计算机组成原理-第11讲(第4章)解析.ppt

第四章 指令系统 4.1指令的发展与性能要求 硬件 计算机系统 软件 指令系统的性能要求 完善的计算机的指令系统应具备： 4.2指令格式 操作码 操作数地址 操作结果的存储地址 下一条指令的地址 指令格式 指令格式 指令中的地址码 指令中的地址码 三地址指令 指令中含有三个操作数（地址码）。 指令中的地址码 二地址指令 指令中包含一个操作码和两个地址码。 也称为双操作数指令。 指令中的地址码 一地址指令 顾名思义，指令中只有一个操作码和一个地址码。 指令中给出的一个地址既是操作数的地址，又是操作结果 的存储地址。如加1、减1、移位等单操作数指令。也称为单操作数指令。 操作形式：OP(A)→A 或者: (AC) OP (A) →A 指令中的地址码 零地址指令 指令中只有一个操作码，而无地址码。 这种指令有两种可能： （1）无需任何操作数。如空操作指令，停机指令等。 （2）所需的操作数是默认的：某些堆栈操作指令。 指令助记符 纯二进制表示，记忆麻烦。 用英文单词来表示相应功能的指令，这些英文单词称为指令助记符。 指令助记符 机器字长与指令字长的关系 机器字长与指令字长的关系 地址个数对程序和指令长度的影响 4.3指令码的扩展 指令操作码的长度决定了指令系统中完成不同操作的指令条数。设操作码有n位， 则指令条数最多为2n条 可变格式一：Huffman编码 问题的提出 某机器的指令长度为16位，包括4位基本操作码和三个4位地址字段。 若三地址指令仅需15条，两地址指令需15条，一地址指令需15条，零地址指令需16条，共61条指令，应如何安排操作码？ 可能性 若指令长度固定，地址码个数不同，操作码的长度也不同。 例如：某机器的指令长度为16位，包括4位基本操作码和三个4位地址字段。 若三地址指令仅需15条，两地址指令需15条，一地址指令需15条，零地址指令需16条，共61条指令，应如何安排操作码？ 实例 实际的机器中，比较成功的为B-1700机，该机指令的操作码字段有4位，6位和10位三种长度。 课堂练习 小结 指令的出现与发展 指令的格式，操作码和地址码的含义 指令操作码的扩展方法和意义 Shenyang Institute of Aeronautical Engineering 计算机学院 周大海 图书馆 827 zhoudahai@139.com zhoudahai@ 4.1 指令的发展与性能要求 4.2 指令格式 4.3 指令码的扩展 4.4 指令和数据的寻址方式 4.5 RISC与CISC 硬件：由中央处理机、存储器以及外部设备等组成的实际装置。 软件：为便于用户使用计算机而编写的各种程序，最终转换成 一系列机器指令后在计算机上执行。 指令系统决定了计算机的基本功能。 计算机程序 一系列 指令 的有序集合。 指令是计算机执行某种操作的命令。 指 令 微指令 宏指令 机器指令 微程序级的命令，属硬件范畴。 由若干机器指令组成的软件指令，属软件。 介于微指令与宏指令之间，一条机器指令 可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作 指令系统 一台计算机中所有机器指令的集合，称为 这台计算机的指令系统。 指令 指令系统的概念 完备性：至少包含最基本的、必不可少的指令。 有效性：利用该指令系统所提供的指令编制的程序能够产生 高效率。占用存储空间小、执行速度快 兼容性：兼容性一般是指计算机的体系结构设计基本相同， 机器之间具有相同的基本结构、数据表示和共同的基 本指令集合。 执行程序 → 执行指令 输入数据 执行的操作 输出结果 数据的来源 执行的操作 结果的去向 一条指令包含的内容 操作码：指明本条指令所要完成的操作。 　　　　每条指令被分配一个确切的操作码（唯一性)。 必须具备的条件： ①每条指令都要求它的操作码必须是独一无二的 ②指令系统中指令的个数N与操作码的位数n， 必须满足关系式：N≤2n 操作码OP 地址码A（操作数） 指令结构 地址码：指明该指令的操作数据或操作数的主存地址 　　　 　或寄存器地址。 指令的长度：