月20234.2指令格式指令格式則是指令字用二進(jìn)制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式，由操作碼字段和地址碼字段組成。02二月2023操作碼地址碼4.2指令格式一、操作碼操作碼字段表征指令的操作特性與功能；地址碼字段通常指定參與操作的操作數(shù)的地址。操作碼:表示該指令應(yīng)進(jìn)行什么性質(zhì)的操作。每一種編碼代表一種指令,組成操作碼字段的位數(shù)一般取決于計算機(jī)指令系統(tǒng)的規(guī)模。02二月20234.2指令格式例如:8條____________3位32條___________5位對于一個機(jī)器的指令系統(tǒng)，在指令字中操作碼字段和地址碼字段長度通常是固定的。在單片機(jī)中，由于指令字較短，為了充分利用指令字長度，指令字的操作碼字段和地址碼字段是不固定的，即不同類型的指令有不同的劃分，以便盡可能用較短的指令字長來表示越來越多的操作種類，并在越來越大的存儲空間中尋址。02二月20234.2指令格式二、地址碼地址碼通常指定參與操作的操作數(shù)的地址。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。目前二地址和一地址指令格式用的得最多。零地址指令的指令字中只有操作碼，而沒有地址碼。“停機(jī)”、“空操作”、“清除”等控制類指令02二月20234.2指令格式一地址指令常稱單操作數(shù)指令。

(AC)OP(A)→AC二地址指令常稱雙操作數(shù)指令，它有兩個地址碼字段A1和A2，分別指明參與操作的兩個數(shù)在內(nèi)存中或運算器通用寄存器的地址，其中地址A1兼做存放操作結(jié)果的地址。

(A1)OP(A2)→A102二月2023OPA1A24.2指令格式三地址指令字中有三個操作數(shù)地址A1，A2和A3。

(A1)OP(A2)→A3

02二月2023OPA1A2A34.2指令格式二地址指令根據(jù)操作數(shù)的物理位置又可歸結(jié)為三種類型：訪問內(nèi)存的指令格式，我們稱這類指令為存儲器－存儲器（SS）型指令；訪問寄存器的指令格式，我們稱這類指令為寄存器－寄存器（RR）型指令；第三種類型為寄存器－存儲器（RS）型指令。02二月20234.2指令格式三、指令字長度一個指令字中包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)，稱為指令字長度。機(jī)器字長是指計算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了計算機(jī)的運算精度。02二月20234.2指令格式單字長指令：指令字長度等于機(jī)器字長度的指令半字長指令：指令字長度等于半個機(jī)器字長度的指令雙字長指令：指令字長度等于兩個機(jī)器字長度的指令02二月20234.2指令格式使用多字長指令的優(yōu)點：可以提供足夠的地址位來解決訪問內(nèi)存任何單元的尋址問題。使用多字長指令的缺點:必須兩次或多次訪問內(nèi)存以取出整條指令，這就降低了CPU的運算速度，同時又占用了更多的存儲空間。02二月20234.2指令格式在一個指令系統(tǒng)中，如果各種指令字長度是相等的，稱為等長指令字結(jié)構(gòu)，這種指令字結(jié)構(gòu)簡單，且指令字長度是不變的。如果各種指令字長度隨指令功能而異，就稱為變長指令字結(jié)構(gòu)。這種指令字結(jié)構(gòu)靈活，能充分利用指令長度，但指令的控制較復(fù)雜。02二月20234.2指令格式四、指令助記符由于硬件只能識別1和0，所以采用二進(jìn)制操作碼是必要的，但是我們用二進(jìn)制來書寫程序卻非常麻煩。為便于書寫和記憶而設(shè)定的，與機(jī)器指令一一對應(yīng)。每條指令通常用3個或4個英文縮寫字母來表示。這種縮寫碼叫做指令助記符。指令助記符由匯編程序轉(zhuǎn)換成它們相對應(yīng)的二進(jìn)制操作碼。02二月20234.2指令格式不同的計算機(jī)中，指令助記符的規(guī)定是不一樣的。當(dāng)指令的操作碼用助記符表示，而地址及其尋址特征也用符號表示時，就成為匯編語言，這些符號稱為匯編符號，用匯編符號表示的指令格式，就稱為匯編格式。P118表4.202二月20234.2指令格式五、指令格式舉例八位微型計算機(jī)的指令格式8位微型機(jī)字長只有8位，指令結(jié)構(gòu)是一種可變字長形式，包含單字長、雙字長、三字長指令等多種。單字長指令雙字長指令三字長指令

02二月20234.2指令格式內(nèi)存按字節(jié)編址，所以單字長指令每執(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)行一條指令時，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(jī)器速度。02二月20234.2指令格式六、PDP/11系列機(jī)指令格式

PDP/11系列機(jī)指令字長16位，其指令格式如下表所示。4.3PDP/11系列機(jī)指令格式

02二月20234.2指令格式從表中看出，在PDP/11中，操作碼字段是不固定的，其長度也是不相同的。這樣做可以擴(kuò)展操作碼以包含較多的指令。但是操作碼字段不固定，對控制器的設(shè)計來說必將復(fù)雜化。02二月20234.2指令格式[例1]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。1597430

[解]：(1)單字長二地址指令。(2)操作碼字段OP可以指定128條指令。(3)源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器（可分別指定16個），所以是RR型指令，兩個操作數(shù)均在寄存器中。(4)這種指令結(jié)構(gòu)常用于算術(shù)邏輯運算類指令。02二月2023OP------源寄存器目標(biāo)寄存器4.2指令格式[例2]指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式特點。

15107430[解]：(1)雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。

(2)操作碼字段OP為6位，可以指定64種操作。

(3)一個操作數(shù)在源寄存器（共16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）所以是RS型指令。02二月2023OP------源寄存器變址寄存器位移量（16字）4.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式研究問題確定本條指令中各操作數(shù)的地址下一條指令的地址尋址方式是指CPU根據(jù)指令中給出的地址碼字段尋找相應(yīng)的操作數(shù)的方式，它與計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，而且對指令的格式和功能有很大的影響。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式尋址方式

指令尋址方式（簡單）

跳躍尋址方式

數(shù)據(jù)尋址方式（復(fù)雜）02二月2023順序?qū)ぶ贩绞?.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式一、指令的尋址方式操作數(shù)或指令在存儲器中的地址：某個操作數(shù)或某條指令存放在某個存儲單元時其存儲單元的編號。在存儲器中，操作數(shù)或指令字寫入或讀出的方式，有地址指定方式、相聯(lián)存儲方式和堆棧存取方式。當(dāng)采用地址指定方式時，形成操作數(shù)或指令地址的方式，稱為尋址方式。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式順序?qū)ぶ贩绞街噶畹刂吩趦?nèi)存中按順序安排，當(dāng)執(zhí)行一段程序時，通常是一條指令接一條指令的順序執(zhí)行。從存儲器取出第一條指令，然后執(zhí)行這條指令；接著從存儲器取出第二條指令，在執(zhí)行第二條指令；接著再取出第三條指令……這種程序順序執(zhí)行的過程，我們稱為指令的順序?qū)ぶ贩绞健?2二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式為此，必須使用程序計數(shù)器（又稱指令指針寄存器）PC來計數(shù)指令的順序號，該順序號就是指令在內(nèi)存中的地址。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式跳躍尋址方式

當(dāng)程序轉(zhuǎn)移執(zhí)行的順序時，指令的尋址就采取跳躍尋址方式。所謂跳躍，是指下條指令的地址碼不是由程序計數(shù)器給出，而是由本條指令給出。程序跳躍后，按新的指令地址開始順序執(zhí)行。指令計數(shù)器的內(nèi)容也必須相應(yīng)改變，以便及時跟蹤新的指令地址。采用指令跳躍尋址方式，可以實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移或構(gòu)成循環(huán)程序，從而能縮短程序長度，或?qū)⒛承┏绦蜃鳛楣渤绦蛞?。指令系統(tǒng)中的各種條件轉(zhuǎn)移或無條件轉(zhuǎn)移指令，就是為了實現(xiàn)指令的跳躍尋址而設(shè)置的。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式二、操作數(shù)尋址方式由于指令中操作數(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，一般來說，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)的有效地址的方法，稱為操作數(shù)的尋址方式。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式操作數(shù)包含在CPU的某一個內(nèi)部寄存器中；操作數(shù)包含在主存儲器中；操作數(shù)包含在I/O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尋址方式，往往不同的計算機(jī)具有不同的尋址方式。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式例如，一種單地址指令的結(jié)構(gòu)如下所示，其中用X，I，D各字段組成該指令的操作數(shù)地址。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，一般來說，指令中所給出的地址碼，并不是操作數(shù)的有效地址。因此，尋址過程就是把操作數(shù)的形式地址，變換為操作數(shù)的有效地址的過程。02二月2023操作碼OP變址X間址I地址D4.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式1.隱含尋址在指令中不明顯的給出而是隱含著操作數(shù)的地址。例如，單地址的指令格式，沒有在地址字段中指明第二操作數(shù)地址，而是規(guī)定累加寄存器AC作為第二操作數(shù)地址，AC對單地址指令格式來說是隱含地址。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式2.立即尋址指令的地址字段指出的不是操作數(shù)的地址，而是操作數(shù)本身。這種方式的特點是指令執(zhí)行時間很短，不需要訪問內(nèi)存取數(shù)。例如：單地址的移位指令格式為這里D不是地址，而是一個操作數(shù)。F為標(biāo)志位，當(dāng)F＝1，操作數(shù)進(jìn)行右移；當(dāng)F＝0時，操作數(shù)進(jìn)行左移。02二月2023OP（移位）FD4.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式3.直接尋址直接尋址特點是：在指令格式的地址字段中直接指出操作數(shù)在內(nèi)存的地址D。

采用直接尋址方式時，指令字中的形式地址D就是操作數(shù)的有效地址E，既E＝D。因此通常把形式地址D又稱為直接地址。此時，由尋址模式給予指示。如果用S表示操作數(shù)，那么直接尋址的邏輯表達(dá)式為S＝（E）＝（D）02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.間接尋址間接尋址的情況下，指令地址字段中的形式地址D不是操作數(shù)的真正地址，而是操作數(shù)地址的指示器，D單元的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址。

如果把直接尋址和間接尋址結(jié)合起來，指令有如下形式：

02二月2023操作碼1D4.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式尋址特征位I＝0，表示直接尋址，這時有效地址E＝D；I＝1，表示間接尋址，這時有效地址E＝（D）。間接尋址方式是早期計算機(jī)中經(jīng)常采用的方式，但由于兩次訪存，影響指令執(zhí)行速度，現(xiàn)在已不大使用。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式5.寄存器尋址方式和寄存器間接尋址方式當(dāng)操作數(shù)不放在內(nèi)存中，而是放在CPU的通用寄存器中時，可采用寄存器尋址方式。此時指令中給出的操作數(shù)地址不是內(nèi)存的地址單元號，而是通用寄存器的編號。寄存器間接尋址方式與寄存器尋址方式的區(qū)別在于：指令格式中的寄存器內(nèi)容不是操作數(shù)，而是操作數(shù)的地址，該地址指明的操作數(shù)在內(nèi)存中。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式6.相對尋址方式(偏移尋址)相對尋址是把程序計數(shù)器PC的內(nèi)容加上指令格式中的形式地址D而形成操作數(shù)的有效地址。程序計數(shù)器的內(nèi)容就是當(dāng)前指令的地址。“相對”尋址，就是相對于當(dāng)前的指令地址而言。

采用相對尋址方式的好處是程序員無須用指令的絕對地址編程，所編程序可以放在內(nèi)存任何地方。此時形式地址D通常稱為偏移量，其值可正可負(fù)，相對于當(dāng)前指令地址進(jìn)行浮動。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式7.基址尋址方式(偏移尋址)基址尋址方式是將CPU中基址寄存器的內(nèi)容加上指令格式中的形式地址而形成操作數(shù)的有效地址。

它的優(yōu)點是可以擴(kuò)大尋址能力。同形式地址相比，基址寄存器的位數(shù)可以設(shè)置得很長，從而可以在較大的存儲空間中尋址。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式8.變址尋址方式(偏移尋址)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，它把CPU中某個變址寄存器的內(nèi)容與偏移量D相加來形成操作數(shù)有效地址。但使用變址尋址方式的目的不在于擴(kuò)大尋址空間，而在于實現(xiàn)程序塊的規(guī)律性變化。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式9.段尋址方式微型機(jī)中采用了段尋址方式，例如它們可以給定一個20位的地址，從而有1M存儲空間的直接尋址能力。為此將整個1M空間存儲器以64K為單位劃分成若干段。在尋址一個內(nèi)存具體單元時，由一個基地址再加上某些寄存器提供的16位偏移量來形成實際的20位物理地址。這個基地址就是CPU中的段寄存器。在形成20位物理地址時，段寄存器中的16位數(shù)會自02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式動左移4位，然后以16位偏移量相加，即可形成所需的內(nèi)存地址。這種尋址方式的實質(zhì)還是基址尋址。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式10.堆棧尋址方式堆棧有寄存器堆棧和存儲器堆棧兩種形式，它們都以先進(jìn)后出的原理存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)進(jìn)棧時使用PUSH指令，將數(shù)據(jù)壓入棧頂?shù)刂?，堆棧指示器減1；數(shù)據(jù)退棧時，使用POP指令，數(shù)據(jù)從棧頂?shù)刂窂棾觯褩Ｖ甘酒骷?。這保證了堆棧中數(shù)據(jù)先進(jìn)后出的存取順序。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式[例3]一種二地址RS型指令的結(jié)構(gòu)如下所示：

6位4位1位2位16位其中I為間接尋址標(biāo)志位，X為尋址模式字段，D位偏移量字段。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。02二月2023操作碼-------通用寄存器1XD4.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式尋址方式I

X有效地址E算法說明(1)

0

00

E=D

(2)0

01

E=(PC)+DPC為程序計數(shù)器(3)

0

10

E=(R2)+DR2為變址寄存器(4)

1

11

E=(R3)

(5)

1

00

E=(D)

(6)0

11

E=(R1)+DR1為基址寄存器02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式[解]：⑴直接尋址

⑵相對尋址⑶變址尋址⑷寄存器間接尋址⑸間接尋址⑹基址尋址02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式[例4]

某16位機(jī)器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機(jī)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(biāo)）都是通用寄存器，M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV（OP）＝（A）H，STA（OP）＝（1B）H，LDA（OP）＝（3C）H。MOV是傳送指令，STA為寫數(shù)指令，LDA為讀數(shù)指令。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式要求：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(jìn)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)H02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式[解]：

⑴第一種指令是單字長二地址指令，RR型；第二種指令是雙字長二地址指令，RS型，其中S采用基址尋址或變址尋址，R由源寄存器決定；第三種也是雙字長二地址指令，RS型，其中R由目標(biāo)寄存器決定，S由20位地址（直接尋址）決定。

02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式⑵處理機(jī)完成第一種指令所花時間最短，因為是RR型指令，不需要訪問存儲器。第二種指令所花時間最長，因為是RS型指令，需要訪問存儲器，同時要進(jìn)行尋址方式的變換運算（基址或變址），這也需要時間。第二種指令的執(zhí)行時間不會等于第三種指令，因為第三種指令雖然也訪問存儲器，但節(jié)省了求有效地址運算的時間開銷。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式⑶根據(jù)已知條件：MOV（OP）＝001010，STA（OP）＝011011，LDA（OP）＝111100,將指令的十六進(jìn)制格式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼且比較后可知：①（F0F1）H（3CD2）H

指令代表LDA指令，編碼正確，其含義是把主存（13CD2）H地址單元的內(nèi)容取至15號寄存器。②（2856)H

指令代表MOV指令，編碼正確，含義是把6號源寄存器的內(nèi)容傳送至5號目標(biāo)寄存器。02二月20234.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式③（6FD6）H是單字長指令，一定是MOV指令，但編碼錯誤，可改正為（28D6）H④（1C2）H

是單字長指令，代表MOV指令，但編碼錯誤，可改正為（28C2）H

。02二月20234.4典型指令一、指令的分類1.數(shù)據(jù)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、堆棧操作指令等等。這類指令主要用來實現(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。02二月20234.4典型指令2.算術(shù)運算指令這類指令包括二進(jìn)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(jìn)制加、減運算指令等。這類指令主要用于定點或浮點的算術(shù)運算，大型機(jī)中有向量運算指令，直接對整個向量或矩陣進(jìn)行求和、求積運算。02二月20234.4