计算机组成原理3.2.pptx

第3章 CPU子系统西南石油大学计算机科学学院主讲教师李 建联系电话02883032835E_mail：lijian2835@163.comSCS-SWPU第3章CPU子系统概 述3.13.2指令系统3.3CPU的基本模型重点3.4运算部件组合逻辑控制方式3.5难点微程序控制方式3.63.7CPU性能的提升技术3.4计算机组成原理 计算机中的信息表示计算机中的信息计算机处理的对象控制信息数据指令信息数值型数据非数值型数据 2009 SCS-SWPU计算机组成原理3.2 指令系统 指令：让计算机完成某种操作的命令 指令系统：一台计算机所能执行的全部指令 不同系列的计算机有不同的指令系统；指令越丰富功能越强，计算机结构越复杂 ；是用户编制程序的依据，设计一台计算机的基本出发点。 2009 SCS-SWPU计算机组成原理123指令的寻址方式指令的功能和类型指令的格式3.2 指令系统 2009 SCS-SWPU计算机组成原理3.2.1 指令格式1、指令中的基本信息 机器指令的基本格式 操作码：告诉计算机做什么或执行什么操作 （1）操作数或操作数地址 地址码 （2）存放运算结果的地址 （3）后继指令地址（常以隐含方式给出）显地址 和隐地址地址码结构提高计算机性能为目的操作码结构 2009 SCS-SWPU计算机组成原理（A4）→PC2.3.1 指令格式—2、指令中的地址结构(0) 四地址指令其中: Ai表示地址,可以是寄存器号，也可以是 主存单元的地址码； (Ai)表示存放于该地址的内容; A4明确表示下条将要执行指令的地址; A4常隐含给出，四地址指令很少采用. 2009 SCS-SWPU计算机组成原理2.3.1 指令格式—2、指令中的地址结构(1) 三地址指令 特点: 若A1、A2、A3为内存地址 则执行该指令需要访问４次主存。 根据PC的内容，取指令； 根据指令中的A1取操作数； 根据指令中的A2取操作数； ALU运算结果，然后将结果保存到A3。 2009 SCS-SWPU计算机组成原理2.3.1 指令格式—2、指令中的地址结构(2) 二地址指令 OP A1 A2指令的功能：（A1）OP(A2) = A1 (PC)+n = PC 其中: A1为目的操作数地址，A2为源操作数地址。 二地址指令执行之后，A1原存的内容被破坏了。 2009 SCS-SWPU计算机组成原理2.3.1 指令格式—2、指令中的地址结构(3) 一地址指令 OP A①单操作数指令指令的功能：OP(A) = A (PC)+n = PC②双操作数指令指令的功能：（ACC）OP(A) = ACC (PC)+n = PC其中: Acc是累加寄存器( 隐地址 ) 2009 SCS-SWPU计算机组成原理2.3.1 指令格式—2、指令中的地址结构1、显地址数多，指令长，所需 存储空间大，读取时间长2、显地址数少，地址选择受限制(4） 零地址指令 OP①不需要操作数的指令如：HLT、NOP②单操作数的指令指令的功能： OP(ACC) = ACC?堆栈中的操作数（“先进后出” 存储区）操作: PUSH 、POPSP（堆栈指针）: 给出栈顶单元地址 2009 SCS-SWPU计算机组成原理3.2.1 指令格式—3、操作码结构指令的操作码结构操作码的位数决定指令种类的多少固定长度操作码操作码的编码可变长度操作码 2009 SCS-SWPU计算机组成原理 操作码 地址码3.2.1 指令格式—3、操作码结构(1) 固定长度操作码操作码位数和位置是固定的多用于指令较长或可变字长指令格式设字长为32位的计算机，用第一个字节表示操作码3个字节一个字节 该格式，能提供多少条指令？ 特点: 读取和识别指令简单，译码简单、迅速。 2009 SCS-SWPU计算机组成原理 操作码 地址码3.2.1 指令格式—3、操作码结构(2) 可变长度操作码又称为扩展操作码操作码扩展技术：操作码扩展到地址码N位 32-N位地址部分位数较多时，让操作码的尾数少些地址部分位数较少时，让操作码的位数增加，以增加指令种类特点：操作码字段的位数和位置不固定将增加指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。 2009 SCS-SWPU计算机组成原理opXYZ3.2.1 指令格式—3、操作码结构例3-1设某指令系统的指令字长为16位，最多可给出三个地址段： X、Y、Z，每个地址字段占4位， 设计一种扩展操作码的方案： 0000 XXXXXXXX XXXX 15条三地址指令（４位操作码） … 1110 XXX