第七章指令系统计算机组成原理解析.ppt

7.4 指令格式举例 一、设计指令格式时应考虑的各种因素 1. 指令系统的 兼容性 （向上兼容） 2. 其他因素 操作类型 数据类型 指令格式 包括指令个数及操作的难易程度 指令字长是否固定 寻址方式 寄存器个数 地址码位数、地址个数、寻址方式类型 操作码位数、是否采用扩展操作码技术， 确定哪些数据类型可参与操作 指令寻址、操作数寻址 寄存器的多少直接影响指令的执行时间 3. Intel 8086 (1) 指令字长 (2) 地址格式 1 ~ 6 个字节 MOV WORD PTR[0204], 0138H 6 字节 INC AX 1 字节 一地址 NOP 1 字节 CALL 段内调用 3 字节 零地址 5 字节 段间调用 寄存器 – 寄存器 寄存器 – 立即数 寄存器 – 存储器 ADD AX，BX 2 字节 ADD AX，[3048H] 4 字节 ADD AX，3048H 3 字节 二地址 CALL 例7.4 某机字长16位，存储器直接寻址空间为128字，变址时的位移量为-64~+63,16个通用寄存器均可作为变址寄存器。设计一套指令系统格式，满足下列寻址类型的要求： （1）直接寻址的二地址指令3条 （2）变址寻址的一地址指令6条 （3）寄存器寻址的二地址指令8条 （4）直接寻址的一地址指令12条 （5）零地址指令32条。 试问还有多少种代码未用。 例 7.5 设某机配有基址寄存器和变址寄存器，采用一地址格式的指令系统，允许直接和间接寻址，且指令字长、机器字长和存储字长都为16位。 （1）若采用单字长指令，共能完成105种操作，则指令可直接寻址的范围是多少？一次间接寻址的寻址范围是多少？画出其指令格式并说明各字段的含义？ （2）若存储字长不变，可采用什么方法直接访问容量为16MB的主存？ 例 7.6 某模型机共有64种操作，操作码位数固定，且具有以下特点 （1）采用一地址或二地址格式 （2）有寄存器寻址、直接寻址和相对寻址（位移量为-128~+127）三种寻址方式。 （3）有16个通用寄存器，算术运算和逻辑运算的操作数均在寄存器中，结果也在寄存器中。 （4）取数/存数指令在寄存器和存储器之间传送数据。 （5）存储器容量为1MB，按字节编址。 要求设计算逻指令，取数/存数指令和相对转移指令的格式，并简述理由。 例7.7 设某机共能完成110种操作，CPU有8个通用寄存器（16位），主存容量为4M字，采用寄存器-存储器型指令。 （1）欲使指令可直接访问主存的任一地址，指令字长应取多少为，画出指令格式。 （2）若在上述设计的指令字中设置一寻址特征位X，且X=1表示某个寄存器作基址寄存器，画出指令格式。试问基址寻址可否访问主存的任一单元？提出一种方案可以访问主存任一位置。 （3）若主存容量扩大到4G字，且存储字长等于指令字长，则在不改变上述硬件结构的前提下，可采用什么方法使指令可访问存储器的任一位置。 7.5 RISC 技 术 一、RISC 的产生和发展 80 — 20 规律 典型程序中 80% 的语句仅仅使 用处理机中 20% 的指令 执行频度高的简单指令，因复杂指令 的存在，执行速度无法提高 RISC（Reduced Instruction Set Computer） CISC（Complex Instruction Set Computer） —— RISC技术 能否用 20% 的简单指令组合不常用的 80% 的指令功能 ？ 二、RISC 的主要特征 选用使用频度较高的一些 简单指令， 复杂指令的功能由简单指令来组合 指令 长度固定、指令格式种类少、寻址方式少 只有 LOAD / STORE 指令访存 采用 流水技术 一个时钟周期 内完成一条指令 采用 组合逻辑 实现控制器 CPU 中有多个 通用 寄存器 采用 优化 的 编译 程序 三、CISC 的主要特征 系统指令 复杂庞大，各种指令使用频度相差大 指令 长度不固定、指令格式种类多、寻址方式多 访存 指令 不受限制 大多数指令需要 多个时钟周期 执行完毕 采用 微程序 控制器 CPU 中设有 专用寄存器 难以 用 优化编译 生成高效的目的代码 四、RISC和CISC 的比较 1. RISC更能 充分利用 VLSI 芯片的面积 2. RISC 更能 提高计算机运算速度 指令数、指令格式、寻址方式少，寄存器窗口重叠技术 通用 寄存器多，