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指令系统_zhaojie.ppt

指令系统_zhaojie

zhaojie1228
2011-11-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《指令系统_zhaojieppt》,可适用于高等教育领域

第七章指令系统第七章指令系统机器指令操作数类型和操作类型寻址方式指令格式举例RISC技术学习目标学习目标、理解指令中应包含的信息。、掌握常用的指令及指令格式。、深入理解常用的寻址方法及其用途。、了解常见指令的种类和功能。重点:指令格式及各字段作用寻址方式及其EA计算过程难点:指令字长变化对寻址、存储方式的影响区别各寻址方式机器指令机器指令一、指令系统及其发展一台计算机所能执行的全部机器指令的集合称为该机的指令系统。指令系统是程序员编制程序的基础用各种高级语言编写的程序需通过编译转换为机器可以识别与执行的指令序列。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构也直接影响到系统软件影响到机器的适用范围。指令系统的发展:年代:指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令。年代:增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令指令数目多达一二百条寻址方式也趋多样化。年代后期开始出现系列计算机(指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机)年代末:大多数计算机的指令系统多达几百条。复杂指令系统计算机(CISC)→精简指令系统计算机(RISC)二、指令的一般格式操作码机器做什么()长度固定()长度可变用于指令字长较长的情况如IBM操作码位操作码分散在指令字的不同字段中机器对谁操作(其长度反映指令条数:=种操作)()扩展操作码技术操作码的位数随地址数的减少而增加位操作码位操作码位操作码位操作码条三地址指令条二地址指令条一地址指令条零地址指令例题:P例地址码()四地址()三地址A第一操作数地址A第二操作数地址A结果的地址A下一条指令地址若PC代替A则可以扩大寻址范围地址次访存(取数、存数、取指)次访存寻址范围=寻址范围=若A用A或A代替则可以扩大寻址范围地址()二地址或次访存若ACC代替A(或A)则可以扩大寻址范围地址若结果存于ACC()一地址()零地址无地址码指令不需要有操作数次访存寻址范围=K寻址范围=M则次访存三、指令字长指令字长决定于操作码的长度指令字长=存储字长指令字长可变操作数地址的长度操作数地址的个数指令字长固定按字节的倍数变化小结: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如: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OPR,R,R二地址OPR,R一地址OPR指令执行阶段不访存可缩短指令字长操作数类型和操作种类操作数类型和操作种类一、操作数类型无符号整数定点数、浮点数、十进制数ASCII、BCD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、两种字地址(门牌号)表示法:、存储器中数据存放两种方式:(存储字长为例)三、操作类型数据传送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“”清“”算术逻辑操作加、减、乘、除、增、减、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MOVESTORELOADMOVEPUSHPOP例如MOVEMOVEADDSUBMULDIVINCDECCMPNEGAAAAASAAMAADANDORNOTXORTEST移位操作算术移位转移()无条件转移JMP()条件转移结果为零转(Z=)JZ结果溢出转(O=)JO结果有进位转(C=)JC跳过一条指令SKP循环移位(带进位和不带进位)如逻辑移位完成触发器()调用和返回CALLSUBCALLSUBCALLSUBRETURNRETURN注解:子程序可以多处被调用允许嵌套CALLRETURN配套用返回地址存于R、入口、栈顶INAX,nOUTDX,ALOUTn,AXOUTDX,AX()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INTTYPE软中断提供给用户使用的陷阱指令完成系统调用输入输出INAL,DXINAX,DX如:如:INAL,nOUTn,AL其它:WAITSTOPNOPSET……寻址方式寻址方式寻址方式指: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的方法寻址方式分类:立即寻址直接寻址隐含寻址间接寻址寄存器寻址寄存器间接寻址基址寻址变址寻址相对寻址堆栈寻址寻址方式寻址方式一、指令寻址顺序跳跃由转移指令指出二、数据寻址形式地址指令字中的地址A有效地址操作数的真实地址EA下面约定:指令字长=存储字长=机器字长立即寻址指令执行阶段不访存取出指令就获得操作数A的位数限制了立即数的范围可正可负(补码)形式地址A就是操作数寻址特征各种寻址标志如表示直接寻址直接寻址EA=A寻址特征AACC不需要专门计算操作数地址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)形式地址就是有效地址形式地址的数就是操作数执行阶段访问一次存储器隐含寻址操作数地址隐含在操作码中寻址特征AACC暂存另一个操作数隐含在ACC中如MUL指令被乘数隐含在AX(位)或AL(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间接寻址EA=(A)形式地址内的数是操作数的有效地址寻址特征AEAAEA执行指令阶段次访存可扩大寻址范围便于编制程序寻址特征A一次间址多次间址操作数操作数多次访存…………转子程序转子程序间接寻址编程举例:(A)=(A)=间址特征JMPA寄存器寻址EA=Ri执行阶段不访存只访问寄存器执行速度快寻址特征寄存器个数有限可缩短指令字长有效地址即为寄存器编号操作数在该寄存器中。EA=(Ri)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寻址特征便于编制循环程序寄存器中仅是操作数的有效地址基址寻址()采用专用寄存器作基址寄存器EA=(BR)ABR为基址寄存器隐式寻址特征可扩大寻址范围便于程序搬家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EA()采用通用寄存器作基址寄存器寻址特征R作基址寄存器显式由用户指定哪个通用寄存器作为基址寄存器基址寄存器的内容由操作系统确定在程序的执行过程中R内容不变形式地址A可变EA变址寻址EA=(IX)A寻址特征可扩大寻址范围便于处理数组问题IX的内容由用户给定IX为变址寄存器(专用)在程序的执行过程中IX内容可变形式地址A不变通用寄存器也可以作为变址寄存器EA基址寻址与变址寻址的区别基址寻址与变址寻址的区别都有一个寄存器基址寻址时寄存器中的内容由操作系统指定是不可变的。但形式地址A可变。变址寻址时寄存器中的内容由用户指定是可变的。但形式地址A不可变例设数据块首地址为D求N个数的平均值直接寻址变址寻址LDADADDDADDD……ADDD(N)DIV#NSTAANSLDA#LDX#INXCPX#NBNEMDIV#NSTAANS共N条指令共条指令X为变址寄存器D为形式地址(X)和#N比较结果不为零则转相对寻址EA=(PC)AA是相对于当前指令的位移量(可正可负补码)A的位数决定操作数的寻址范围程序浮动广泛用于转移指令操作数寻址特征相对距离AEA()相对寻址举例M随程序所在存储空间的位置不同而不同EA=(M)–=M()按字节寻址的相对寻址举例JMP*设当前指令地址PC=H转移后的目的地址为H因为取出JMP*后PC=H二字节指令故JMP*指令的第二字节为HH=H堆栈寻址()堆栈的特点堆栈多个寄存器形成一个堆栈指定的一段连续存储空间先进后出(一个入出口)栈顶地址由SP指出–FFFHHFFFHH()堆栈寻址举例PUSHA前PUSHA后POPA前POPA后()SP的修改与主存编址方法有关①按字编址进栈出栈②按字节编址存储字长位进栈出栈存储字长位进栈出栈指令格式举例指令格式举例一、设计指令格式时应考虑的各种因素指令系统的兼容性(向上兼容)其他因素操作类型数据类型指令格式包括指令个数及操作的难易程度指令字长、操作码位数寻址方式寄存器个数地址码位数、地址个数寻址方式、是否采用扩展操作码二、指令格式举例PDP–指令字长固定位年,美国数字设备公司推出第一台小型机PDP–指令字长有位、位、位三种零地址(位)一地址(位)扩展操作码技术PDP系列机型顶峰IBM第一种采用集成电路(小规模)芯片的主流机型Intel()指令字长()地址格式~个字节MOVWORDPTR,H字节INCAX字节一地址NOP字节CALL零地址寄存器寄存器寄存器立即数寄存器存储器ADDAXBX字节ADDAXH字节ADDAXH字节二地址CALLRISC技术RISC技术一、RISC的产生和发展规律典型程序中的语句仅仅使用处理机中的指令执行频度高的简单指令因复杂指令的存在执行速度无法提高RISC(ReducedInstructionSetComputer)CISC(ComplexInstructionSetComputer)RISC技术二、RISC的主要特征选用使用频率较高的一些简单指令复杂指令的功能由简单指令来组合指令长度固定指令格式种类少寻址方式少只有LOADSTORE指令访存流水技术一个时钟周期内完成一条指令组合逻辑实现控制器多个通用寄存器采用优化的编译程序PPPP

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