指-令-系-统(共43张PPT)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第章 指 令 系 统,7.1 机器指令,7.2 操作数类型和操作类型,7.3 寻址方式,7.4 指令格式举例,7.5 RISC 技术,教学内容,第1页，共43页。,重点,要求学生了解机器的指令系统决定了一台计算机的功能，而一旦计算机的指令系统确定以后，计算机的硬件必须给予支持。指令系统主要体现在它的操作类型、数据类型、地址格式和寻址方法等方面。要求学生掌握不同的寻址方式对操作数寻址范围以及对编程的影响，掌握不同的寻址方式所要求的硬件和信息的加工过程。还应了解RISC的主要特点及其与CISC的区别。,难点,要求掌握设计指令格式的方法，学会根据指令系统的要求，确定指令字中各字段的位数及其含义。特别是在实际机器中，指令字长不一定等于存储字长，因此应格外注意各种寻址方法和地址格式的运用。,第2页，共43页。,7.1 机 器 指 令,一、指令的一般格式,操作码字段,地址码字段,1.操作码,反映机器做什么操作,(1),长度固定,(2),长度可变,用于指令字长较长的情况,，,RISC,如 IBM 370,操作码 8,位,操作码分散在指令字的不同字段中,第3页，共43页。,(3)扩展操作码技术,操作码的位数随地址数的减少而增加,OP,A,1,A,2,A,3,0000,0001,1110,A,1,A,1,A,1,A,2,A,2,A,2,A,3,A,3,A,3,A,2,A,2,A,2,A,3,A,3,A,3,1111,1111,1111,0000,0001,1110,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,0000,0001,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,A,3,A,3,A,3,0000,0001,1110,4 位操作码,8 位操作码,12 位操作码,16 位操作码,最多15条三地址指令,最多15条二地址指令,最多15条一地址指令,16条零地址指令,7.1,第4页，共43页。,(3)扩展操作码技术,操作码的位数随地址数的减少而增加,OP,A,1,A,2,A,3,0000,0001,1110,A,1,A,1,A,1,A,2,A,2,A,2,A,3,A,3,A,3,A,2,A,2,A,2,A,3,A,3,A,3,1111,1111,1111,0000,0001,1110,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,0000,0001,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,A,3,A,3,A,3,0000,0001,1110,4 位操作码,8,位操作码,12,位操作码,16,位操作码,三地址指令操作码,每减少一种可多构成,2,4,种二地址指令,二地址指令操作码,每减少一种可多构成,2,4,种一地址指令,7.1,第5页，共43页。,2.地址码,(1)四地址,(2)三地址,OP,A,1,A,2,A,3,A,4,8 6 6 6 6,A,1,第一操作数地址,A,2,第二操作数地址,A,3,结果的地址,A,4,下一条指令地址,若 PC 代替 A,4,(A,1,)OP(A,2,)A,3,8 8 8 8,OP,A,1,A,2,A,3,(A,1,)OP(A,2,)A,3,4 次访存,4 次访存,寻址范围,2,6,=64,寻址范围,2,8,=256,若,A,3,用 A,1,或 A,2,代替,7.1,设指令字长为 32 位,操作码固定为 8 位,第6页，共43页。,(3)二地址,OP,A,1,A,2,8 12 12,(A,1,)OP(A,2,)A,1,(A,1,)OP(A,2,)A,2,或,4 次访存,若ACC 代替 A,1,（或A,2,）,若结果存于 ACC,(4)一地址,(5),零地址,OP,A,1,8 24,无地址码,(ACC)OP(A,1,)ACC,2 次访存,寻址范围,2,12,=4 K,寻址范围,2,24,=16 M,3次访存,7.1,第7页，共43页。,操作码的位数随地址数的减少而增加,二地址 M M(48 位),CISC（Complex Instruction Set Computer）,(2)按字节寻址的相对寻址举例,IX 的内容由用户给定,寻址范围 224=16 M,一、设计指令格式时应考虑的各种因素,RISC（Reduced Instruction Set Computer）,A 的位数限制了立即数的范围,要求学生掌握不同的寻址方式对操作数寻址范围以及对编程的影响，掌握不同的寻址方式所要求的硬件和信息的加工过程。,80 20 规律,寄存器个数有限，可缩短指令字长,CPU 中有多个 通用 寄存器,二、指令字长,指令字长决定于,操作码的长度,指令字长=存储字长,2.,指令字长,可变,操作数地址的长度,操作数地址的个数,1.指令字长,固定,按字节的倍数变化,7.1,第8页，共43页。,小结,当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后,当指令的地址字段为寄存器时,可扩大指令的寻址范围,可缩短指令字长,可减少访存次数,三地址 OP R,1,R,2,R,3,二地址 OP R,1,R,2,一地址 OP R,1,指令执行阶段不访存,可缩短指令字长,7.1,第9页，共43页。,7.2 操作数类型和操作种类,一、操作数类型,地址,数字,字符,逻辑数,无符号整数,定点数、浮点数、十进制数,ASCII,逻辑运算,二、数据在存储器中的存放方式,字地址,为,低字节,地址,字地址,为,高字节,地址,3,7,6,2,1,5,4,0,字地址,0,4,低字节,0,4,5,1,2,6,7,3,字地址,0,4,低字节,第10页，共43页。,存储器中的数据存放（存储字长为 32 位）,地址（十进制,）,0,4,8,12,16,20,24,28,32,36,双字,双字（地址32）,双字,双字（地址24）,半字（地址20）,半字（地址22）,半字（地址16）,半字（地址18）,字节（地址,8）,字节（地址,9）,字节（地址10）,字节（地址11）,字（地址 4）,字（地址 0）,字节（地址14）,字节（地址15）,字节（地址13）,字节（地址12）,边界对准,地址（十进制,）,0,4,8,字节(地址7),字节(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),边界未对准,7.2,第11页，共43页。,三、操作类型,1.数据传送,源,目的,寄存器,寄存器,寄存器,寄存器,存储器,存储器,存储器,存储器,置“1”，清“0”,2.算术逻辑操作,加、减、乘、除、增 1、减 1、求补、浮点运算、十进制运算,与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反,如 8086,MOVE,STORE,LOAD,MOVE,PUSH,POP,例如,MOVE,MOVE,7.2,ADD SUB MUL DIV INC DEC CMP NEG,AAA AAS AAM AAD,AND OR NOT XOR TEST,第12页，共43页。,3.移位操作,算术移位,4.转移,(1)无条件转移,JMP,(2)条件转移,结果为零转,（Z=1）,JZ,结果溢出转,（O=1）,JO,结果有进位转,（C=1）,JC,跳过一条指令,SKP,循环移位（带进位和不带进位）,如,300,305,306,307,SKP DZ D=0 则跳,逻辑移位,完成触发器,7.2,第13页，共43页。,(3)调用和返回,CALL SUB1,.,.,CALL SUB2,.,CALL SUB2,RETURN,RETURN,主程序,地,址,2000,2100,2101,子程序,SUB1,2400,2500,2501,2560,2561,2700,主存空间分配,程序执行流程,子程序,SUB2,7.2,.,第14页，共43页。,IN AX,n,OUT DX,AL,OUT,n,AX,OUT DX,AX,(4)陷阱（Trap）与陷阱指令,意外事故的中断,设置供用户使用的陷阱指令,如:8086 INT TYPE 软中断,提供给用户使用的陷阱指令，完成系统调用,5.输入输出,一般不提供给用户直接使用,在出现事故时，由 CPU 自动产生并执行（隐指令,）,IN AL,DX,IN AX,DX,入,端口地址,CPU,的,寄存器,出,CPU 的寄存器 端口地址,7.2,如:,如:,IN AL,n,OUT,n,AL,第15页，共43页。,7.3 寻 址 方 式,寻址方式,确定,本条指令,的,操作数地址,下一条,欲执行,指令,的,指令地址,指令寻址,数据寻址,寻址方式,第16页，共43页。,一、指令寻址,顺序,(PC)+1 PC,跳跃,由转移指令指出,LDA 1000,ADD 1001,DEC 1200,JMP 7,LDA 2000,SUB 2001,INC,STA 2500,LDA 1100,.,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,PC,+1,指令地址寻址方式,指令地址,指令,顺序寻址,1,顺序寻址,2,顺序寻址,3,跳跃寻址,7,顺序寻址,8,第17页，共43页。,二、数据寻址,形式地址,指令字中的地址,有效地址,操作数的真实地址,约定,指令字长=存储字长=机器字长,1.立即寻址,指令执行阶段不访存,A 的位数限制了立即数的范围,形式地址,A,操作码,寻址特征,OP,#,A,立即寻址特征,立即数,可正可负,补码,形式地址 A 就是操作数,7.3,第18页，共43页。,2.直接寻址,EA=A,操作数,主存,寻址特征,LDA,A,A,ACC,执行阶段访问一次存储器,A 的位数决定了该指令操作数的寻址范围,操作数的地址不易修改（必须修改,A,）,有效地址由形式地址直接给出,7.3,第19页，共43页。,3.隐含寻址,操作数地址隐含在操作码中,ADD,A,操作数,主,存,寻址特征,A,ACC,暂存,ALU,另一个操作数,隐含在 ACC 中,如:8086,MUL 指令,被乘数隐含在 AX（16位）或 AL（8位）,中,MOVS 指令,源操作数的地址隐含在 SI 中,目的操作数的地址隐含在 DI 中,指令字中少了一个地址字段，可缩短指令字长,7.3,第20页，共43页。,4.间接寻址,EA=,（A）,有效地址由形式地址间接提供,OP,A,寻址特征,A,EA,主,存,EA,A,1,EA,A,1,主存,EA,1,0,执行指令阶段 2 次访存,可扩大寻址范围,便于编制程序,OP,A,寻址特征,A,一次间址,多次间址,操作,数,操作数,多次访存,7.3,第21页，共43页。,子程序,主程序,80,81,201,202,调用子程序,调用子程序,间接寻址编程举例,(A)=81,(A)=202,间址特征,7.3,JMP,A,第22页，共43页。,5.寄存器寻址,EA=R,i,执行阶段不访存，只访问寄存器，执行速度快,OP,R,i,寻址特征,寄存器个数有限，可缩短指令字长,操作数,R,0,R,i,R,n,寄存器,有效地址即为寄存器编号,7.3,第23页，共43页。,EA=(R,i,),6.寄存器间接寻址,有效地址在寄存器中，操作数在存储器中，执行阶段访存,操作数,主存,OP,R,i,寻址特征,便于编制循环程序,地址,R,0,R,i,R,n,寄存器,有效地址在寄存器中,7.3,第24页，共43页。,7.基址寻址,(1)采用专用寄存器作基址寄存器,EA=(BR)+A,BR 为基址寄存器,OP,A,操作数,主存,寻址特征,ALU,BR,可扩大寻址范围,有利于多道程序,BR 内容由操作系统或管理程序确定,在程序的执行过程中 BR 内容不变，形式地址 A 可变,7