第五章_指令系统(08本n).ppt

第五章 指令系统 名词解释： 指令系统：一台计算机能直接理解与执行的全部指令的集合称为该机的指令系统，也叫机器语言。指令系统是进行计算机逻辑设计和编制程序的基本依据。它直接说明了这台计算机的功能.不同类型CPU的指令系统是不能混用与兼容的，但同一系列的CPU一般升级后指令都有扩充，并可兼容。 复杂指令系统计算机（CISC)和精简指令系统计算机（RISC)。 5.2 指令格式 5.2.1 指令的结构 指令字：代表指令的一组二进制代码信息，通常简称指令；一条完整的指令称为一个指令字。 指令长度：指令字中二进制代码的位数； 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 指令字长度 计算机中CPU能直接处理的二进制的位数称为机器字长； 指令字长度：一个指令字包含的所有二进制代码的位数。有等长指令字结构和变长指令字结构。 ? 指令字长度选取原则 ? 指令长度应为存储器基本字长的整数倍 指令字长应尽量短 指令短，可减少所需存储量和加快运行速度，但不能为了使指令短而影响指令系统的完备性和规整性。 3、指令操作码的编码格式 指令操作码的位数限制指令系统中完成操作的指令条数。 固定格式操作码 操作码长度固定，一般集中于指令字的一个字段中。在字长较大的大中型以及超级小型机上广泛使用。 优点：有利于简化硬件设计，减少译码时间 可变格式操作码 通常在指令字中用一个固定长度的字段来表示基本的操作码，而对于一部分少地址指令则把它们的操作码扩充到该指令的地址字段，即操作码长度可以改变。 这种方法在不增加指令字长度的情况下可表示更多的指令，但增加了译码和分析难度，需更多硬件支持。微机中常使用此方式。 5.2.2 指令操作码的扩展技术 假设某机器的指令长度为16位，包括4位基本操作码和三个4位地址码段。 15 … 12 11 …… 8 7 …… 4 3 ….. 0 4位基本操作码可表示16个状态，因此如用 4位操作码则能表示16条三地址指令，而用8位操作码则可表示256条二地址指令。而用12位操作码则可表示4096条一地址指令。 可变格式操作码的指令示例2 同样情况下，如果需要三地址、二地址、一地址指令各15条、零地址指令16条，则一样能够采用可变格式操作码实现。例如可以这样规定： 15条三地址指令的操作码为：0000 ~ 1110 15条二地址指令的操作码为：前4位1111， 即 1111 0000 ~ 1111 1110 15条一地址指令的操作码为：前8位均为1， 即 0000 1110 16条零地址指令的操作码为：前12位均为1， 即 1111111111110000~1111111111111111 可变格式操作码的指令示例3 再如：同样情况下用可变格式操作码分别形成三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令15、14、31、16条。按要求得到结果之一如下 15条三地址为： 0000 ~ 1110 14条二地址为： 31条一地址为： 111111100000 ~111111111110 16条零地址为： 1111111111110000~1111111111111111 5.2.3 指令长度与机器字长的关系 机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它与计算机的功能和用途有很大的关系，是计算机的一个重要技术指标。 字长决定了计算机的运算精度，字长越长计算机的运算精度越高，因此高性能的计算机字长较长。 地址码长度决定了指令直接寻址能力。 扩大寻址能力的方法，一是通过增加机器字长来增加地址码的长度；二是采用地址扩展技术，把存储空间分成若干个段，用基地址加位移量的方法来增加地址码的长度。 指令字长度是指一个指令字中包含二进制代码的位数。 指令的长度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。指令的长度通常为字节的整数倍。 指令的长度与机器的字长没有固定的关系，它既可以小于或等于机器的字长,也可以大于机器的字长。前者称为短格式指令，后者称为长格式指令。 在Pentium系列机中，指令格式也是可变的：由8位、16位、32位、64位不等。 5.3 数据在内存中的存放格式 计算机中基本数据有逻辑数、定点数、无符号数、浮点数、字符数及数组等。 目前微机所用的数据(字)长度一般为32位， 4个字节。内存地址按字节编址。 计算机指令