白中英計(jì)算機(jī)組成原理第4章 指令系統(tǒng)

第4章揩金系疙

目錄

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)類(lèi)型

4.4指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

4.5典型指令

4.6本章練習(xí)題

2012年6月8日星期五2

考研計(jì)算機(jī)統(tǒng)考大綱要求

二）”指令落式

1.指令的基本格式

2.定長(zhǎng)操作碼指令格式

3.擴(kuò)展操作碼指令格式

（二）指令的尋址方式

1.有效地址的概念

2.數(shù)據(jù)尋址和指令尋址

3.常見(jiàn)尋址方式

（三）CISC和RISC的基本概念

2012年6月8日星期五3

4.1指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求

?4.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展

?4.1.2對(duì)指令系統(tǒng)性能的要求

?4.1.3低級(jí)語(yǔ)言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系

2012年6月8日星期五4

4.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展

?程序一一用于解決實(shí)際問(wèn)題的一系列的指令；

?指令一一使計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令；

?從組成的層次結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的指令可分為如下3類(lèi)：

。微指令：微程序級(jí)的命令，它屬于硬件；

。機(jī)器指令（指令）：可完成一個(gè)獨(dú)立的算術(shù)或邏輯運(yùn)算；

。宏指令：由若干條機(jī)器指令組成的軟件指令，它屬于軟件；

?指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合。

O直接影響機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、以及機(jī)器的適用范圍。

2012年6月8日星期五5

計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

?50年代

。只有定點(diǎn)加減、邏輯運(yùn)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(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)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。

O出現(xiàn)了系列計(jì)算機(jī)。

?70年代末期

O復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(CISC)、精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(RISC)

2012年6月8日星期五6

系列計(jì)算機(jī)

?基本指令系統(tǒng)、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計(jì)算機(jī)；

。但具體的器件、結(jié)構(gòu)和性能都不會(huì)完全相同；

O一般，新機(jī)種在各方面要優(yōu)于舊機(jī)種。

?一個(gè)系列往往有多種型號(hào)，各型號(hào)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)是

向下兼容的。

O新機(jī)種的指令系統(tǒng)包含舊機(jī)種的全部指令；

。如Pentium系列PC機(jī)。

2012年6月8日星期五7

CISC

?CISC(complexinstructionsetcomputer)

。采用復(fù)雜的的指令系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的功能、提

高機(jī)器速度的目的。

?特點(diǎn)：

1.指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大，指令數(shù)目多；

2.指令格式多，字長(zhǎng)不固定，多種尋址方式；

3■可訪存指令不受限制；

4.各種指令的執(zhí)行時(shí)間相差很大；

5.大都采用微程序控制器；

2012年6月8日星期五8

RISC

?RISC(Reducedinstructionsetcomputer)

。從簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)和優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)的角度來(lái)提高系統(tǒng)的性能

與速度。

?RISC指令系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

1.選取使用頻率高的簡(jiǎn)單指令；

2.指令長(zhǎng)度固定，指令格式少，尋址方式種類(lèi)少；

3,采用流水線技術(shù)；

4,使用較多的通用寄存器，減少訪存；

5.控制器以組合邏輯控制為主；

6.采用優(yōu)化編譯技術(shù)；

2012年6月8日星期五9

判斷以下有關(guān)CISC和RISC的描述的正誤

A.采用RISC技術(shù)后，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)又回復(fù)到早期比

較簡(jiǎn)單的情況；X

B.為了實(shí)現(xiàn)兼容，新設(shè)計(jì)的RISC,是從原來(lái)CISC系統(tǒng)

的指令系統(tǒng)中挑選一部分實(shí)現(xiàn)的；4

C.RISC的主要目的是減少指令；X

D.RISC設(shè)有乘、除法指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令；X

2012年6月8日星期五10

4.1.2指令系統(tǒng)性能的要求

?指令系統(tǒng)的性能決定了計(jì)算機(jī)的基本功能，它的設(shè)計(jì)直接關(guān)系

到計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和用戶的需要。

?一個(gè)完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足如下四方面的要求

。完備性

?常用指令齊全，編程方便；

。有效性

?程序占用內(nèi)存少，運(yùn)行速度快；

。規(guī)整性

?指令和數(shù)據(jù)的使用規(guī)則統(tǒng)一，易學(xué)易記；

O兼容性

?同一系列的低檔計(jì)算機(jī)的程序能夠在新的高檔計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

2012年6月8日星期五11

指令系統(tǒng)的規(guī)整性要求

?規(guī)整性包括對(duì)稱(chēng)性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)格式的

一致性三方面的要求。

?對(duì)稱(chēng)性

O所有的指令都可使用各種尋址方式；

?勻齊性

O一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類(lèi)型；

?指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性

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

存??；

2012年6月8日星期五12

4.1.3低級(jí)語(yǔ)言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系

?低級(jí)施?語(yǔ)言、匯編語(yǔ)

。面向機(jī)器的語(yǔ)言，和具體機(jī)器的指令系統(tǒng)密切相關(guān)。

?高級(jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言的比較如P105表4.1

言

言

級(jí)

級(jí)

語(yǔ)

比較內(nèi)容語(yǔ)

貝有

有

通用算法

少

較

(1)較多

語(yǔ)言規(guī)則要

要

(2)不

硬件知識(shí)

立

(3)獨(dú)

不

獨(dú)

立

2對(duì)機(jī)器獨(dú)立的程度

易

難

3編制程序的難易程度

長(zhǎng)

短

較

4編制程序所需時(shí)間

較

長(zhǎng)

短

5程序執(zhí)行時(shí)間

多

少

6的要求

UUIJ十一JUI生力J_1_L~

4.2指令格式

?4.2.1操作碼

?4.2.2地址碼

?4.2.3指令字長(zhǎng)度

?4.2.4指令助記符

?4.2.5指令格式舉例

2012年6月8日星期五14

指令的一般格式

?指令字（簡(jiǎn)稱(chēng)指令）

。表示一條指令的機(jī)器字。

?指令格式

。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。

操作碼字段OP地址碼字段A

。操作碼字段：表征指令的操作特性與功能；

O地址碼字段：通常指定參與操作的操作數(shù)的地址。

2012年6月8日星期五15

4.2.1操作碼

?操作碼字段的位數(shù)取決于指令系統(tǒng)的規(guī)模;

?操作碼的類(lèi)型:/操作碼字段為4位,

則指令系統(tǒng)中的指令

。固定長(zhǎng)度的操作碼

數(shù)目為24=16條。

?特征：所有指令長(zhǎng)度均相同。v---------------------

?優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，速度快，適用于指令條數(shù)不多的場(chǎng)合。

?？勺冮L(zhǎng)度的操作碼

?特征：頻繁使用的指令用位數(shù)較少的操作碼；

不常使用的指令可利用操作碼擴(kuò)展技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展;

?優(yōu)點(diǎn)：充分利用軟硬件資源，適用于大規(guī)模的指令系統(tǒng)。

2012年6月8日星期五16

422地址碼(1/2)

?一條指令格式中有幾個(gè)地址碼字段，就稱(chēng)為是幾地址指令;

■零地址指令OP

①無(wú)任何操作數(shù)運(yùn)算，如NOP、HALT等指令。

②單操作數(shù)運(yùn)算：隱含一個(gè)操作數(shù)，如Acc°』如CBW指令

OP(Acc)Acc

?一地址指令|OPAl

①單操作數(shù)運(yùn)算：OP(A1)A1如INC指令

②雙操作數(shù)運(yùn)算：隱含一個(gè)操作數(shù)，如Acc

(Acc)OP(A1)-?Acc/A1一=!如MUL指令

2012年6月8日星期五17

422地址碼(2/2)

?兩地址指令OPA1A2

功能：(A1)OP(A2)今A1一^如ADD、XOR等指令'

?三地址指令OPA1A2A3

功能：(A1)OP(A2)A3

?多地址指令(如四地址)

。這類(lèi)指令功能強(qiáng)，一般用高檔小型機(jī)或中大型機(jī)，用于實(shí)

現(xiàn)成批數(shù)據(jù)處理，字符串處理、向量或矩陣運(yùn)算指令等。

2012年6月8日星期五18

兩地址指令的分類(lèi)一---------根據(jù)操作數(shù)的物

［理位置分。

?存儲(chǔ)器?存儲(chǔ)器（SS）型指令I(lǐng)。。IA1IA2

OA1.A2均為存儲(chǔ)單元；

O這類(lèi)指令從4^<—―V—

?寄存孥*哪種類(lèi)型指令執(zhí)行速度

較快，哪種指令較慢？

OAK

為什么？

。這類(lèi)小AT

?寄存器■存福膜一

OA1.A2中一個(gè)為寄存器，一個(gè)為存儲(chǔ)單元；

。執(zhí)行此類(lèi)指令時(shí)，既要訪問(wèn)內(nèi)存單元，又要訪問(wèn)寄存器。

2012年6月8日星期五19

指令的操作碼擴(kuò)展技術(shù)（補(bǔ)充）

?一個(gè)指令系統(tǒng)中OPA1A2A3

。若操作碼長(zhǎng)度固定OPA1A2無(wú)用

且指令格式不同；OPA1無(wú)用無(wú)用

。指令格式如右：OP無(wú)用無(wú)用無(wú)用

。操作碼字段長(zhǎng)度取決于指令系統(tǒng)中的指令總數(shù)目；

。地址碼較少的指令，編碼浪費(fèi);

?操作碼擴(kuò)展

O對(duì)于不需要某個(gè)地址碼的指令，把它們的操作碼擴(kuò)充到該

地址字段；

。既充分利用指令字的各字段，又在不增加指令長(zhǎng)度的情況

下擴(kuò)展操作碼的長(zhǎng)度。

2012年6月8日星期五20

操作碼擴(kuò)展舉例（1/3）

設(shè)某指令長(zhǎng)16位，包括4位基本操作碼字段和3個(gè)4位地址碼

OPA1A2A3

①若全是三地址指令，則最多能有多少條指令？

。操作碼為4位的，則指令條數(shù)為24=16。

②若三地址指令需15條—?

兩地址指令需15條|應(yīng)如何安排？

單地址指令需15條j

零地址指令需16條—1

。可使用操作碼擴(kuò)展技術(shù)，縮短固定操作碼長(zhǎng)度;

2012年6月8日星期五21

操作碼擴(kuò)展舉例（2/3）

4位操作碼；°°呷A1A2A3

15條三地址指令

.mniA2A2

如果采用操作碼擴(kuò)展方法能否設(shè)計(jì)一

8位操作彳個(gè)具有三地址指令15條，雙地址指令令

12條，單地址指令31條以及零地址指

12位操作《W令

令16條的指令系統(tǒng)?

1111111111110000

16位操作碼H6條零地址指令

1111111111111111

2012年6月8日星期五此指令系統(tǒng)共具有61條指令22

操作碼擴(kuò)展舉例（3/3）

0000!A1A2A3

4位操作碼H5條三地址指令

A1A2A3

TlTfoobblA1A2

8位操作碼斗2條二地址指令

11111011：A1A2

wTiiob-obooA1

>32條一地址指令

12位操作碼■■■■■■

111111011111A1

1111111000000000

16位操作碼16條零地址指令

1111111000001111

此指令系統(tǒng)共具有75條指令

2012年6月8日星期五23

【例】某機(jī)指令字長(zhǎng)32位，一個(gè)操作數(shù)地址為12位，有

雙地址碼、單地址碼、零地址碼3種格式的指令。

若采用擴(kuò)展操作碼的方式來(lái)設(shè)計(jì)指令，已知雙地址碼指

令K條，單地址碼指令L條，問(wèn)零地址碼指令有多少條？

?雙地址碼指令OP（8位）A1（12位）A2（12位）

。操作碼長(zhǎng)度為（32-12x2）=8位；

?單地址碼指令OP（8位）擴(kuò)展操作碼（12位）A2（12位）

。操作碼長(zhǎng)度為（32-12）=20位；

O操作碼的可擴(kuò)展位為20-8=12位。

?零地址碼指令OP（8位）擴(kuò)展操作碼（12位）擴(kuò)展操作碼（12位）

。操作碼長(zhǎng)度為32位

O操作碼的可擴(kuò)展位為32-20=12位。

2012年6月8日星期五24

【例】某機(jī)指令字長(zhǎng)32位，一個(gè)操作數(shù)地址為12位，有

雙地址碼、單地址碼、零地址碼3種格式的指令。

若采用擴(kuò)展操作碼的方式來(lái)設(shè)計(jì)指令，已知雙地址碼指

令K條，單地址碼指令L條，問(wèn)零地址碼指令有多少條？

?由以上分析的指令格式，及題目可知：

O雙地址碼指令最多有28條；

。可用于擴(kuò)展單地址碼指令的編碼有(28-K)個(gè)；

?單地址碼指令最多有(28—K)X212條：

。可用于擴(kuò)展零地址碼指令的編碼有［(28-K)x2僅_L］個(gè)；

?因此，零地址碼指令最多有［(28—K)X212—L］X212條。

2012年6月8日星期五25

4.2.3指令字長(zhǎng)度

?機(jī)器字長(zhǎng)

。運(yùn)算器一次能處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。

。機(jī)器指令的長(zhǎng)度直接決定著CPU運(yùn)算的精度和直接尋址能

力的大??；

?指令字長(zhǎng)

。一個(gè)指令字中包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)；

。指令字長(zhǎng)由操作碼長(zhǎng)度、操作數(shù)長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)共同決定。

?指令有半字長(zhǎng)、單字長(zhǎng)、雙字長(zhǎng)、多字長(zhǎng)等不同的長(zhǎng)度類(lèi)型;

?指令系統(tǒng)可分為等長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)、變長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)兩種。

2012年6月8日星期五26

4.2.4指令助記符

?指令助記符

。使用3~4個(gè)英文縮寫(xiě)字母來(lái)表示的指令操作碼。

?在不同的計(jì)算機(jī)中，指令助記符的規(guī)定是不一樣的；

。指令助記符只是指令操作碼字段的一種表示方法；

。機(jī)器內(nèi)部保存的還是二進(jìn)制代碼形式的機(jī)器指令;

?由匯編或編譯程序，將助記符翻譯成機(jī)器代碼。

2012年6月8日星期五27

4.2.5指令格式舉例（1/2）

P110【例1】

某16位系統(tǒng)中，指令格式如下所示，其中0P為操作碼，試分

析指令格式的特點(diǎn)。

15987430

OP—源寄存器目的寄存器

①指令字長(zhǎng)為單字長(zhǎng)，操作數(shù)的數(shù)目為兩個(gè)。單字長(zhǎng)二

地址指令

②該指令格式的指令最多可有」也條。

③根據(jù)此二地址指令的操作數(shù)位置來(lái)看，屬于RR型指令。

ORS型、RR型、SS型

④這種指令結(jié)構(gòu)常用于算術(shù)邏輯運(yùn)算類(lèi)指令。

2012年6月8日星期五28

4.2.5指令格式舉例（2/2）

P110【例2】

某16位系統(tǒng)中，指令格式如下所示，0P為操作碼字段，試分

析指令格式特點(diǎn)。

1510987430

OP—源寄存器變址寄存器

位移量（16位）

①指令字長(zhǎng)為雙字長(zhǎng)，操作數(shù)的數(shù)目為二個(gè)。雙字長(zhǎng)二

地址指令

②操作碼字段OP為6位，可以指定一64種操作。

③一個(gè)操作數(shù)在源寄存器，該類(lèi)寄存器共16個(gè),另一個(gè)操作

數(shù)在存儲(chǔ)器中,所以該類(lèi)指令是儂型指令。

。存儲(chǔ)單元中數(shù)據(jù)由變址寄存器和位移量共同決定其地址；

2012年6月8日星期五29

4.3操作數(shù)類(lèi)型

?機(jī)器指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)通常分為以下四類(lèi)：

。地址數(shù)據(jù)

?無(wú)符號(hào)整數(shù)，通過(guò)某種運(yùn)算確定操作數(shù)在主存中的有效地址;

。數(shù)值數(shù)據(jù)

?定點(diǎn)整數(shù)、小數(shù)；浮點(diǎn)數(shù)；壓縮十進(jìn)制數(shù)；

。字符數(shù)據(jù)

?文本數(shù)據(jù)或字符串；

。邏輯數(shù)據(jù)

?由若干二進(jìn)制位組成，每位的值可以是1或0。

2012年6月8日星期五30

4.4指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

?4.4.1指令的尋址方式

?4.4.2操作數(shù)尋址方式

?4.4.3尋址方式舉例

2012年6月8日星期五31

4.4.1指令的尋址方式

1.順序?qū)ぶ贩绞?/p>

。當(dāng)程序按順序執(zhí)行時(shí)的指令尋址方式；

。必須用程序計(jì)數(shù)器記錄所要執(zhí)行指令的存放單元地址;

?一般做順序加1的操作；

?程序計(jì)數(shù)器又稱(chēng)指令指針寄存器；

2.跳躍尋址方式

O當(dāng)程序轉(zhuǎn)移執(zhí)行時(shí)的指令尋址方式；

。程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容由本條指令給出，而不是順序改變。

2012年6月8日星期五32

指令的尋址演示動(dòng)畫(huà)演示：4?1.swf

指令地址指令指令的尋址方式

+1LDA1000

ADD1001順序?qū)ぶ?/p>

DEC1200順序?qū)ぶ?/p>

JMP7順序?qū)ぶ?/p>

LDA2000

5SUB2001

6INC

7STA2500跳躍尋址

8LDA1100順序?qū)ぶ?/p>

9

2012年6月8日星期五33

4.3.2操作數(shù)的尋址方式

動(dòng)畫(huà)演示：

?一種單地址碼指令的結(jié)構(gòu)如下圖：42swf

操作碼OP變址X間址I形式地址A

尋址特征位

。將指令中的形式地址A變換成操作數(shù)有效地址的過(guò)程,

稱(chēng)為尋址過(guò)程。

?典型而常用的尋址方式有

。隱含尋址、立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器

尋址、寄存器間接尋址、偏移尋址、堆棧尋址；

2012年6月8日星期五34

隱含尋址

?操作1?癥隱含品操作碼中；7

裝空征主存I-

~~[Ice

——>A操作數(shù)

另一個(gè)操作數(shù)匚二1kL

隱含在ACC中\(zhòng)ALu/

盅

■如8086的MUL指令L—

O被乘數(shù)隱含在AX（16位）或AL（8位）中；

?指令字中少了一個(gè)地址字段，可縮短指令字長(zhǎng)；

2012年6月8日星期五35

立即尋址

?形式地址A就是操作數(shù)；

立即尋址特征

OP#A

立即數(shù)可正可負(fù)，補(bǔ)碼表示

?優(yōu)點(diǎn)：

O指令執(zhí)行階段不需要訪存，速度快；

?缺點(diǎn)：

。形式地址A字段的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍。

2012年6月8日星期五36

直接尋址

?有效地址由形式地址字段A直接給出;

OEA=A

?特點(diǎn)

。執(zhí)行階段訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器；

OA的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍;

。操作數(shù)的地址不易修改（必須修改A）;

2012年6月8日星期五37

間接尋址

?有效地址由形式地址字段A間接提供，EA=(A)

O可用尋址特制I字段區(qū)分直接尋址和間接尋址方式;

2012年6月8日星期五38

寄存器尋址

尋址特征

?形式地址字段A為寄存器編號(hào)

OEA=R/

?特點(diǎn)

。執(zhí)行階段不訪存，只訪問(wèn)寄

存器，執(zhí)行速度快

。寄存器個(gè)數(shù)有限，可縮短指

令字長(zhǎng)

寄存器組

2012年6月8日星期五39

寄存器間接尋址

尋址特征

IOP主存

A(RZ)

?形式地址字段A用于指

出存放有效地址的寄存

器編號(hào)；

OEA=(R/)

》操作數(shù)

?特點(diǎn)：

。執(zhí)行階段訪存；

。便于編制循環(huán)程序

2012年6月8日星期五40

偏移尋址

?直接尋址和寄存器間接尋址方式的結(jié)合

尋址特征

?有效日

Ro作基址寄存器

OA吳

OR可匚7

Ko

?常用r口

KI

。相又：

?I&-1

O基址寸拉：匚A二（舉如0TA，MT|-7M

。變址尋址：EA=A+（變址R）,變址R+19變址R

2012年6月8日星期五41

4.4.3尋址方式舉例

P118【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—通用寄存器間址標(biāo)志I尋址模式X偏移量D

通過(guò)I,X,D的組合，請(qǐng)寫(xiě)出下表所示的六種尋址方式的名稱(chēng)。

IX有效地址E的算法說(shuō)明尋址方式

000E=D直接尋址

001E=(PC)+DPC位程序計(jì)數(shù)器相對(duì)尋址

010E=(R2)+DR2為變址寄存器變址尋址

111E=(R3)寄存器間接尋址

100E=(D)間接尋址

011E=(Rl)+DR1為基址寄存器基址尋址

2012年6月8日星期五42

P118【例4】

某16位機(jī)的指令格式和尋址方式如下所示，設(shè)該機(jī)有兩個(gè)20位

基址寄存器，四個(gè)16位變址寄存器，十六個(gè)16位通用寄存器，

指令格式中S（源），D（目標(biāo)）指通用寄存器，M指主存單元。

操作碼對(duì)應(yīng)機(jī)器碼：傳送指令MOV90AH、寫(xiě)數(shù)指令

STOfIBH、讀數(shù)指令LADf3CH。

I0VS,D

STOS,I

OP-—-—--—-—--—-—-目標(biāo)LADD,|

20位地址

(1)分析三種指令的指令格式與尋址方式特點(diǎn)。

1510987430

0P—目標(biāo)源■OVS,D

1510987430

0P基址源變址

STOS,I

位移量

1510987430

OP|-----------|目標(biāo)

LADD,|

20位地址

?第一種指令是單字長(zhǎng)二地址指令，RR型；

?第二種指令是雙字長(zhǎng)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；

?第三種指令是雙字長(zhǎng)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。

2012年6月8日星期五44

(2)CPU完成哪一種操作所花時(shí)間最短？哪一種

操作所花時(shí)間最長(zhǎng)？第二種指令的執(zhí)行時(shí)間

有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？

?第一種指令所花時(shí)間最短；

。是RR型指令，不需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器。

?第二種指令所花時(shí)間最長(zhǎng)；

ORS型指令，需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器，同時(shí)要進(jìn)行尋址方式的

變換運(yùn)算(基址或變址)，這也需要時(shí)間。

?第二種指令的執(zhí)行時(shí)間不會(huì)等于第三種指令

。第三種指令雖然也訪問(wèn)存儲(chǔ)器，但節(jié)省了求有效地址

運(yùn)算的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。

2012年6月8日星期五45

(3)下列情況下每個(gè)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？

MOV^OOIOIO,ST0^011011,LAD^111100

e(F0F1)H(3CD2)H11110000111100010011110011010010

。指令代表LAD指令，編碼正確，其含義是把主存13CD2H地址

單元的內(nèi)容取至15號(hào)寄存器。

0(2856)140010100001010110

。指令代表MOV指令，編碼正確，含義是把6號(hào)源寄存器的內(nèi)容

傳送至5號(hào)目標(biāo)寄存器。

e(6FD6)H0010101111010110

。單字長(zhǎng)指令，一定是MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改為2BD6H。

O(1C2)H0010100011000010

。單字長(zhǎng)指令，代表MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改為28c2H。

2012年6月8日星期五46

4.5典型指令

?4.5.1指令的分類(lèi)（了解）?4.5.2基本指令系統(tǒng)（略）

1.數(shù)據(jù)傳送指令?4.5.3精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（略）

2.算術(shù)運(yùn)算指令

3.邏輯運(yùn)算指令

4.程序控制指令

5.輸入輸出指令

6.字符串處理指令

7.特權(quán)指令

8.其他指令

2012年6月8日星期五47

本章綜合舉例1

設(shè)某機(jī)字長(zhǎng)16位，直接尋址空間為128字，變址時(shí)的位移量

為-64~+63,16個(gè)通用寄存器都可以作為變址寄存器，請(qǐng)?jiān)O(shè)

計(jì)一套指令系統(tǒng)，滿足下列尋址類(lèi)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。

2012年6月8日星期五48

指令分析（1/2）

?直接尋址的二地址指令3條:

操作碼OP直接地址1直接地址2

[2位）[7位][7位

。這3條指令的操作碼為00、01、10;

?變址尋址的一地址指令6條：

操作碼OP變址寄存器偏移量

[5位][4位][7位

。這6條指令的操作碼為：11000-11101

2012年6月8日星期五49

指令分析（2/2）

?寄存器尋址的二地址指令8條:

操作碼OP寄存器1寄存器2

18位）|4位）（4位）

。這8條指令的操作碼為11110000*11110111;

?直接尋址的一地址指令12條：

操作碼OP直接地址1

[9位][7位]

。這12條指令的操作碼為：111110000~111111011

?零地址指令32條：操作碼OP|16位

O這32條指令的操C:

1111111000000000*1111111000011111

2012年6月8日星期五50

本章綜合舉例2

某計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線和地址線均是8根，有一條相對(duì)尋址的無(wú)條件

轉(zhuǎn)移指令存于內(nèi)存的20H單元中，指令給出的偏移量是15H,

設(shè)該指令占用2個(gè)字節(jié)，請(qǐng)計(jì)算：

(1)取該條指令時(shí)PC的內(nèi)容。

(2)該指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)PC的內(nèi)容。

解答：

(1)取指令時(shí)，PC的內(nèi)容為20H。

(2)#^i^iik=PC+2+D=20H+2+15H=37H

該條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)PC的內(nèi)容是37H。

2012年6月8日星期五51

本章綜合舉例3

某指令系統(tǒng)指令字長(zhǎng)為20位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)和無(wú)操

作數(shù)3中指令格式，每個(gè)操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示，當(dāng)雙操作

數(shù)指令條數(shù)取最大值，而且單操作數(shù)指令條數(shù)也取最大值時(shí)，

這3種指令最多可能擁有的指令數(shù)各是多少？

解：按操作碼擴(kuò)展技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，雙操作數(shù)指令最多2必1條，單操

作數(shù)指令最多63條，因此無(wú)操作數(shù)指令條數(shù)的最大值為64條。

00000000XXXXXXXXXXXX1口

11111110XXXXXXXXXXXXJ雙操作數(shù)255條

11111111000000XXXXXX]

11111111111110XXXXXXj單操作數(shù)63條

11111111111111000000]

11111111111111111111F零操作數(shù)64條

2012年6月8日星期五52

本章綜合舉例4

某機(jī)器字長(zhǎng)為16位，主存容量是64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令,

共有54條指令。試采用直接、立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)

計(jì)指令格式。

解答：OP（6位）X（2位）D（8位）

054條指令，故操作碼需要6位。因?yàn)樗姆N尋址方式，所以尋址

特征位取2位，余下的8位作為形式地址D。其指令格式為

。尋址模式X定義如下:

x=oo直接尋址有效地址E=D(256個(gè)單元)

X=01立即尋址D=操作數(shù)

X=10變址尋址有效地址E=(R)+D(64K)

X=ll相對(duì)尋址看效地址￡=(PC)+D(64K)

其中R為變址寄存器(16位)、PC為程序計(jì)數(shù)器(16位)。

相對(duì)尋址和變址尋址中，D可正可負(fù)。

2012年6月8日星期五53

09年考研真題（1/2）

16.某機(jī)器字長(zhǎng)16位，主存按字節(jié)編址，轉(zhuǎn)移指令采用相對(duì)尋

址，由兩個(gè)字節(jié)組成，第一字節(jié)為操作碼字段，第二字節(jié)

為相對(duì)位移量字段。

假定取指令時(shí)，每取一個(gè)字節(jié)PC自動(dòng)加1。若某轉(zhuǎn)移指令

所在主存地址為2000H,相對(duì)位移量字段的內(nèi)容為06H,

則該轉(zhuǎn)移指令成功轉(zhuǎn)以后的目標(biāo)地址宏（）

A.2006HB.2007HC.2008HD.2009H

2012年6月8日星期五54

09年考研真題（2/2）

億下列關(guān)于RISC的敘述中，錯(cuò)誤的是（A）

A.RISC普遍采用微程序控制器

B.RISC大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成

C.RISC的內(nèi)部通用寄存器數(shù)量相對(duì)CISC多

D.RISC的指令數(shù)、尋址方式和指令格式種類(lèi)相對(duì)CISC少

2012年6月8日星期五5