計算機組成原理第四章指令系統(tǒng)的知識

第四章指令系統(tǒng)14.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求4.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展計算機的程序是由一系列的機器指令組成的。指令就是指揮計算機執(zhí)行某種操作的命令。從計算機組成的層次結(jié)構(gòu)來說，指令可以分為：1.微指令是微程序級屬于硬件2.宏指令由若干條機器指令組成屬于軟件3.機器指令介于上述兩者之間通常稱為指令每一條指令可以獨立的完成一個算術(shù)運算或邏輯運算。24.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求4.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展一臺計算機中所有機器指令的集合，稱為這臺計算機的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)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)軟件，影響到機器的適用范圍。早期的計算機，由于硬件結(jié)構(gòu)簡單，指令系統(tǒng)就只有定點加減、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移等幾十條指令。60年代，隨著集成電路的出現(xiàn)，又設(shè)置了乘除運算、浮點運算、十進制運算、字符串處理等指令，達一二百條。34.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求4.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展

70年代末期，隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)計算機的指令系統(tǒng)多達幾百條。稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機，簡稱為CISC。但CISC的研制周期長，難以保證正確性，不易調(diào)試，很多指令使用頻率低且造成硬件資源浪費。為此又提出了精簡指令系統(tǒng)計算機，簡稱RISC。44.1指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求4.1.2對指令系統(tǒng)性能的要求一個完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足如下四個方面的要求：1.完備性：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。2.有效性：指該指令系統(tǒng)所編寫的程序能夠高效的運行。占空小、速度快。3.規(guī)整性：指指令系統(tǒng)的對稱性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性。4.兼容性：同一系列的不同機型，指令系統(tǒng)兼容。但不同機型在結(jié)構(gòu)和性能上有差異，完全兼容是不可能的。只能做到“向上兼容”。54.2指令格式

一條指令應(yīng)提供兩方面的信息：1、是指明操作的性質(zhì)，即干什么工作2、指明操作數(shù)的來源，地址指令的基本格式如下：在指令格式設(shè)計時應(yīng)相應(yīng)地考慮如下問題：①指令字長需要多少位，是定字長還是變字長；②操作碼是定長還是擴展，是一段還由若干段組合；③地址結(jié)構(gòu)：一條指令的執(zhí)行涉及到哪些地址，在指令中給出哪些地址，哪些地址隱含的約定；操作碼字段OP地址碼字段A64.2指令格式④尋址方式：如何獲得操作數(shù)地址，是直接給出還是間接給出，或是經(jīng)過變得計算獲得等。74.2指令格式4.2.1指令字長度1、一條指令字中包含二進制代碼的位數(shù)，稱為指令字長度。指令字越長→表示的信息越多，功能越豐富，→占用空間就越多→讀取的時間越長。指令字越短→表示的信息越少，功能越簡單，→占用空間就越少→讀取的時間越短。

84.2指令格式

4.2.1指令字長度2、機器字長：是指計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，一般與主存單元的位數(shù)一致。由指令字長和機器字長之間的關(guān)系又可分為半字長指令、單字長指令，雙字長指令。采用單字長指令，則訪問內(nèi)存所花費的時間短。采用多字長指令，可以有足夠的地址位來解決訪問內(nèi)存任何單元的尋址問題，但缺點是必須兩次或多次訪問內(nèi)存，浪費時間，且又占用了更多的內(nèi)存空間。94.2指令格式4.2.1指令字長度3、固定字長和變字長指令⑴如果各種指令字長度是相等的，稱為等長指令字結(jié)構(gòu)。特點：結(jié)構(gòu)簡單、易于硬件實現(xiàn)；⑵如果各種指令字長度是隨指令功能而變化，稱為變長指令字結(jié)構(gòu)。特點：能充分利用指令長度、但指令的控制較復(fù)雜。早期計算機如NOVA系列，采用定字長指令格式，每條指令16位?，F(xiàn)代計算機廣泛應(yīng)用變字長指令，例如，IBM370系列，它的指令格式有16位（半字）的，有32位（單字）的，還有48位（一個半字）的。Pentium系列機，指令格式也是可變的：有8位、16位、32位、64位不等。104.2.2操作碼格式指令的操作碼OP表示指令應(yīng)進行什么性質(zhì)的操作。操作碼的位數(shù)決定了該操作類型的多少。操作碼字段不同的編碼表示不同的操作。操作碼大致有以下兩種：1.定長操作碼：該操作碼的位數(shù)與位置固定，通常占據(jù)指令最前面的幾位。特點：便于硬件設(shè)計和指令譯碼時間短。該方式廣泛用于字長較長的、大中型計算機和小型計算機以及RISC中。例如：IBM370和VAX-11系列機，操作碼長度均為8位。

114.2指令格式2、擴展操作碼對于操作碼長度不固定的指令，其操作碼分散在指令的不同字段中。這種格式可有效地壓縮操作碼的平均長度，在字長較短的微型機中廣泛采用。例如PDP-11、Intel8086/80386等，操作碼的長度是可變的。操作碼長度可變使控制器設(shè)計復(fù)雜化。通常采用擴展操作碼技術(shù)，使操作碼的長度隨地址數(shù)的減少而增加，不同地址數(shù)的指令可以有不同的操作碼，從而有效的縮短指令字長。124.2指令格式2、擴展操作碼

設(shè)某機器的指令長度為16位，有4位基本的操作碼字段和兩個6位地址碼字段，其格式如下：OPA1A2151211650134.2指令格式①.二地址指令只用15條，由4位基本操作碼0000-----1110組合給出，剩余一個1111用于把操作碼擴展到A1。②.單地址指令由操作碼1111000000----1111111110給出，剩余一個1111111111用于把操作碼擴展到A2。③.零地址的16位操作碼由1111111111000000-----1111111111111111給出。二地址指令有15條，單地址指令有63條，零地址指令有64條，共計142條指令。144.2指令格式4.2.3地址結(jié)構(gòu)

根據(jù)指令中地址數(shù)的多少可分為幾地址指令。一般的操作數(shù)有被操作數(shù)、操作數(shù)及操作結(jié)果這三種數(shù)，因而就形成了三地址指令格式。現(xiàn)在又發(fā)展成為二地址格式、一地址格式和零地址格式。⑴零地址格式：只有操作碼，沒有地址碼。如停機指令。⑵一地址指令：只有一個地址碼，另一個操作數(shù)地址隱含指定，如累加器AC。(AC)OP(A)→AC154.2指令格式4.2.3地址結(jié)構(gòu)

⑶二地址格式：它有兩個操作數(shù)地址字段A1和A2。(A1)OP(A2)→A1⑷三地址格式：它有三個操作數(shù)地址字段A1、A2和A3。(A1)OP(A2)→A3164.2指令格式4.2.3地址結(jié)構(gòu)從操作數(shù)的物理位置來說，又可分為三種類型：第一種：訪問內(nèi)存的指令格式，存貯器——存貯器SS型第二種：訪問寄存器的指令格式，寄存器——寄存器RR型第三種：寄存器——存貯器RS型請問哪種速度最快？哪種最慢？RR型最快，SS型最慢，174.2指令格式4.2.4指令助記符

由于硬件只能識別1和0，所以采用二進制操作碼是必要的，但書寫程序十分麻煩。為了便于書寫和閱讀程序，每條指令通常用幾個英文縮寫字母來表示，可以望文生義，這種縮寫碼叫指令助記符。例如：ADD001SUB010MOV011184.2指令格式指令格式舉例不同的機器有不同的指令格式1、IBM370的指令格式。IBM370曾經(jīng)是大型機的重要代表，它根據(jù)操作數(shù)的不同來源，分為:RR（寄存器——寄存器）型；RS（寄存器——存貯器）型；RX（寄存器——變址存貯器）型；SI（寄存器——立即數(shù)）型；SS（存貯器——存貯器）型；指令字長度可變，但操作碼長度不變。相應(yīng)地設(shè)置了5種主要的指令格式如下：

194.2指令格式RR格式264400OPRiRjRX格式264441201OPRiRxRbD204.2指令格式RS格式264441210OPRiRjRbDSI格式26841210OPIRbD214.2指令格式SI格式26841241211OPLRb1D1Rb2D2上圖中，Ri，Rj為16個通用寄存器中的任意兩個寄存器號，分別用4位字段表示。Rx——為變址寄存器號Rb——為基址寄存器號D——為位移量，占12位I——為立即數(shù)，占8位L——可以是一個8位字段或兩個4位字段，用來指定一個或兩個操作數(shù)的長度。224.2指令格式2、PDP-11指令格式PDP-11曾是16位機的典型代表，其指令的基本字長為16位，但根據(jù)不同的尋址方式，在16位指令字之后還可以跟2~4字節(jié)的存貯器地址，采用了擴展操作碼的方法。下面介紹了幾種16位的指令字格式。

234.2指令格式15121198 65320①操作碼

尋址方式寄存器號尋址方式寄存器號159865320②操作碼寄存器號尋址方式寄存器號

159865320③操作碼寄存器號尋址方式244.2指令格式

15870④操作碼位移量

15540⑤

操作碼條件碼254.2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

OP--------源寄存器目標寄存器[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。

264.2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

OP--------源寄存器變址寄存器位移量(16位)

[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。274.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.3.1指令的尋址方式一種是順序?qū)ぶ贩绞?，另一種是跳躍尋址方式。1.順序?qū)ぶ贩绞街噶畹刂吩趦?nèi)存中按順序安排，當執(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榇?，必須使用程序計?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.284.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式2.跳躍尋址方式

當程序轉(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。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。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。294.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.3.2操作數(shù)的尋址方式隱含尋址立即尋址直接尋址間接尋址寄存器尋址方式寄存器間接尋址方式基值尋址方式變址尋址方式相對尋址方式304.3

指令和數(shù)據(jù)的尋址方式隱含尋址這種類型的指令，不是明顯地給出操作數(shù)的地址，而是指令中隱含著操作數(shù)的地址。314.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式立即地址

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，這種尋址方式稱為立即尋址。立即尋址方式的特點是指令執(zhí)行時間很短，因為它不需要訪問內(nèi)存取數(shù)，從而節(jié)省了訪問內(nèi)存的時間。例如：

＃表示立即尋址的特征，A表示立即數(shù)。優(yōu)點：操作數(shù)在指令中，可立即獲得，不必訪問存儲器；缺點：A的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍。OP＃A324.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式直接尋址直接尋址是一種基本的尋址方法，其特點是：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A。由于操作數(shù)的地址直接給出而不需要經(jīng)過某種變換或運算，所以稱這種尋址方式為直接尋址方式。

操作數(shù)=2000HOPXA=1350H。2000H1350H334.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式直接尋址優(yōu)點：尋找操作數(shù)簡單，對主存的訪問只需要一次。缺點：在于A的位數(shù)限制了操作數(shù)的尋址范圍，直接尋址的地址不能修改，使程序不能靈活地處理數(shù)組以及方便地實現(xiàn)程序循環(huán)，程序的位置也不能在存貯器中浮動，給多道程序的運行和管理帶來不便。344.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式間接尋址

間接尋址是相對于直接尋址而言的，在間接尋址的情況下，指令地址字段中的形式地址A不是操作數(shù)的真正地址，而是操作數(shù)地址的指示器，或者說A單元的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址。一般要設(shè)置一個尋址特征位給予指示。優(yōu)點：1.擴大了操作數(shù)的尋址范圍；2.便于編制程序；缺點：指令執(zhí)行時需要兩次或多次訪問存儲器，使指令執(zhí)行時間延長。354.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式操作數(shù)=1234HOPX2A=1000H

操作數(shù)地址=2000HS=1234H1000H2000H364.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

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。

優(yōu)點：⑴不需要訪問存儲器，減少了執(zhí)行時間；

⑵指令字較短。374.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式寄存器間接尋址方式

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。384.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式基址尋址方式：目的是為了擴大操作數(shù)的尋址空間?；芳拇嫫鞯奈粩?shù)可以大于形式地址A的位數(shù)。格式：OPRbAA為位移量有效地址=（Rb）+A

基址尋址方式可以便于實現(xiàn)對較大主存空間的訪問。例如，將主存空間分段，每個段首地址存放在基址寄存器中，段內(nèi)的位移量由形式地址A指出。只要對基址寄存器的內(nèi)容修改，便可訪問主存的任何一個單元。394.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式基址尋址方式

基址寄存器在多道程序中很有用。用戶程序存放在哪個段，由操作系統(tǒng)決定，基址寄存器由操作系統(tǒng)賦值，用戶不必關(guān)心。用戶只需修改位移量A?；芳拇嫫鲬?yīng)能提供全字長地址碼，能夠指向主存的任一單元。位移量不必是全字長，這是由于程序運行時的區(qū)域局限性所定。404.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式變址尋址方式：變址方式是為了靈活的修改地址以適應(yīng)連續(xù)區(qū)間的操作格式：OPRxAA為形式地址，應(yīng)該提供全字長的地址碼，能夠指向主存的任一單元。它的位數(shù)應(yīng)該較長。

有效地址=（Rx）+A例如對一個數(shù)組進行操作時，可以將該數(shù)組的首地址作為形式地址，變址寄存器中存放位移量，通過修改變址寄存器的內(nèi)容，可以訪問數(shù)組中任何一個元素。

414.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式變址尋址方式變址尋址方式雖然與基址尋址方式極為相似，但應(yīng)用場合不同，有較大區(qū)別?；穼ぶ贩绞街饕糜跒槌绦蚧驍?shù)據(jù)分配存儲空間，Rb的內(nèi)容由操作系統(tǒng)決定，在程序執(zhí)行過程中是不變的，而指令中的位移地址A是可變的。變址尋址方式中，變址寄存器中的內(nèi)容是由用戶設(shè)定的，在程序執(zhí)行中可變，而指令中的位移地址A是不變的。主要用于處理數(shù)組問題，特別適合編制循環(huán)程序。424.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式基址加變址方式結(jié)合了兩者的優(yōu)點有效地址=（基址量）+（變址量）+位移量這樣的尋址方式可以方便的處理兩維數(shù)組。例如讓基址寄存器內(nèi)容指向數(shù)組起始端，基址加位移量為其一行數(shù)組的起點，而變址寄存器的內(nèi)容為一行數(shù)組中元素與起點間的距離。

434.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式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A而形成操作數(shù)有效地址。程序計數(shù)器的內(nèi)容就是當前指令的地址。因此，所謂“相對”尋址，就是相對于當前指令地址而言。采用相對尋址方式的好處是程序員勿需用指令的絕對地址編程，因而所編程序可以放在內(nèi)存任何地方。444.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

PC操作數(shù)=1234H+假設(shè)A=1000H，PC=2000H，則有效地址=（PC）+A=2000H+1000H=3000H操作數(shù)=（3000H）=1234HOPX3A1234H3000H45例題:設(shè)相對尋址的轉(zhuǎn)移指令占3個字節(jié)，第一個字節(jié)為操作碼，第二、三字節(jié)為相對位移量（補碼表示），而且數(shù)據(jù)在存儲器中以低字節(jié)地址為字地址的存放方式。每當CPU從存儲器取出一個字節(jié)時，就自動完成（PC）+1→（PC）問：（1）若PC當前值為240（十進制），要求轉(zhuǎn)移到290（十進制），則轉(zhuǎn)移指令的第二、三字節(jié)的機器代碼是什么？（2）若PC當前值為240（十進制），要求轉(zhuǎn)移到200（十進制），則轉(zhuǎn)移指令的第二、三字節(jié)的機器代碼是什么？46解：（1）當前PC=240，取出指令后，PC=243，要求轉(zhuǎn)移到290，所以位移量為290-243=47，補碼表示為2FH。故該轉(zhuǎn)移指令的第二字節(jié)為2FH，第三字節(jié)為00H。（2）當前PC=240，取出指令后，PC=243，要求轉(zhuǎn)移到200，所以位移量為200-243=-43，補碼表示為D5H。故該轉(zhuǎn)移指令的第二字節(jié)為D5H，第三字節(jié)為FFH。474.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式在設(shè)計指令系統(tǒng)中，需要考慮兩方面：一方面是選取哪些尋址方式才能滿足程序需要，又能使編程靈活方便；另一方面是：考慮CPU解釋執(zhí)行的硬件代價，以及執(zhí)行速度。

48思考題2.比較直接尋址、間接尋址、寄存器尋址和寄存器間接尋址、基址尋址的速度快慢。

由快到慢的順序是：寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址、基址尋址和間接尋址494.3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

OP---通用寄存器IX偏移量A其中I為間接尋址標志位，X為尋址模式字段，A位偏移量字段。通過I，X，A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。尋址方式IX有效地址E算法說明(1)000E=A(2)001E=(PC)+/-APC為程序計數(shù)(3)010E=(R2)+/-AR2為變址寄存器(4)111E=(R3)(5)100E=(A)(6)011E=(R1)+/-AR1為基址寄存器504.3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514.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式[例4]某16位機器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，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。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。524.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式1510987430OP---目標源MOVS，DOP基址源變址STAS，M位移量OP---目標LDAS，M20位地址534.3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)H③（6FD6)H④（1C2)H544.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式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由目標寄存器決定，S由20位地址（直接尋址）決定。

554.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式⑵處理機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。564.3指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

⑶根據(jù)已知條件知：MOV（OP）＝001010，STA（OP）＝011011，LDA（OP）＝111100,將指令的十六進制格式轉(zhuǎn)換成二進制代碼且比較后可知：①（F0F1）（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5號源寄存器的內(nèi)容傳送至6號目標寄存器。574.3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。58作業(yè)P125第1、5、8、9題

594.4堆棧尋址方式一、串聯(lián)堆棧串聯(lián)堆棧一般是由一組專門的寄存器組成，通常為8個或16個，數(shù)量較少，但速度很快。..\..\..\組成原理-白中英網(wǎng)絡(luò)版\Chap04\images\4.7.swf

604.4堆棧尋址方式二、存貯器椎棧串聯(lián)堆棧的缺點：①堆棧的數(shù)目有限②串聯(lián)堆棧的讀出是破壞性的③當進棧的數(shù)目大于堆棧本身的數(shù)量單元時，“老”的數(shù)據(jù)就會被破壞。因此，通常在主存中開辟一個堆棧區(qū)，一旦設(shè)定，該區(qū)域就不能作其它用途。為了便于操作，設(shè)置一個堆棧指示器SP。進棧：（A）→Msp，（sp）-1→sp出棧：（sp）+1→sp，（Msp）→A..\..\..\組成原理-白中英網(wǎng)絡(luò)版\Chap04\images\4.8.swf614.5典型指令數(shù)據(jù)傳送類指令算術(shù)運算類指令邏輯運算類指令程序控制類指令輸入輸出類指令字符串處理指令特權(quán)指令其他指令624.6CISC和RISC隨著計算機發(fā)展，都希望新機種能夠包含舊機種的所有指令和尋址方式，致使同一系列計算機指令系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。例如VAX11/780計算機有303條指令，16種尋址方式。Pentium機也有191條指令，9種尋址方式。這類機器被稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機（CISC）。當指令系統(tǒng)過于復(fù)雜時，機器的設(shè)計周期會很長，資金耗費也會很大。但是對CISC機的測試表明，最常使用的是一些最基本最簡單的指令，僅占指令總數(shù)的20%，但在程序中出現(xiàn)的頻率卻占80%。634.6CISC和RISC人們從80—20規(guī)律中得到啟示：能否用20%的簡單指令，重新組合不常用的80%的指令功能呢？這便引出了精簡指令系統(tǒng)計算機（RISC）。其主要特征如下：⑴選取使用頻率較高的一些簡單指令，復(fù)雜指令的功能由簡單指令的組合來完成；

⑵指令長度固定，指令格式和尋址方式種類少；

⑶只有取數(shù)／存數(shù)指令訪問存儲器，其余指令的操作都在寄存器之間進行。644.6CISC和RISC

⑷CPU中有多個通用寄存器；

⑸采用流水線技術(shù)，大部分指令在一個時鐘周期內(nèi)完成；

⑹控制器采用組合邏輯控制，不用微程序控制；

⑺采用優(yōu)化的編譯程序。

654.6CISC和RISC表4.6典型RISC機指令系統(tǒng)的基本特征通用寄型號指令數(shù)尋址方式指令格式存器數(shù)主頻/MHZRISC-I3122788RISC-II392213812MIPS5534164SPARC7543120-13625-33MIPSR300091333225I86065343250664.6CISC和RISC的比較與CISC機相比較，RISC機的主要優(yōu)點有：⑴充分利用了VLSI芯片的面積CISC機大多采用微程序控制器，微程序控制器占CPU芯片面積的50%，而RISC機采用硬布線控制器，只占CPU芯片面積的10%。⑵提高了計算機的速度①RISC機的指令譯碼比CISC機快。②RISC機中的通用寄存器多，減少了訪問內(nèi)存次數(shù)。③RISC機采用寄存器窗口重迭技術(shù)。④RISC機采用的是硬布線控制器。⑤精簡指令系統(tǒng)適合流水線工作，大多指令在一個時鐘周期內(nèi)完成。674.6CISC和RISC的比較與CISC機相比較，RISC機的主要優(yōu)點有：⑶便于設(shè)計，可降低成本，提高可靠性。RISC機的邏輯簡單，設(shè)計出錯可能性小，有錯時也容易發(fā)現(xiàn)，可靠性高。⑷有效支持高級語言程序由于RISC指令少，尋址方式少，使編譯程序容易選擇更有效的指令和尋址方式，而且由于RISC機的通用寄存器多，使編譯程序的代碼優(yōu)化效率提高。68例1例1，某機字長16位，存貯器直接尋址空間為128字，變址時的位移量為-64~+63，16個通用寄存器均可作為變址寄存器，設(shè)計一套指令系統(tǒng)格式，滿足下列尋址類型的要求：（1）直接尋址的二地址指令3條（2）變址尋址的一地址指令6條（3）寄存器尋址的二地址指令8條（4）直接尋址的一地址指令12條（5）零地址指令32條試問還有多種代碼未用？69例1解：（1）直接尋址的二地址指令格式為：

277OPA1A200,01,10共3條（2）變址尋址的一地址指令格式為：

547OPRXD11000……11101共6條70例1（3）寄存器尋址的二地址指令格式為：

844OPR1R211110000……11110111共8條（4）直接尋址的一地址指令格式為：

97OPA111110000……11111101