指令系统.ppt

第六章 指令系统 6.1 指令格式 一、指令操作码与地址码 指令是由操作码和地址码两部分组成的: 一、指令操作码与地址码 1、操作码 操作码长度固定：将操作码集中放在指令字的一个字段内。 这种格式便于硬件设计，指令译码时间短，广泛应用于字长较长的、大中型计算机和超级小型计算机以及RISC（Reduced Instruction Set Computer）中。如IBM370和VAX-11系列机，操作码长度均为8位。 操作码长度不固定：指令操作码分散在指令字的不同字段中。 这种格式可有效地压缩操作码的平均长度，在字长较短的微机中被广泛采用。如PDP-11，Intel8086/80386等。 2、地址码 （1）三地址指令： （A1）OP（A2）→A3 2、按照地址码分类 （4）零地址指令 不涉及操作数：如NOP、HLT指令 操作数隐含：如PUSH、POP指令 对于寄存器类型的操作数，地址A指寄存器编号。 3、操作数类型 按照指令处理的操作数存放位置分： 存储器类型：操作数存放在主存中，A为其地址信息 寄存器类型：操作数存放在CPU的通用寄存器中，A为寄存器号 立即数类型：操作数存放在指令（地址字段）中 按照指令处理的操作数性质分： 地址（addresses）：存储器地址，是无符号整数。 数字（numbers）：整数、浮点数、十进制数。 字符（characters） 逻辑数据：真假两种状态 二、指令字长和操作码扩展 1、指令字长度 机器指令是用二进制机器字来表示的，表示一条指令的机器字，就称为指令字。一条指令中所包含的二进制码的位数，称为指令字长度或指令字长。它主要取决于操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。不同机器的指令字长是不相同的。 按指令长度固定与否可以分为： 固定指令字长的指令：所有指令的字长均相等，一般等于机器字长。 可变指令字长的指令：指令字长不固定，通常取字节的整数倍。 1、指令字长度 按照指令字长与机器字长的关系分类： 短格式指令：指令字长小于或等于机器字长。 长格式指令：指令字长大于机器字长。 一个机器的指令系统中，短格式指令和长格式指令可以并存，通常将最常用的指令设计成短格式指令，可以节省存储空间、提高指令的执行速度。 2、指令操作码扩展 固定操作码长度的格式和可变操作码长度格式 在设计操作码不固定的指令系统时，应安排指令使用频度高的指令占用短的操作码，对使用频度低的指令可占用较长的操作码，这样可以缩短经常使用的指令的译码时间。 采用扩展操作码技术，使操作码的长度随地址数的减少而增加，即不同地址数的指令可以具有不同长度的操作码，从而可以有效地缩短指令字长。指令操作码扩展技术是一种重要的指令优化技术，它可以缩短指令的平均长度，增加指令字所能表示的操作信息。但指令操作码扩展技术需要更多的硬件支持，它的指令译码更加复杂，使控制器设计难度增大。 举例 6.2 寻址方式 一、指令寻址 1、顺序寻址方式 控制器中使用程序计数器PC来指示指令在内存中的地址。在程序顺序执行时，指令的地址码由PC自加1得出。 指令在内存中按顺序存放，当顺序执行一段程序时，根据PC从存储器取出当前指令， PC自动＋1，然后执行这条指令；接着又根据PC指示从存储器取出下一条指令， PC自动＋1， 执行……。 2、跳跃寻址方式 当程序执行转移指令时，程序不再顺序执行，而是跳转到另一个地址去执行，此时，由该条转移指令的地址码字段可以得到新指令地址，然后将其置入PC中。 二、数据寻址 指令的地址码字段，通常都不代表操作数的真实地址，把它称作形式地址，记为A。操作数的真实地址称为有效地址，记作EA，它是由寻址方式和形式地址共同来确定的。 二、数据寻址 1、立即寻址(Immediate Addressing） 操作数在指令的地址码字段，即： DATA＝A 例如： MOV AL, 5 MOV AX, 3064H MOV AL, ‘A’ 2．直接寻址(Direct Addressing) 操作数位于存储器中，操作数所在的存储器单元的地址存放在指令的地址字段A中，即： DATA＝（EA） EA=A 3、间接寻址( Indirect Addressing ) 操作数位于存储器中，操作数所在的存储器单元地址也存放在存储器中，该存储器地址则存放在指令的地址字段中，即： DATA＝（EA） EA=（A） 即：A为操作数地址的地址 4、寄存器寻址方式 ( Register Addressing ) 操作数位于寄存器中，操作数所在的寄存器编号存放在指令的地址字段A中，即： DATA＝（Ri） MOV AX, BX MOV AL, BH 5、寄存器间接寻址方式 操作数位于存储器中，操作数所在的存储器地址存放在寄存器中，而该寄存器编号存放在指令的地址字