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第4章 指令系统 4.1指令的基本格式 1 CPU (1)CPU是计算机的心脏,用来实现程序控制功能(自动从内存中读入指令和自动执行指令) (2)CPU内部结构 1 CPU (3)CPU的工作流程 例如:计算4+5的值 2 指令 电脑每做的一次动作,一个步骤,都是按照已经用计算机语言编好的程序来执行的。 程序是计算机要执行的指令的集合。 什么是指令? 2 指令 例如,让计算机计算一个梯形的面积,操作步骤如下: 2 指令 (1)指令是计算机能够识别和执行的操作命令。 (2)在指令执行过程中,要求每个部件所完成的基本操作称为微操作。 (3)能够完成一定处理任务的指令序列就是计算机程序。 2 指令 1) 由0和1组成的二进制码。 2) 能为计算机识别并执行。 3) 依赖于某一类型的机器。 不同类型的CPU都有自己特有的、一定数量的基本指令。 3 指令系统 (1)一台计算机或一个计算机系统能够执行的各种指令的集合,称为计算机的指令系统。 (2)指令系统特性 1) 完备性:指令丰富,功能齐全,使用方便。 2) 有效性:程序占空间小,执行速度快。 3) 规整性:对称性、匀齐性,指令和数据格式的一致性。 4) 兼容性:系列机软件向上兼容 3 指令系统 复杂指令系统计算机,简称CISC。但是如此庞大的指令系统不但使计算机的研制周期变长,难以保证正确性,不易调试维护,而且由于采用了大量使用频率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费。 精简指令系统计算机:简称RISC,人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机。 4 指令格式 指令格式:用二进制代码表示指令的结构形式。 操作码表示操作的性质和功能。 地址码表示指令操作的对象,地址码的位数表示了直接访问的最大存储空间。 5 指令格式分类 6 三地址指令 7 二地址指令 ADD (A1), (A2); 8 一地址指令 9 零地址指令 操作码(OP)与地址码(AC): 指令系统中每一条指令对应一个操作码; 操作码的位数取决于指令系统的规模; 地址码包括被操作数,操作数,操作结果 10 指令长度 指令长度=操作码长度+地址码长度 指令长度与功能 长度越长, 表达的意义越多, 功能越强; 长度越短, 则表达的意义越少, 功能越弱; 指令长度与复杂性 长度越长, 表达的意义越多, 硬件越复杂; 长度越短, 则表达的意义越少, 硬件越简单; 指令长度与速度 ?从单条指令的角度:长度越长, 读出该指令所花的时间越长 ?从系统的角度:指令长度仅是影响速度的因素之一。系统速度与硬件复杂性、软件的长度、编译程序等若干因素有关。 11 操作码格式 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、减、乘、除、取数、存数等等。 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。 固定长度 优点:指令规整,译码简单 缺点:信息的冗余极大,使程序的总长度增加 可变长度 11 操作码格式 (1)定长操作码 定长操作码一般用于指令字较长的指令。让操作码的长度固定且集中地放在指令字的一个字段中。 若操作码固定为k位,它所能表示的操作最多是2k个。 11 操作码格式 (2)扩展操作码 操作码的长度可变,且分散地放在不同的字段中。 拓展 指令举例: * Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 标 志 寄存器 指令寄存器 数据暂存器 控制电路 指令译码器 地 址 寄存 器 指 令 指 针 寄存器 R1 R2 R3 R4 寄存器组 运 算 器 PC ALU CPU由运算器、控制器组成; CPU中还有若干个寄存器,用来保存等待处理的数据; Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 数据 结果 寄存器4 寄存器5 累加器9 加 控制单元 1.要处理的数据从RAM中取出,放到寄存器中 2.控制器发出信号,指明要进行的操作 3. 运算器执行操作,将结果存放到累加器中 4. 结果送回RAM 图1-32 CPU的运算过程 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. Evaluation only. Created wit
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