计算机组成原理（修订版） 教学课件 作者 竺士蒙 主编 柳 祎 副主编 10.PPT

1、指令系统的发展 1.1、什么是指令和指令系统 指令即机器语言指令，用一串二进制代码表示。 机器语言程序是由机器指令组成的，每一条机器指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。 1.2、对指令系统性能的要求 指令系统的设计是计算机硬件系统设计的核心。 完备性（多不多？？？） 最基本的指令往往不多，许多指令可用基本指令编程来实现(如浮点运算指令，还可用硬件浮点运算处理器来实现）。 1.3、低级语言与硬件结构的关系 低级语言包括机器语言和汇编语言，它们依赖于指令系统和计算机硬件结构，虽然系列机有相同的基本指令集，软件向上兼容，但用低级语言编写的程序不能在不同系列的机器上运行。 2、指令格式 2.1、操作码和操作数 机器指令是一串二进制码，分成两部分：操作码部分和操作数部分, 一条指令只有一个操作码，但可以没有操作数(操作数也称为地址码)，也可以有一个或一个以上的操作数。 2.2、指令字长度 一条二进制指令(也称为指令字)中包含的二进制代码的位数，称为指令字长度。指令字长度等于机器字长度的指令，称为单字长指令，指令字长度等于两个机器字长度的指令，称为双字长指令(机器字长是计算机直接处理的二进制数据的位数)。 2.3、指令助记符 机器指令是一串二进制码，用它来书写程序很麻烦，习惯上，我们用指令助记符即汇编语言来书写程序。 2.4、指令格式举例 指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析指令格式的特点。 课堂练习： 指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析指令格式的特点。 作业1：作业2：预习4.2、4.3 * 第四章 指令系统 1、指令系统的发展 2、指令格式 要点 第4章 指令系统 一台计算机中所有机器指令的集合，称这台计算机的指令系统。 指令系统跟计算机有关，其格式和功能直接影响计算机的硬件，也影响计算机的软件。 60年代后期出现系列计算机。指令系统相同，硬件体系结构相同，它有多种型号机，但软件兼容。 70年代未期出现复杂指令系统计算机CISC和精简指令系统计算机RISC。 有效性（快不快？？？） 编的程序能高效地运行，速度快，占用内存少。 规整性（好用吗？？？） 对称性，一致性。指令长度和数据长度是字节长度的倍数，所有指令都可使用各种寻址方式，每种操作性质的指令可支持各种数据类型等等。 兼容性（兼容吗？？？） 系列机具有相同的基本指令集，软件向上兼容，低档机上运行的软件可以在高档机上运行。 高级语言与计算机的硬件结构及指令系统无关，这是优点也是缺点。 操作码部分 操作数部分 假若某条机器指令的操作码部分是001，我们说该指令系统操作码的位数是3位(每条机器指令的操作码位数是相同的)，最多只有8条机器指令。如果指令系统有32条指令，就要有5位操作码，如果指令系统有100条指令，就要7位操作码(一个包含n位的操作码，最多能够表示2**n 条指令) 操作码 操作码 A1 操作码 A1 A2 操作码 A1 A2 …　　　　An 无操作数指令 双操作数指令 单操作数指令 多操作数指令 图4.2 指令格式的分类 零地址指令较少，例如停机指令就不需要操作数。 一地址指令中，通常，运算器中的累加器是另一个操作数，操作结果放在累加器中。 操作数可以在内存单元中（用S表示），也可以在寄存器中（用R表示）。 在二地址指令中，操作数有存储器-存储器(SS)、寄存器-寄存器(RR)、寄存器-存储器(RS)型三种，当然，RR型指令执行速度最快。 指令系统中，如果所有指令的长度是相等的，称为等长指令字结构，否则就称为变长指令结构。 例如一条二进制的机器指令: 0 110 000 010 000 001 用指令助记符表示为: ADD 2,1 ADD表示加法运算，和英语习惯一致，表示2号寄存器的内容加上1号寄存器的内容，结果放在1号寄存器中。 CPU能直接识别处理二进制的机器指令，不能识别处理指令助记符，需要借助于软件汇编语言处理程序来把它转换成二进制的机器语言。 15 9 7 4 3 0 （1）单字长二地址指令 （2）操作码7位，最多可有128条指令 （3）两个操作数都是寄存器，RR型指令，源寄存器和目和寄存器共有16个通用寄存器。 15 11 10 8 7 4 3