计算机组织与结构-第二章第一讲-short.ppt

2.1节学习目标 1、理解指令中应包含的信息。 2、掌握常用的指令及指令格式。 3、深入理解常用的寻址方法及 其用途。 一、程序是若干条指令的有序集合。 二、指令就是要计算机执行某种操作的命令。 三、从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。 ??? 表示一条指令的机器字，就称为指令字，通常简称指令。表明计算机的一个基本操作。 指令格式是指令字用二进制代码表示的结构形式。 一条指令的结构可用如下形式来表示： 操作码字段 地址码字段 指令的格式 指令的组成 操作码字段(field) －－标明计算机要执行什么操作 操作数字段 －－指出指令在执行过程中所需要的 操作数（值为多少 或者放在什么地方），以及操作结果送到哪里 定长指令：结构和控制简单。 半字长、单字长、双字长、多字长 变长指令：指令类型不同，长度不同。结构灵活，可提高编码效率，但控制比较复杂。 2.1.1 地址码格式 1、零地址指令 OP OP 例：NOP 从操作数的物理位置来看，二地址指令格式中，又分为三种类型： 存储器—存储器型指令：访问内存的指令格式 寄存器—寄存器型指令：访问寄存器的指令格式 寄存器—存储器型指令：既要访问内存单元，又要访问寄存器 2.1.2 操作码格式 2、扩展操作码：  例2-2 设某台计算机有100条指令，(1) 采用固定长度操作码编码，试设计其操作码的编码。(2) 假如这100条指令中有10条指令的使用概率达到90%，其余90条指令的使用概率为10%。试采用不等长编码设计操作码。 解： (1)固定长度操作码编码:需7位操作码。 100个代码作为100条指令指令操作码即 0000000 指令0的操作码 0000001 指令1的操作码 … 1100011 指令99的操作码 剩下28个代码可用于增加新指令。 1100100 … 1111111 解： ⑵ 可变长度操作码编码 10条指令:需4位操作码编码 0000 指令0的操作码 … 1001 指令9的操作码 90条指令:需8位操作码编码 （160） … （249） 例2-3 若某计算机要求指令字长为16位,每个地址码长为4位，指令形式如下：三地址指令12条，二地址指令60条，零地址指令16条(不要求有单地址指令)。 试用扩展操作码为其编码。 解： 三地址指令（ 12条） 地址码字段：12位。操作码：4位 指令的操作码分别为 0000、0001、0010、…、1011。 双地址指令（ 60条） 地址码字段：8位。操作码：8位（扩展4位） 指令的操作码分别为 1100 0000～1111 1011 零地址指令（16条） 地址码字段：0位。操作码：16位 1111 1100 0000 0000～1111 1100 0000 1111。 例2-4 若某计算机要求有如下形式的指令：三地址指令4条，单地址指令254条，零地址指令16条(不要求有二地址指令)。设指令字长为12位，每个地址码长为3位，试用扩展操作码为其编码。 解：在三地址指令中三个地址字段占3×3 = 9位。剩下12-9=3位作为操作码，四条指令的操作码分别为000、001、010、011。 在单地址指令中，操作码可以扩展到12-3=9位，其中前3位的代码是上述四个操作码以外的4个编码，即首位为1。编码范围是1xxxxxxxx。共有28=256个编码，取其前254个，100000000～111111101。剩下2个作为扩展用。 对于零地址指令，全部12位指令代码都是操作码，其中前9位剩下2个编码与后3位的8个编码正好构成16个操作码。 三种指令的编码结果： 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，减少程序的总位数以及增加指令字所能表示的操作信息。 但扩展操作码比固定操作码译码复杂，使控制器的设计难度增大，且需更多的硬件来支持。 指令跳转寻址方式，可以实现程序转移或构成循环程序，从而缩短程序长度，或将某些程序作为公共程序引用。 指令系统中的各种条件转移或无条件转移指令，就是为了实现指令的跳转寻址而设置的。 《计算机组织与结构》——2.2寻址方式 《计算机组织与结构》——2.2寻址方式 《计算机组织与结构》——2.2寻址方式 《计算机组织与结构》——2.2寻址方式 《计算机组织与结构》——2.2寻址方式 《计算机组织与结构