第7章 指令系統(tǒng) 第1次課

中央處理器CPUI/O總線M總線主存儲(chǔ)器

M.MI/O接口

外部設(shè)備1

外部設(shè)備2……I/O接口I/O接口

外部設(shè)備n中央處理器CPU運(yùn)算器控制器控制器如何實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的控制？你是如何使用計(jì)算機(jī)的？程序員使用機(jī)器語(yǔ)言告訴計(jì)算機(jī)做什么？如何做？計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令實(shí)現(xiàn)用戶所需的功能。把計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的全部指令的集合稱為指令系統(tǒng)。機(jī)器的指令系統(tǒng)集中反映了機(jī)器的功能。作為計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者，應(yīng)主要研究如何確定機(jī)器的指令系統(tǒng)，如何用硬件電路、芯片、設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令系統(tǒng)的功能。第七章指令系統(tǒng)7.1機(jī)器指令☆7.2操作數(shù)類型和操作類型☆7.3尋址方式★7.4指令格式舉例7.5RISC技術(shù)Intel系列CPU的發(fā)展CPU依靠指令來(lái)計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)，指令集的強(qiáng)弱也是CPU的重要指標(biāo)之一。7.1機(jī)器指令一、指令的一般格式操作碼字段

地址碼字段1.操作碼反映機(jī)器做什么操作(1)長(zhǎng)度固定(2)長(zhǎng)度可變便于硬件設(shè)計(jì)，指令譯碼時(shí)間短用于指令字長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況，RISC如IBM370，操作碼8位操作碼分散在指令字的不同字段中壓縮了操作碼的平均長(zhǎng)度，但增加了指令譯碼難度和控制器的設(shè)計(jì)的復(fù)雜度(3)擴(kuò)展操作碼技術(shù)操作碼的位數(shù)隨地址數(shù)的減少而增加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15條三地址指令15條二地址指令15條一地址指令16條零地址指令7.12.地址碼(1)四地址(2)三地址OPA1A2A3A486666A1

第一操作數(shù)地址A2

第二操作數(shù)地址A3

結(jié)果的地址A4

下一條指令地址若PC代替A4(A1)OP(A2)A38888OPA1A2A3(A1)OP(A2)A34次訪存4次訪存尋址范圍26=64尋址范圍28=256若A3用A1或A2代替7.1設(shè)指令字長(zhǎng)為32位操作碼固定為8位(3)二地址OPA1A281212(A1)OP(A2)A1(A1)OP(A2)A2或4次訪存若ACC代替A1（或A2）若結(jié)果存于ACC(4)一地址(5)零地址OPA1824無(wú)地址碼(ACC)OP(A1)ACC2次訪存尋址范圍212=4K尋址范圍224=16M3次訪存7.1二、指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)決定于操作碼的長(zhǎng)度指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)2.指令字長(zhǎng)可變操作數(shù)地址的長(zhǎng)度操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)1.指令字長(zhǎng)固定按字節(jié)的倍數(shù)變化7.1小結(jié)當(dāng)用一些硬件資源代替指令字中的地址碼字段后當(dāng)指令的地址字段為寄存器時(shí)可擴(kuò)大指令的尋址范圍可縮短指令字長(zhǎng)可減少訪存次數(shù)三地址OPR1,

R2,R3二地址OPR1,R2

一地址OPR1

指令執(zhí)行階段不訪存可縮短指令字長(zhǎng)7.17.2操作數(shù)類型和操作種類一、操作數(shù)類型地址數(shù)字字符邏輯數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、十進(jìn)制數(shù)ASCII邏輯運(yùn)算二、數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放方式字地址為低字節(jié)地址字地址為高字節(jié)地址37621540字地址04低字節(jié)04512673字地址04低字節(jié)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)存放（存儲(chǔ)字長(zhǎng)為

32

位）地址（十進(jìn)制）04812162024283236雙字雙字（地址32）雙字雙字（地址24）半字（地址20）半字（地址22）半字（地址16）半字（地址18）字節(jié)（地址8）字節(jié)（地址9）字節(jié)（地址10）字節(jié)（地址11）字（地址4）字（地址0）字節(jié)（地址14）字節(jié)（地址15）字節(jié)（地址13）字節(jié)（地址12）邊界對(duì)準(zhǔn)地址（十進(jìn)制）048字節(jié)(地址7)字節(jié)(地址6)字(地址2)半字(地址10)半字(地址8)半字(地址0)字(地址4)邊界未對(duì)準(zhǔn)

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7.2三、操作類型1.

數(shù)據(jù)傳送源目的寄存器寄存器寄存器寄存器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器置“1”，清“0”2.算術(shù)邏輯操作加、減、乘、除、增1、減1、求補(bǔ)、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)算與、或、非、異或、位操作、位測(cè)試、位清除、位求反如8086MOVESTORELOADMOVEPUSHPOP例如MOVEMOVE7.2ADDSUBMULDIVINCDECCMPNEGAAAAASAAMAADANDORNOTXORTEST3.移位操作算術(shù)移位4.轉(zhuǎn)移(1)無(wú)條件轉(zhuǎn)移JMP(2)條件轉(zhuǎn)移結(jié)果為零轉(zhuǎn)（Z=1）

JZ結(jié)果溢出轉(zhuǎn)（O=1）JO結(jié)果有進(jìn)位轉(zhuǎn)（C=1）JC跳過(guò)一條指令SKP循環(huán)移位（帶進(jìn)位和不帶進(jìn)位）如300…305306307SKPDZD=0則跳邏輯移位完成觸發(fā)器7.2(3)調(diào)用和返回CALLSUB1.........CALLSUB2…...CALLSUB2…RETURNRETURN......主程序地址200021002101子程序SUB1240025002501256025612700主存空間分配程序執(zhí)行流程子程序SUB27.2INAX,nOUTDX,ALOUTn,AXOUTDX,AX(4)陷阱（Trap）與陷阱指令意外事故的中斷設(shè)置供用戶使用的陷阱指令如8086INTTYPE軟中斷提供給用戶使用的陷阱指令，完成系統(tǒng)調(diào)用5.輸入輸出一般不提供給用戶直接使用

在出現(xiàn)事故時(shí)，由CPU自動(dòng)產(chǎn)生并執(zhí)行（隱指令）INAL