《第節(jié)指令系統(tǒng)》課件

第節(jié)指令系統(tǒng)課程介紹課程目標(biāo)深入理解指令系統(tǒng)的基本概念，掌握指令系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理，為后續(xù)學(xué)習(xí)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。課程內(nèi)容涵蓋指令系統(tǒng)概述、匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)、常用匯編指令、程序流程控制指令、子程序指令、中斷指令等。第一節(jié)指令系統(tǒng)概述指令系統(tǒng)是計算機(jī)的核心組成部分，它定義了計算機(jī)能夠執(zhí)行的所有指令的集合。指令系統(tǒng)是計算機(jī)硬件和軟件之間的橋梁，它決定了計算機(jī)的指令集，數(shù)據(jù)類型和尋址方式，直接影響著程序的執(zhí)行效率和功能。1.1指令系統(tǒng)的定義1指令計算機(jī)執(zhí)行的每一步操作都由一條指令來控制。2指令集一個計算機(jī)系統(tǒng)所能執(zhí)行的所有指令的集合。3指令系統(tǒng)一個計算機(jī)系統(tǒng)所能執(zhí)行的全部指令的集合，以及這些指令的使用規(guī)則和格式。1.2指令系統(tǒng)的組成指令指令是計算機(jī)執(zhí)行的基本操作，由操作碼和操作數(shù)組成。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是計算機(jī)處理的對象，包括常量、變量和中間結(jié)果。寄存器寄存器是CPU內(nèi)部高速緩存器，用于存儲指令、數(shù)據(jù)和地址。1.3指令系統(tǒng)的分類按指令執(zhí)行方式順序執(zhí)行指令、并行執(zhí)行指令、流水線執(zhí)行指令按尋址方式立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、相對尋址、基址尋址、變址尋址按數(shù)據(jù)類型字節(jié)指令、字指令、雙字指令、浮點指令第二節(jié)匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)寄存器計算機(jī)內(nèi)部高速存儲單元，用于存放數(shù)據(jù)和指令，用于CPU快速訪問。指令格式規(guī)定指令的結(jié)構(gòu)，包含操作碼、操作數(shù)和地址碼等信息，用于CPU識別和執(zhí)行指令。2.1寄存器及其功能累加器(AC)用于保存運算結(jié)果。程序計數(shù)器(PC)保存下一條指令的地址。狀態(tài)寄存器(PSW)保存程序運行狀態(tài)，如進(jìn)位標(biāo)志、溢出標(biāo)志等。通用寄存器(GPR)用于保存數(shù)據(jù)和地址。2.2指令格式1操作碼指令的操作代碼，指示計算機(jī)執(zhí)行何種操作。2操作數(shù)地址指出操作數(shù)在內(nèi)存或寄存器中的地址。3操作數(shù)指令要操作的數(shù)據(jù)，可以是常數(shù)、變量或寄存器的內(nèi)容。2.3編程模型指令集體系結(jié)構(gòu)指令集體系結(jié)構(gòu)（ISA）定義了處理器可以執(zhí)行的指令集、操作數(shù)格式和尋址模式。內(nèi)存模型內(nèi)存模型描述了處理器如何訪問和管理內(nèi)存，包括內(nèi)存地址空間和數(shù)據(jù)類型。寄存器集寄存器集定義了處理器中可用的寄存器以及它們的功能和用途。中斷處理中斷處理機(jī)制定義了處理器如何響應(yīng)外部事件并處理中斷。2.4匯編指令分類數(shù)據(jù)傳輸指令用于在內(nèi)存、寄存器和I/O設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。算術(shù)運算指令執(zhí)行加、減、乘、除等算術(shù)運算。邏輯運算指令執(zhí)行邏輯運算，如與、或、異或等?？刂妻D(zhuǎn)移指令用于改變程序執(zhí)行流程，實現(xiàn)條件跳轉(zhuǎn)、循環(huán)等。第三節(jié)常用匯編指令數(shù)據(jù)傳輸指令用于將數(shù)據(jù)從一個存儲位置移動到另一個存儲位置。算數(shù)運算指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等算術(shù)運算。邏輯運算指令用于執(zhí)行邏輯運算，例如與、或、非等。移位指令用于將數(shù)據(jù)位向左或向右移動。3.1數(shù)據(jù)傳輸指令MOV將源操作數(shù)的值復(fù)制到目的操作數(shù)XCHG交換兩個操作數(shù)的值PUSH/POP將操作數(shù)壓入/彈出堆棧3.2算數(shù)運算指令加法指令將兩個操作數(shù)相加，并將結(jié)果存儲到目標(biāo)操作數(shù)。減法指令將第二個操作數(shù)從第一個操作數(shù)中減去，并將結(jié)果存儲到目標(biāo)操作數(shù)。乘法指令將兩個操作數(shù)相乘，并將結(jié)果存儲到目標(biāo)操作數(shù)。除法指令將第一個操作數(shù)除以第二個操作數(shù)，并將結(jié)果存儲到目標(biāo)操作數(shù)。3.3邏輯運算指令與運算當(dāng)兩個操作數(shù)都為1時，結(jié)果為1，否則為0?；蜻\算當(dāng)兩個操作數(shù)中至少有一個為1時，結(jié)果為1，否則為0。非運算對操作數(shù)取反，0變?yōu)?，1變?yōu)?。異或運算當(dāng)兩個操作數(shù)不同時，結(jié)果為1，否則為0。3.4移位指令邏輯左移將操作數(shù)的各位向左移動指定的位數(shù)，高位溢出舍棄，低位補0。邏輯右移將操作數(shù)的各位向右移動指定的位數(shù)，低位溢出舍棄，高位補0。算術(shù)左移將操作數(shù)的各位向左移動指定的位數(shù)，高位溢出舍棄，低位補0。與邏輯左移相同。算術(shù)右移將操作數(shù)的各位向右移動指定的位數(shù)，低位溢出舍棄，高位補符號位。第四節(jié)程序流程控制指令程序流程控制指令是計算機(jī)程序中必不可少的組成部分，用于控制程序執(zhí)行的順序和流程，實現(xiàn)程序的邏輯跳轉(zhuǎn)、循環(huán)和條件判斷等功能。程序流程控制指令的使用，可以使程序更加靈活、高效，能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的邏輯功能。1順序執(zhí)行程序按照指令的順序依次執(zhí)行，這是最基本的執(zhí)行方式。2跳轉(zhuǎn)執(zhí)行程序執(zhí)行到某一條指令后，跳轉(zhuǎn)到程序中其他位置的指令繼續(xù)執(zhí)行。3循環(huán)執(zhí)行程序中某一段代碼重復(fù)執(zhí)行多次，直到滿足特定條件為止。4.1條件轉(zhuǎn)移指令條件轉(zhuǎn)移指令根據(jù)程序運行時的條件，將程序執(zhí)行流程轉(zhuǎn)移到目標(biāo)地址。條件判斷條件轉(zhuǎn)移指令通常包含一個條件判斷，例如比較兩個值。4.2無條件轉(zhuǎn)移指令JMP指令JMP指令用于將程序控制轉(zhuǎn)移到指定的地址。它接受一個操作數(shù)，表示目標(biāo)地址。功能JMP指令可以實現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)，改變程序執(zhí)行的流程。語法JMP目標(biāo)地址4.3循環(huán)指令1重復(fù)執(zhí)行循環(huán)指令用于重復(fù)執(zhí)行一段程序代碼，直到滿足特定條件為止。2計數(shù)器循環(huán)指令通常使用計數(shù)器來控制循環(huán)次數(shù)，計數(shù)器會在每次循環(huán)結(jié)束后遞增或遞減。3條件判斷循環(huán)指令會根據(jù)計數(shù)器是否達(dá)到指定值或滿足其他條件來決定是否繼續(xù)循環(huán)。第五節(jié)子程序指令子程序調(diào)用在主程序中調(diào)用子程序以執(zhí)行特定任務(wù)。子程序返回子程序執(zhí)行完畢后，返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。5.1堆棧操作指令PUSH指令將數(shù)據(jù)壓入堆棧。POP指令從堆棧中彈出數(shù)據(jù)。5.2子程序調(diào)用指令CALL指令用于將程序控制轉(zhuǎn)移到子程序的起始地址。RET指令用于從子程序返回到主程序，恢復(fù)調(diào)用前的狀態(tài)。第六節(jié)中斷指令中斷指令是計算機(jī)系統(tǒng)中重要的指令，用于處理各種異常事件，例如硬件故障、軟件錯誤或外部設(shè)備請求。6.1中斷處理流程中斷請求當(dāng)發(fā)生中斷事件時，硬件會向CPU發(fā)送中斷請求信號。保存上下文CPU保存當(dāng)前程序的運行狀態(tài)，例如寄存器值和程序計數(shù)器。中斷處理CPU跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序，執(zhí)行相應(yīng)的處理操作?；謴?fù)上下文CPU恢復(fù)之前保存的程序狀態(tài)，并返回到中斷發(fā)生前的程序執(zhí)行點。6.2中斷向量表1地址表中斷向量表是一個地址表，存儲著各種中斷類型對應(yīng)的中斷處理程序的入口地址。2快速響應(yīng)通過中斷向量表，CPU可以