《计算机组成原理指令系统.ppt

本章学习内容 4.1 指令格式 4.2 寻址技术 4.3 堆栈与堆栈操作 4.4 指令类型 本章学习要求 理解：指令的基本格式以及不同地址码（3、2、1、0地址）的双操作数指令的区别 理解：规整型指令和非规整型指令的特点 掌握：扩展操作码的方法 理解：编址单位和指令中地址码的位数与主存容量、最小寻址单位的关系 掌握：基本的数据寻址方式和有效地址EA的计算方法 掌握：自底向上的存储器堆栈的概念及堆栈的进、出栈操作 理解：常用指令的特点 完备性： 完备性是指用汇编语言编写各种程序时，指令系统直接提供的指令足够使用，而不必用软件来实现。 完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。一台计算机中最基本、必不可少的指令是不多的。许多指令可用最基本的指令编程来实现。 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。 高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。一般来说，一个功能更强、更完善的指令系统，必定有更好的有效性。 规整性： 规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。 对称性是指：在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式； 匀齐性是指：一种操作性质的指令可以支持各种数据类型，如算术运算指令可支持字节、字、双字整数的运算，十进制数运算和单、双精度浮点数运算等；指令格式和数据格式的一致性是指：指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取。例如指令长度和数据长度通常是字节长度的整数倍。 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。 但由于不同机种推出的时间不同，在结构和性能上有差异，做到所有软件都完全兼容是不可能的，只能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。 4.1 指令格式 一台计算机指令格式的选择和确定要涉及多方面的因素，如指令长度、地址码结构以及操作码结构等，是一个很复杂的问题，它与计算机系统结构、数据表示方法、指令功能设计等都密切相关。 4.1.1 机器指令的基本格式 一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。 1.四地址指令 (A1)OP(A2)→A3 A4＝下条将要执行指令的地址 其中：Ai表示地址，(Ai)表示存放于该地址中的内容。 2.三地址指令 (A1)OP(A2)→A3 (PC)+1→PC（隐含） 执行一条三地址的双操作数运算指令，至少需要访问？次主存。 第一次取指令本身，第二次取被操作数，第三次取操作数，第四次保存运算结果。 3.二地址指令 (A1)OP(A2)→A1 (PC)+1→PC（隐含） 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，目的操作数地址中原存的内容已被破坏了。 执行一条二地址的双操作数运算指令，至少需要访问？次主存。 4.一地址指令 (Acc)OP(A1)→Acc (PC)+1→PC（隐含） 执行一条一地址的双操作数运算指令，只需要访问？次主存。 第一次取指令本身，第二次取操作数。被操作数和运算结果都放在累加寄存器中，所以读取和存入都不需要访问主存。 5.零地址指令 零地址的算逻类指令是用在堆栈计算机中的，堆栈计算机没有一般计算机中必备的通用寄存器，因此堆栈就成为提供操作数和保存运算结果的唯一场所。 通常，参加算逻运算的两个操作数隐含地从堆栈顶部弹出，送到运算器中进行运算，运算的结果再隐含地压入堆栈。 不同地址数指令的特点和适用场合 对于同一个问题，用三地址指令编写的程序最短，但指令长度最长，而用二、一、零地址指令来编写程序，程序的长度一个比一个长，但指令的长度一个比一个短。 4.2 寻址技术 所谓寻址，指的是寻找操作数的地址或下一条将要执行的指令地址。寻址技术包括编址方式和寻址方式。 EXP 设相对寻址的转移指令占3个字节，第一个字节为操作码，第二、三字节为相对位移量（补码表示）