第四章指令系统详解.pptx

Ch4: Instruction Set指令系统;第一讲 指令系统设计;Instruction Set Design;一条指令须包含的信息;一条指令中应该有几个地址码字段？;从指令执行周期看指令设计涉及的问题;指令格式的选择应遵循的几条基本原则 应尽量短 要有足够的操作码位数 指令编码必须有唯一的解释，否则是不合法的指令 指令字长应是字节的整数倍 合理地选择地址字段的个数 指令尽量规整 与指令集设计相关的几个基本问题 操作码个数 / 种类 / 复杂度的选择 虽然LD/ST/INC/BRN 四种指令已足够编制任何可计算程序，但程序会很长 数据类型：对高级语言中的各种数据类型都能进行处理 指令格式：指令长度 / 地址码个数 / 各字段长度 通用寄存器：个数 / 功能 / 长度 寻址方式：操作数地址的指定方式 下条指令的地址如何确定：顺序，PC+1；条件转移；无条件转移；……;操作数类型和存储方式;IA-32 MIPS Data Type;Addressing Modes（寻址方式）;寻址方式的确定方法 （1）不设专门的寻址方式位（由操作码确定寻址方式） 如：MIPS指令，一条指令中最多仅有一个主(虚)存地址，且仅有一到两种寻址方式，Load/store型机器指令属于这种情况。 （2）在指令中设置专门的寻址方式位 如：X86指令，一条指令中有多个操作数，且寻址方式各不相同，需要各自说明寻址方式，因此每个操作数有专门的寻址方式位。 有效地址的含义 有效地址是指操作数所在存储单元的地址（可能是逻辑地址或物理地址），它可通过指令的寻址方式和地址码计算得到。 基本寻址方式 立即 / 直接 / 间接 / 寄存器 / 寄存器间接 / 偏移 / 堆栈 ;基本寻址方式的算法和优缺点;偏移寻址方式;偏移寻址方式 ;相对寻址实现公共子程序的浮动;相对寻址实现相对转移;基址寻址实现程序重定位;变址寻址实现线性表元素的存取;Example：MIPS中的循环处理 ;操作码编码方式;定长操作码编码Fixed Length Opcodes ;IBM370指令格式;扩展（变长）操作码编码 Expanding Opcodes;条件测试方式;指令系统设计风格 -- 按操作数位置指定风格来分;各种指令系统风格的比较;指令系统设计风格 – 按指令格式的复杂度来分;复杂指令集计算机CISC;Top 10 80x86 Instructions;RISC设计风格的主要特点;第一讲小结; 第二讲 程序的机器级表示—以MIPS为例;MIPS的指令格式;R型指令;常见R型MIPS指令的操作码编码/解码表;R型指令举例;I型指令;常见I型MIPS指令的编码/解码表;I型指令举例;J型指令;MIPS的通用寄存器;说明： 0号寄存器$zero为固定值零，不能改变； 1号寄存器$at被汇编器保留为专用。 $k0和$k1是留给操作系统专用。 $fp是用于过程调用时，访问保存在栈中的数据的指针。但有的编译器(如MIPS 的C编译器)不使用，将它作为$s8寄存器使用。 在汇编语言中使用寄存器时可以用寄存器名，也可以用寄存器号，在寄存器号前加“$”,例如，$8即为$t0;MIPS 的寻址方式;若从存储器取来一条指令为00AF8020H，则对应的汇编形式是什么？ 指令的前6位为000000，根据指令编码表知，是一条R型指令，按照R型指令的格式 得到： rs=00101, rt=01111, rd=10000, shamt=00000, funct=100000 1. 根据R型指令表，它是 “add”操作（非移位操作) 2. rs、rt、rd的十进制值分别为5、15、16，从MIPS寄存器功能表知: rs、rt、rd分别为：$a1、$t7、$s0 故对应的汇编形式为： add $s0 ，$a1，$t7 ;Example：汇编形式与指令的对应;作业