计算机指令系统 - 对外经济贸易大学教学辅助平台.ppt

第四章 计算机指令系统 对外经济贸易大学信息学院 第一节 指令系统 计算机指令 计算机的程序是由一系列机器指令组成的。 指令就是要计算机执行某种操作的命令。 第一节 指令系统 计算机指令集 一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。 第一节 指令系统 计算机指令系统类型 复杂指令计算机系统CISC 不断增加可实现复杂功能的指令和多种灵活的编址方式，甚至某些指令可支持高级语言语句归类后的复杂操作。一般CISC计算机所含的指令数目至少300条以上，有的甚至超过500条。 VAX11/780计算机有303条指令，18种寻址方式。Pentium机也有191条指令，9种寻址方式。 第一节 指令系统 RISC? 特点（采用流水线技术） 简单而统一格式的指令译码； 大部分指令可以单周期执行 只有LOAD/STORE可以访问存储器 简单的寻址方式 采用延迟转移技术 采用LOAD延迟技术 三地址指令格式 较多的寄存器 对称的指令格式 第一节 指令系统 精简指令MIPS 所有运算使用的数据都来自寄存器； 访问存储器的指令只有读存储器数据到寄存器和从寄存器写数据到存储器； 指令长度一致。 指令位数和执行周期都相同。 第一节 指令系统 计算机指令系统类型 CISC与RISC的比较 RISC 和CISC 各有优势，而且界限并不那么明显。现代的CPU 往往采用CISC 的外围，内部加入了RISC 的特性，如超长指令集CPU 就是融合了RISC 和CISC 的优势，成为未来的CPU 发展方向之一。 第一节 指令系统 指令系统的要求 完备性：完备性是指用汇编语言（机器指令）可以编写任何种程序。 有效性：有效性是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。 兼容性：系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用。 指令的表现形式是机器语言，机器语言一般通过汇编来书写。 第一节 指令系统 高级语言和低级语言 高级语言如C，Java等，其语句和用法与具体机器的指令系统无关。 低级语言分机器语言(二进制语言)和汇编语言(符号语言)，这两种语言都是面向机器的语言，它们和具体机器的指令系统密切相关。 第一节 指令系统 高级语言和低级语言比较 第一节 指令系统 指令的三种类型 ALU运算指令 无论是两个寄存器间的运算，还是一个寄存器和一个立即数间的运算，本质上都是两个寄存器间的运算，结果存入第三个寄存器； 存取数据指令 寄存器地址和存储器地址（间址或变址） 转移和跳转指令 无条件转移和条件转移 第一节 指令系统 指令的基本结构 指令由2部分组成：操作码和操作数 操作码 ——回答作什么 指令的操作码OP表示该指令应进行什么性质的操作，如进行加法、减法、乘法、除法、取数、存数等等。不同的指令用操作码的不同编码来表示，每一种编码代表一种指令。如00001表示加法，00010表示作减法运算。 第一节 指令系统 操作码 ： 组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。较大的指令系统就需要更多的位数来表示每条特定的指令 如IBM 370机，有183条指令；指令的操作码需要8位。 第一节 指令系统 指令的基本结构 指令由2部分组成：操作码和操作数 操作数——存放二进制数的寄存器或存储器 一般指令包括0—3个操作数（0，1，2，3），每个操作数是由寄存器名或地址数值组成（与寻址方式有关） 为存储、读写方便，指令选择字节的整数倍。 第一节 指令系统 编码方式 0操作数指令（只有操作码） 计算机重新启动指令reset 停机指令stop， halt，空操作 nop 指令格式为：操作码OP 1操作数（地址）指令 如自动“+1”、“-1”、“求反”，跳转 jmp 01 指令格式为：操作码OP 地址 第一节 指令系统 2操作数指令 一个存储单元的数加上另一个存储单元 add A，B，或add A，10或add A，(10) 指令格式 操作码OP 第一操作数A1 第二操作数A2 二地址指令在计算机中得到了广泛的应用，但是在使用时有一点必须注意：指令执行之后，A1中原存的内容已经被新的运算结果替换了。 第一节 指令系统 操作数类型 地址数据:存储器地址、寄存器地址，实际上都是一种形式的数据。 数值数据:计算机中使用的数值数据。 指令长度 指令字长度：一个指令字包含二进制代码的位数。 单字长指令 ，半字长指令 ，双字长指令 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数。 指令助记符 ——汇编语言 用3～4个英文字母来表示操作码，操作地址可以是部件名，也可以是数字地址。 必须用汇编语言翻译成二进制代码 才能工作 Pentium指令格式