第4章指令系統(tǒng)6

第四章指令系統(tǒng)計學習指令系統(tǒng)的目的：對于了解計算機算的工作過程和控制方法有重要的作用。What機主要學習內(nèi)容：成4.0指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求原4.1指令格式HowW理4.2指令和數(shù)據(jù)的尋址方式h4.3CISC和RISCy4.0 指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求計基本概念算 ?指令：就是要計算機執(zhí)行某種操作的命令。從W計算機組成的層次結(jié)構(gòu)來說，計算機的機指令有h微指令、機器指令和宏指令之分。組?微指令是微a程t序級的命令，它屬于硬件；成?宏指令：由若干條H機器指令組成的軟件指令，它屬于軟件； ow原?機器指令：介于微指令與宏指W令之間，通理常簡稱為指令，每一條指令可完成h一個獨立的算術(shù)運算或邏輯運算操作。本章討論y的指令是機器指令。編程語言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系比較內(nèi)容高級語言低級語言對程序員的訓(xùn)練要求1(1)通用算法有有(2)語言規(guī)則較少較多(3)硬件知識不要要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編譯過程中對計多少算機資源的要求

指令(instruction): 計算機硬件能識別并直接執(zhí)行的操作命令(如加、減、傳送、轉(zhuǎn)移等),即機器指令(MachineInstruction)。指令系統(tǒng)(指令集：instructionsets): 一臺計算機能執(zhí)行的全部指令的集合。指令系統(tǒng)反映了計算機具有的基本功能，是計算機系統(tǒng)硬件、軟件的主要分界面。指令系統(tǒng)既是計算機硬件設(shè)計的主要依據(jù),又是計算機軟件設(shè)計的基礎(chǔ),一臺計算機指令系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響著計算機系統(tǒng)的性能.指令系統(tǒng)隨技術(shù)、應(yīng)用及設(shè)計思想的發(fā)展也有一個產(chǎn)生發(fā)展及完善的過程。對指令系統(tǒng)的設(shè)計要求包括：?完備性：要求指令系統(tǒng)豐富、功能齊全、使用方便。計算機中最基本、必不可少的指令并不多，許多指令可用最基本的指令編程實現(xiàn)（主要是復(fù)雜指令）。?有效性：用該指令系統(tǒng)所編寫的程序能夠高效地運行。主要體現(xiàn)在程序占用的存儲空間、執(zhí)行速度方面。?規(guī)整性：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。?兼容性：系列計算機的軟件繼承能力。第四章 指令系統(tǒng)計4.0指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求算4.1指令格式機指令和數(shù)據(jù)的尋址方式組4.3t原CISC和RISCHow成Why理4.1 指令格式指令格式操作碼 地址碼操作碼(Operationcode):指明該指令執(zhí)行什么性質(zhì)的操作,不同的指令有不同的操作碼.其位數(shù)反映了機器操作種類,即機器允許的指令條數(shù).地址碼:指明操作數(shù)所在的地址(Sourceoperandreference),結(jié)果存放的地址(Resultoperandreference)以及下一條指令的地址(Nextinstructionreference).?等長指令字結(jié)構(gòu):一個指令系統(tǒng)中,各種指令字長度是相等的.RISC采用等長指令字結(jié)構(gòu).優(yōu)點:指令字結(jié)構(gòu)簡單,長度固定,指令譯碼時間短,有利于硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計,執(zhí)行速度快;缺點:指令平均長度長、容易出現(xiàn)冗余碼點,指令不易擴展等.?變長指令字結(jié)構(gòu)：一個指令系統(tǒng)中,各種指令字長度隨功能而異.CISC采用變長指令字結(jié)構(gòu).優(yōu)點:使用靈活,充分利用指令的每一位,指令平均長度短,碼點冗余少,易于擴展;缺點:指令格式不規(guī)整,取指令時需要多次訪存,從而導(dǎo)致不同指令的執(zhí)行時間不同,硬件控制系統(tǒng)復(fù)雜.以雙操作數(shù)運算類指令(如加法指令)為例:(1) 四地址雙操作數(shù)指令操作碼 A1 A2 A3 下條指令地址(A4)指令功能:(A1)OP(A2) A3,A4 提供下一條指令的地址三地址雙操作數(shù)指令操作碼A1A2A3指令功能:(A1)OP(A2)A3下一條指令的地址由PC提供二地址雙操作數(shù)指令操作碼指令功能:(A1)OP(A2)A1A1A2下一條指令的地址由PC提供

三個容易混淆的基本概念指令字長:一條指令中包含二進制代碼的位數(shù).存儲字長:存儲單元中二進制數(shù)的位數(shù).機器字長:計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù),通常與主存單元的位數(shù)一致.指令的長度單字長指令：指令字長等于機器字長.雙字長指令:指令字長等于兩個機器字長的指令.例如:IBM370的指令長度有16位(半字)、32位(單字)及48位(一個半字).地址碼結(jié)構(gòu)設(shè)計指令的地址碼格式時需解決：一條指令中指明幾個地址(與指令所涉及的操作數(shù)個數(shù)有關(guān))；如何給出地址(顯地址—地址信息明顯地給出;隱地址—地址信息依據(jù)某種事先約定,用隱含的式給出).地址碼應(yīng)選多長(與存儲單元容量、編址單位大小和尋址方式有關(guān)).一地址雙操作數(shù)指令操作碼 A1指令功能:(A1)OP(AC) ACAC為累加寄存器下一條指令的地址由PC提供零地址雙操作數(shù)指令操作碼指令功能:堆棧棧頂和次棧頂中的內(nèi)容從堆棧彈出后,進行某種運算,結(jié)果壓入堆棧.地址個數(shù)對程序長度和指令長度的影響同一個問題,用地址數(shù)越多的指令編寫的程序越短,但指令長度越長.例:分別用三地址、二地址、一地址指令編制計算x=(a×b+c-d)/(e+f)的程序.解：假設(shè)a、b、c為操作數(shù),A、B、C為操作數(shù)地址.三地址指令程序MULA,B,X;(A)×(B)XADDX,C,X;(X)+(C)XSUBX,D,X;(X)-(D)XADDE,F,Y;(E)+(F)YDIVX,Y,X;(X)/(Y)X一地址指令程序LOADE;(E)ACADDF;(AC)+(F)ACSTOREX;(AC)XLOADA;(A)ACMULB;(AC)×(B)ACADDC;(AC)+(C)ACSUBD;(AC)-(D)ACDIVX;(AC)/(X)ACSTOREX;(AC)X變長操作碼：操作碼長度可變,不同指令的操作碼長度不完全相同,操作碼位數(shù)不固定,分散地位于指令字的不同位置上.特點：可以在指令字長有限的前提下仍保持較豐富的指令種類.但由于操作碼的位數(shù)不固定且位置分散,故增加了指令譯碼與分析的難度,使硬件設(shè)計復(fù)雜化.具體做法:在指令中有一個固定長度的字段表示基本操作碼,而對于某一部分不需要某個地址碼的指令,把它們的操作碼擴充到該地址字段,也稱擴展操作碼技術(shù).

二地址指令程序MOVX,A;(A)XMULX,B;(X)×(B)XADDX,C;(X)+(C)XSUBX,D;(X)-(D)XMOVY,E;(E)YADDY,F;(F)+(Y)YDIVX,Y;(X)/(Y)X操作碼：指明指令要完成的操作功能及其特性.指令系統(tǒng)中的每一條指令都有一個唯一確定的操作碼,不同指令有不同的操作碼.若指令系統(tǒng)中有m種操作,即指令系統(tǒng)中可包含m條指令,則操作碼的位數(shù)n應(yīng)滿足：m<=2 n, 故n>=㏒2m定長操作碼:所有指令的操作碼長度一致,均為n位操作碼,集中位于指令字的固定字段中,最多能夠表示2n條指令.特點：簡單規(guī)整,由于定長的操作碼在指令字中所占的位數(shù)、位置固定,所以指令譯碼簡單,有利于簡化硬件設(shè)計.例:設(shè)某機器的指令字長為16位,包括基本操作碼4位和三個地址字段,每個地址字段長4位,其格式為:15 1211 8 7 4 3 0OP A1 A2 A3采用擴展操作碼的方式,設(shè)計:(1)15條三地址指令,15條兩地址指令,15條一地址指令,16條零地址指令.(2)15條三地址指令,14條兩地址指令,31條一地址指令,16條零地址指令.0000XXXXYYYYZZZZ15條三地1110XXXXYYYYZZZZ址指令擴展操作碼11110000YYYYZZZZ14條二地11111101YYYYZZZZ標志址指令111111100000ZZZZ擴展操作碼111111100001ZZZZ31條一地111111101111ZZZZ標志111111110000ZZZZ址指令111111111110ZZZZ擴展操作碼111111111111000016條零地標志1111111111111111址指令□ 注意事項:□短操作碼不能與長操作碼 的前面代碼部分相同；□各指令的操作碼一定不能重復(fù),而且各類指令的格式安排應(yīng)統(tǒng)一規(guī)整.例1(P151.題2):假設(shè)某計算機指令長度為20位,具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無操作數(shù)三類指令形式,每個操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示,問：若操作碼字段固定為8位,現(xiàn)設(shè)計出m條雙操作數(shù)指令,n條無操作數(shù)指令,在此情況下,這臺計算機最多可以設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？解：28-m-n條.

指令寄存器××××××××××××××××譯碼開始4：16譯碼器4：16譯碼器4：16譯碼器4：16譯碼器15條三地址指令14條二地址指令31條一地址指令16條零地址指令圖4.1指令譯碼邏輯圖例2:某計算機指令長度為32位,有3種指令:雙操作數(shù)指令、單操作數(shù)指令、無操作數(shù)指令.現(xiàn)在用擴展操作碼的方式設(shè)計指令,假設(shè)每個操作數(shù)地址規(guī)定用12位表示,已知有雙操作數(shù)指令K條,單操作數(shù)指令L條,問無操作數(shù)指令有多少條?解:由于雙操作數(shù)指令現(xiàn)有K條(最多有28條),所以留有(28-K)個編碼作為擴展操作碼標志,用于擴展到單操作數(shù)指令;單操作數(shù)指令現(xiàn)有L條(最多有(28-K) ×212條),所以留有[(28-K)×212-L]個編碼作為擴展操作碼標志,用于擴展到無操作數(shù)指令;所以,無操作數(shù)指令條數(shù)=[(281212-K)×2-L]×2第四章指令系統(tǒng)4.2指令和數(shù)據(jù)的尋址方式尋址:尋找操作數(shù)的地址或下一條將要執(zhí)行的指令地計址，分為指令尋址方式和操作數(shù)尋址方式。4.0指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求4.2.1指令的尋址方式算4.1指令格式1.順序?qū)ぶ贩绞?.跳躍尋址方式機指令和數(shù)據(jù)的尋址方式組4.2Wh+1地址內(nèi)存地址內(nèi)存PC3成tH0LDA200JMP6PC1ADD2014LDA206原owW2INC5SUB207理6INChy7LDA2007LDA20084.2.2 操作數(shù)尋址方式(Addressingmodes)指令格式為: 設(shè)Data為操作數(shù)OP 尋址方式MOD 形式地址D操作數(shù)尋址的目的：CPU根據(jù)指令約定的尋址方式對地址字段的有關(guān)信息做出解釋,以找到操作數(shù).尋址方式在指令格式中的表示方法通常有兩種:由不同的操作碼指明操作數(shù)的不同尋址方式(操作碼指明法);在指令格式中增設(shè)尋址方式特征位( 尋址方式位法).?形式地址(D):也稱偏移量,是指令地址字段中給定的地址.?有效地址(E):對形式地址進行一定計算而得到的操作數(shù)的實際地址,由尋址方式和形式地址共同確定.存儲器直接尋址(Memorydirectaddressing):指令的地址碼部分給出操作數(shù)的存儲單元地址.直接尋址的邏輯表達式為: 主存E=DData=(E)=(D)IROPD操作數(shù)D特點:(1)在執(zhí)行階段只需一次訪問內(nèi)存,就能取到操作數(shù);不必作尋址計算,簡單并易于硬件實現(xiàn);(3)主存容量越大,所需地址碼越來越多,導(dǎo)致指令的長度增加.例:某機主存容量為16MB,若按字節(jié)編址,其地址碼為多少位?解:16MB=224B,所以地址碼為24位.4.存儲器間接尋址(Indirectaddressing):指令地址碼部分給出操作數(shù)地址的地址.E=(D)Data=(E)=((D))主存間址單元IROPD(其內(nèi)容稱DE為指針)缺點:執(zhí)行階段至少兩次訪問內(nèi)存,才能取E操作數(shù)到操作數(shù).

立即尋址(immediateaddressing):所需的操作數(shù)由指令地址碼部分直接給出,即操作數(shù)包含在指令內(nèi).Data=D優(yōu)點：取指令的同時操作數(shù)被立即取出,不必再次訪問存儲器,提高了指令的執(zhí)行速度.缺點：由于指令字的長度有限,D的位數(shù)限制了立即數(shù)所能表示的數(shù)據(jù)范圍。一般情況下用于給某一個寄存器或存儲單元賦予一個初值或提供一個常數(shù).例如：Intel8086 中的立即尋址指令.MOVAx,2000H;將立即數(shù)2000H存入累加器AX中。3.寄存器直接尋址(Registerdirectaddressing):指令的地址碼部分給出操作數(shù)所在的寄存器號.E=RiData=(E)=(Ri)寄存器R0IROPD(Ri)Ri操作數(shù)特點:(1)由于操作數(shù)位于寄存器中,所以不用訪存即可取到操作數(shù),所以執(zhí)行速度較快；(2)因為寄存器數(shù)遠小于主存單元數(shù),所以尋址所需地址短,導(dǎo)致了指令字短.存儲器間接尋址的優(yōu)點：(1)提供了編程靈活性(如下圖所示);(2)有效縮短地址碼長度,擴大尋址空間.主存主存80主程序子程序調(diào)用子程序81201JMP@A調(diào)用子程序202圖中表示兩次調(diào)用子程序,只要在調(diào)用前先將返回地址存入子程序最末條指令的形式地址A的存儲單元內(nèi),便可準確返回程序斷點.例:指令系統(tǒng)中如有196條不同的指令,則指令的操作碼至少應(yīng)為()位.某存儲器按字編址,字長為32位,指令的形式地址為8位,直接尋址的空間為(),一次間接尋址的空間為().5.寄存器間址(Registerindirectaddressing):指令中給出寄存器地址,而寄存器中存放操作數(shù)在內(nèi)存的地址.E=(Ri)Data=((Ri))主存IROPRiRiE操作數(shù)E特點:因寄存器數(shù)量少,表示寄存器地址碼只需很少幾位,所以指令代碼短,而且取操作數(shù)只需訪問一次內(nèi)存.相對尋址(Relativeaddressing):由PC提供基準地址,與指令中的地址碼字段(形式地址D)相加后得到操作數(shù)有效地址. E=(PC)+D 數(shù)據(jù)=(E)=((PC)+D)主存IROPDA-1OPDPCA加AOP法D器A+D操作數(shù)S假設(shè):指令均為單字長指令注意:有些計算機PC中是當前指令地址(當前指令執(zhí)行完,才將PC內(nèi)容加1或增量),多數(shù)計算機PC中是下一條要執(zhí)行指令的地址(取出當前指令后立即將PC內(nèi)容加1或增量),如上圖所示.變址尋址(displacementaddressing):指令的地址部分給出一個形式地址,并指定一個寄存器為變址寄存器;變址寄存器內(nèi)容(稱為變址量)與形式地址相加,得到操作數(shù)有效地址.E=(RX)+DData=(E)=((R X)+D)指令OPRD加N法R器操作數(shù)SD+N

例:在一個單地址指令的計算機系統(tǒng)中有一個累加器,給定以下存儲器數(shù)值:地址為20的單元中存放的內(nèi)容為30;地址為30的單元中存放的內(nèi)容為40;地址為40的單元中存放的內(nèi)容為50;地址為50的單元中存放的內(nèi)容為60;求以下指令分別將什么數(shù)值裝入累加器中?(1)Load#20 (2)Load20Load(20)解:(1)立即尋址,(累加器)=20直接尋址,(累加器)=(20)=30間接尋址,(累加器)=((20))=(30)=40特點:(1)D可正可負,表示操作數(shù)地址與現(xiàn)行指令地址的相對位置;因大多訪存的位置均相對靠近正在執(zhí)行的指令位置,故相對尋址可以節(jié)省指令中地址碼位數(shù).例：某機器字長16位,主存按照字節(jié)編址,轉(zhuǎn)移指令采用相對尋址,由兩個字節(jié)組成,第一字節(jié)為操作碼字段,第二字節(jié)為相對位移量字段.假定取指令時,每取一個字節(jié)PC自動加1.若某轉(zhuǎn)移指令所在主存地址為2000H,相對位移量字段的內(nèi)容為06H,則該轉(zhuǎn)移指令成功后的目標地址為：A.2006H B.2007HC.2008H D.2009H變址尋址(displacementaddressing):指令的地址部分給出一個形式地址,并指定一個寄存器為變址寄存器;變址寄存器內(nèi)容(稱為變址量)與形式地址相加,得到操作數(shù)有效地址.指令OPRD加N法R器操作數(shù)SD+N變址尋址的典型應(yīng)用：某數(shù)組存放在一段連續(xù)的主存區(qū)間中,首址為B.可讓B作為指令中形式地址,而變址寄存器中存放修改量,通過修改變址寄存器內(nèi)容(所需訪問單元與首址單元之間的距離),該指令本身不需任何修改,就可以訪問該數(shù)組的任何一個元素.變址尋址面向用戶,可用于訪問字符串、數(shù)組等成批數(shù)據(jù).8.基址尋址(Basedaddressing)：指令中給出一個形式地址,并給出基址寄存器號,基址寄存器內(nèi)容(作為基準量)與形式地址相加得到操作數(shù)有效地址.E=(Rb)+D Data=(E)=((R b)+D)基址尋址的典型應(yīng)用是程序重定位.用戶程序的最終可執(zhí)行形態(tài)是目標程序,目標程序是在操作系統(tǒng)管理下調(diào)入主存運行的,用戶在用高級語言編程時并不知道此段程序?qū)⒈话才旁谥鞔娴哪囊欢螀^(qū)域,故用戶編程時使用與實際主存地址無關(guān)的邏輯地址,將來在運行時再自動轉(zhuǎn)換為操作系統(tǒng)分配給它的實際主存地址(物理地址),這個問題稱為程序重定位.實現(xiàn)程序重定位時,由操作系統(tǒng)給用戶程序分配一個基地址并將其裝入基址寄存器,在程序執(zhí)行時可以自動形成實際的主存地址.堆棧尋址(Stackaddressing):分為硬堆棧(堆棧用寄存器組實現(xiàn))和軟堆棧(用一部分主存來作為堆棧)兩種.通常堆棧是一種按“后進先出”存取順序進行存取的存儲結(jié)構(gòu).適用于子程序多重嵌套、遞歸調(diào)用、多重中斷、逆波蘭式計算等場合.堆棧有兩端:棧底---作為起點,位置固定；棧頂---隨著將信息壓入堆棧,棧頂位置向上(或向下)浮動.對堆棧的讀出(彈出)或?qū)懭?壓棧)都是對棧頂單元進行的.用堆棧指示器SP(StackPointer)來提供棧頂單元地址。

變址尋址與基址尋址的不同：在變址尋址中,由指令提供形式地址D作為基準量,其值不可變;變址寄存器提供修改量,其值可變,由用戶設(shè)定.在基址尋址中,由基址寄存器基準量,其值不可變,內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定;而指令給出形式地址D作為位移量,其值可變.從應(yīng)用目的看,變址尋址面向用戶,可以訪問字符串、數(shù)組等成批數(shù)據(jù);基址尋址面向系統(tǒng),解決程序在實際主存中的重定位問題,以及在有限字長指令中擴大尋址空間等.?指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的主要是縮短指令長度,擴大尋址空間,提高編程靈活性.?各種操作數(shù)尋址方式的速度比較立即尋址 快寄存器尋址直接尋址寄存器間接尋址變址尋址、基址尋址、相對尋址間接尋址 慢4.2.3指令格式分析與設(shè)計方法舉例例:某16位機指令格式結(jié)構(gòu)如下所示,試分析指例:某16位機指令格式結(jié)構(gòu)如下所示,試分令格式及尋址方式特點.1510987430析指令格式及尋址方式特點.0OP—源寄存器變址寄存器151098743OP—目標寄存器源寄存器位移量(16位)解:解:(1)單字長二地址指令；(1)雙字長二地址指令；(2)OP即操作碼字段6位,可指定64條指令；(2)操作碼字段6位,可指定64條指令；(3)兩個操作數(shù)都在寄存器中,故為R-R型指(3)R-S型指令,一個操作數(shù)在通用寄存器(共令,可以分別指定16個通用寄存器；(4)該類指令結(jié)構(gòu)常用于算邏運算類指令。16個)中,另一個在主存中；(4)有效地址通過變址尋址求得,變址寄存器由16個通用R里的一個如Ri充當,則EA=(Ri)+位移量.例:某機配有基址寄存器和變址寄存器,采用一地址格式的指令系統(tǒng),允許直接和間接尋址,且指令字長、機器字長和存儲字長均為16位,主存按字編址.若采用單字長指令,共能完成105種操作,則指令可直接尋址的范圍是多少？一次間接尋址的尋址范圍是多少？畫出其指令格式并說明各字段的含義.若存儲字長不變,可采用什么方法直接訪問容量為16MB的主存？【解答】16MB=8M×16位,需要23位的地址位才能訪問該主存的全部單元.可在上述(1)指令格式的基礎(chǔ)上，采用雙字長指令；格式如下：7位2位7位OPMA1形式地址A=A1//A2A2共23位；剛好尋址8M個16位.解：算邏指令為R-R型,單字長16位二地址即可：M為尋址方式模式,表6位2位4位4位示寄存器尋址、直接尋址和相對尋址.OPMRiRj各個字段位數(shù)及作用說明(略).取數(shù)/存數(shù)指令為R-S型,鑒于1MB尋址的存儲容量,需要使用雙字長32位二地址格式：注意其中Ri在6位2位4位4位取數(shù)時為目標地址，OPMRiA1存數(shù)時為源地址；A2其他字段說明略.【解答】105種操作,故操作碼取7位；按題意有4種尋址方式,故尋址方式特征位取2位.指令格式如下：OP M A 各字段含義說明 (略)7位 2位 7位指令可直接尋址的范圍：27=128；一次間接尋址的范圍： 216=65536.例:某16位模型機共有64種操作,操作碼位置固定,且具有以下特點：采用一地址或二地址格式；有寄存器尋址、直接尋址和相對尋址(位移量為-128￣+127)三種尋址方式；有16個通用寄存器,算術(shù)運算和邏輯運算的操作數(shù)及運算結(jié)果都在寄存器中；取數(shù)/存數(shù)指令在通用寄存器和主存之間傳送數(shù)據(jù)；存儲器容量為1MB,按字節(jié)編址.要求設(shè)計算邏指令、取數(shù)/存數(shù)指令和相對轉(zhuǎn)移指令的格式,并簡述設(shè)計理由.解:相對轉(zhuǎn)移指令：按題目所給定的位移量 -128￣+127可知，有8位補碼表示該位移量即可；再考慮OP字段6位和尋址方式字段2位,使用單字長一地址指令就可以設(shè)計.6位 2位 8位OP M A各個字段位數(shù)及作用說明 (略).例:某機主存容量為4M×16位,且存儲字長等于指令字長,若該機指令系統(tǒng)能完成97種操作,操作碼位數(shù)固定,具有直接、間接、變址、基址、相對、立即六種尋址方式.畫出一地址指令格式并指出各字段作用.解:一地址指令格式為：7 3 6OP M AOP操作碼字段7位—97種操作；M尋址方式特征字段3位—六種尋址方式；A形式地址字段16-7-3=6位.立即數(shù)的范圍？解:A是6位,若是有符號數(shù)則立即數(shù)的范圍是-32￣+31;無符號數(shù)則為0￣63.相對尋址的位移量(十進制數(shù)表示)?解:位移量為補碼表示,所以有-32￣+31.例:內(nèi)存中數(shù)據(jù)分布如下,若A為單元地址,(A)為A的內(nèi)容.01234567 N12345676 5試求:((7))-(N)+((N))+(((N)))=?解:因為:((7))=7,(N)=5,((N))=6,(((N)))=7所以:((7))-(N)+((N))+(((N)))=15注意：直接尋址、間接尋址的意義及表示法.

該指令直接尋址的最大范圍是多少？解:A是6位,26=64位直接尋址的最大范圍.一次間址和多次間址的尋址范圍？解:存儲字長16位,故一次間址尋址范圍是216；若多次間址,需用存儲字的最高位來區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址,故其尋址范圍為215.上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時間最短？哪一種執(zhí)行時間最長？哪一種便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序？哪一種便于程序浮動？解:立即尋址的執(zhí)行時間最短；間接尋址的執(zhí)行時間最長；變址尋址指令便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序；相對尋址有利于程序浮動.例:設(shè)某臺計算機的指令系統(tǒng)中共有57條指令:(1)若采用固定長度編碼,其操作碼的編碼長度需要多少位？解:需要6位,即從000000到111011.設(shè)該指令系統(tǒng)中有10條指令的使用頻率為80%,其余為20%,若采用不等長編碼方式,其操作碼的平均長度為多少？解:采用不等長編碼方式時,常用的指令用短的操作碼表示,不常用的指令可用長操作碼表示.10條常用指令用4位編碼表示,即從0000到1001.不常用的47條指令需要7位編碼表示,即從1010000到1111110,操作碼平均長度:4×80%+7×20%=4.64.3 CICS 和RISC一、指令系統(tǒng)的發(fā)展1、50年代——計算機技術(shù)水平較低,使用的元件體積大、功耗高、價格高，故硬件結(jié)構(gòu)簡單,指令系統(tǒng)的功能也相對簡單,其中只有加減及邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令,尋址方式簡單;2、60年代后期——由于集成電路(IC)出現(xiàn),硬件結(jié)構(gòu)越加復(fù)雜,對指令系統(tǒng)功能的要求也越來越高,增設(shè)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)目達一二百條,尋址方式趨于多樣化,引入了各種數(shù)據(jù)類型，指令系統(tǒng)不斷擴大;3、70年代末期——隨著LSI和VLSI的出現(xiàn),計算機結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜,計算機指令系統(tǒng)多達幾百條指令,稱之為復(fù)雜指令集計算機complexinstructionsetcomputers, 簡稱CISC.(1)CISC特點：指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大，指令數(shù)目一般多達200￣300條；尋址方式多；指令格式多；指令字長不固定；各種指令使用頻率、執(zhí)行時間相差很大；大多數(shù)采用微程序控制器.

第四章 指令系統(tǒng)計4.0指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求算4.1指令格式機4.2Wh組at4.3CISC和RISC成HowWhy原理引入系列機的概念:基本指令相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計算機,如IBM370系列、VAX-11系列、IBMPC(XT/AT/286/386/486/Pentium)微機系列等.系列機實現(xiàn)軟件兼容的必要條件是,該系列的各機種有共同的指令集,且新開發(fā)機種的指令系統(tǒng)一定包含舊機型的所有指令.指令系統(tǒng)的改進是圍繞縮小指令與高級語言的語義差異以及有利于操作系統(tǒng)的優(yōu)化而進行.以上原因,使指令本身功能不斷增強,指令系統(tǒng)規(guī)模不斷加大.對CISC機測試表明:最常使用的是一些最簡單最基本的