計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)：大話指令集-2

1、,大話指令集,04010310 04010312 04010347,Contents,操作類型指令集萬花筒,尋址方式行動指南,指令格式我們是“正規(guī)軍”,章節(jié)名,指令集概述何方神圣？,指令特征用機(jī)器的頭腦看世界,GO!,GO!,GO!,GO!,GO!,指令系統(tǒng)“我”很重要, 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于“我”的設(shè)計(jì) “我”定義了CPU的功能 程序員靠“我”控制CPU,無論多么復(fù)雜、功能多么強(qiáng)大的軟件，目標(biāo)程序都是由一系列機(jī)器指令組成。,10/8/2020,指令系統(tǒng)的性能要求,指令豐富、功能齊全、使用方便,指令集的發(fā)展,CSIC VS RISC RISC 勝出！ 理由：簡單&高效,e.g.采用RISC指令

2、的CPU Compaq公司的Alpha HP公司的PA-RISC IBM公司的PowerPC MIPS公司的MIPS SUN公司的Spare,back,要素（每條指令必備）,操作碼要完成什么操作？,源操作數(shù)引用去哪里取操作數(shù)？,結(jié)果操作數(shù)引用操作產(chǎn)生的結(jié)果送去哪里？,下一指令引用告訴CPU去哪去下一條指令？,操作數(shù)類型指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作，可是數(shù)據(jù)是什么？,在尋址的時(shí)候，地址被當(dāng)做數(shù)據(jù)來處理,地 址,字 符,數(shù) 值,邏輯數(shù)據(jù),#整數(shù)、定點(diǎn)數(shù) #浮點(diǎn)數(shù) #十進(jìn)制數(shù)（二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制）,對某一位數(shù)據(jù)進(jìn)行操作 0（假）、1（真）,地址數(shù)目（表述處理器結(jié)構(gòu)）,一條指令需要的最大地址數(shù)是多少？,+,+

3、,2地址 1地址 1地址,=4,地址數(shù)目（表述處理器結(jié)構(gòu)）,直觀易懂 but 冗余繁瑣 不切實(shí)際,四地址,簡化？,地址數(shù)目（表述處理器結(jié)構(gòu)）,三地址,順序執(zhí)行，使用程序計(jì)數(shù)器PC代替A4,再簡化？,地址數(shù)目（表述處理器結(jié)構(gòu)）,二地址,將操作結(jié)果直接保存在A1或A2中 省略A3,還要簡化？,地址數(shù)目（表述處理器結(jié)構(gòu)）,無地址或隱含地址,一地址指令&零地址指令,back,10/8/2020,處理器完成運(yùn)算， 我們需要哪些指令？,操作用到哪些基本運(yùn)算功能？ + - * / & 運(yùn)算的進(jìn)程如何？ 跳轉(zhuǎn) 分支 返回 操作的數(shù)據(jù)從哪里來？ 存儲器、寄存器中導(dǎo)入導(dǎo)出,10/8/2020,指令集中操作的分類,

4、注意：不同的指令集，指令命名、寄存器命名不一樣，不過基本規(guī)則類似。,基本、通用的指令操作類型：,10/8/2020,指令集結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)問題-兩種截然不同的方向：, 復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC） 強(qiáng)化指令功能，實(shí)現(xiàn)軟件功能向硬件功能轉(zhuǎn)移。 精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC） -當(dāng)今指令集結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)的一個(gè)主要趨勢。 盡可能地降低指令集結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以達(dá)到簡化實(shí)現(xiàn)，提高性能的目的。,？,10/8/2020,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）的不足：,(1) 在CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，各種指令的使用頻率相差懸殊，缺乏靈活性。 (2) CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性帶來了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，這不僅增加了研制時(shí)

5、間和成本，而且還容易造成設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。 (3) CISC結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)的復(fù)雜性給VLSI設(shè)計(jì)增加了很大負(fù)擔(dān)，不利于單片集成。 (4) CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，許多復(fù)雜指令需要很復(fù)雜的操作，因而運(yùn)行速度慢。 (5) 在CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，由于各條指令的功能不均衡性，不利于采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)（如流水技術(shù)）來提高系統(tǒng)的性能。,10/8/2020,精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC）的優(yōu)越性,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)更加簡單、更加合理和更加有效 克服CISC結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使機(jī)器速度更快，程序運(yùn)行時(shí)間縮短，從而提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。,back,e.g. intel 80 x86最常用的10條指令,10/8/20

6、20,指令系統(tǒng)只包含那些使用頻率很高的指令和一些必要指令。,10/8/2020,尋址方式：,眾里“尋”他千百度， 驀然回首， 那人卻在燈火闌珊處！,ADD 5,or ADD A,or ADD （A）,1.立即尋址,2.直接尋址,3.間接尋址,3.間接尋址,4.寄存器尋址,5.寄存器間接尋址,6.偏移尋址,7.堆棧尋址,10/8/2020,1.立即尋址：,10/8/2020,2.直接尋址：,10/8/2020,3.間接尋址：,10/8/2020,4.寄存器尋址：,10/8/2020,5.寄存器間接尋址：,10/8/2020,6.偏移尋址：,10/8/2020,10/8/2020,7.堆棧尋址：,10/8/2020,舉例：,10/8/2020,指令格式：,總原則：,所含信息：,做什么操作？ 如果需要操作數(shù)，從哪里?。?結(jié)果送哪里？ 下一條指令從哪里??？,10/8/2020,PDP-