第四章指令系统[一]讲述.ppt

第四章 指令系统 变址寻址与基址寻址的不同： ----在变址寻址中,由指令提供形式地址D作为基准量,其值不可变;变址寄存器提供修改量,其值可变,由用户设定。 -----在基址寻址中,由基址寄存器基准量,其值不可变,内容由操作系统或管理程序确定; 而指令给出形式地址D作为位移量,其值可变。 ---- 从应用目的看,变址寻址面向用户,可以访问字符串、数组等成批数据;基址寻址面向系统,解决程序在实际主存中的重定位问题,以及在有限字长指令中扩大寻址空间等。 7. 变址寻址(displacement addressing)：指令的地址部分给出一个形式地址，并指定一个寄存器为变址寄存器；变址寄存器内容(称为变址量)与形式地址相加，得到操作数有效地址。 … … … 操作数S OP … R D 加 法 器 N D+N R 指令 变址寻址的典型应用：某数组存放在一段连续的主存区间中，首址为B。可让B作为指令中形式地址，而变址寄存器中存放修改量，通过修改变址寄存器内容(所需访问单元与首址单元之间的距离)，该指令本身不需任何修改，就可以访问该数组的任何一个元素。 变址寻址面向用户，可用于访问字符串、数组等成批数据。 8.基址寻址 (Based addressing)：指令中给出一个形式地址，并给出基址寄存器号，基址寄存器内容(作为基准量)与形式地址相加得到操作数有效地址。 　　 E=(Rb)+D Data=(E)=( (Rb)+D) 基址寻址的典型应用是程序重定位。 用户程序的最终可执行形态是目标程序，目标程序是在操作系统管理下调入主存运行的，用户在用高级语言编程时并不知道此段程序将被安排在主存的哪一段区域，故用户编程时使用与实际主存地址无关的逻辑地址，将来在运行时再自动转换为操作系统分配给它的实际主存地址(物理地址)，这个问题称为程序重定位。 实现程序重定位时，由操作系统给用户程序分配一个基地址并将其装入基址寄存器，在程序执行时可以自动形成实际的主存地址。 * * 指令(instruction): 计算机硬件能识别并直接执行的操作命令(如加、减、传送、转移等),即机器指令(Machine Instruction)。 指令系统(指令集：instruction sets):一台计算机 能执行的全部指令的集合。 指令系统反映了计算机具有的基本功能，是计 算机系统硬件、软件的主要分界面。 指令系统既是计算机硬件设计的主要依据,又是计算机软件设计的基础,所以,一台计算机指令系统的优劣直接影响着计算机系统的性能. 4.3 CISC和RISC 4.2 指令和数据的寻址方式 4.1 指令格式 主要学习内容： 学习指令系统的目的：对于了解计算机的工作过程和控制方法有重要的作用。 4.1 指令格式 操作码 地址码 操作码(Operation code):指明该指令执行什么性质的操作,不同的指令有不同的操作码.其位数反映了机器操作种类,即机器允许的指令条数. 地址码:指明操作数所在的地址(Source operand reference),结果存放的地址(Result operand reference)以及下一条指令的地址(Next instruction reference). 1.指令格式 机器字长:计算机能直接处理的二进制数据的位数,通常与主存单元的位数一致. 指令字长:一条指令中包含二进制代码的位数. 存储字长:存储单元中二进制数的位数. (1) 三个容易混淆的基本概念 (2) 指令的长度 单字长指令：指令字长等于机器字长. 双字长指令: 指令字长等于两个机器字长的指令. 例如:IBM 370的指令长度有16位(半字)、32位(单字)及 48位(一个半字). 变长指令字结构：一个指令系统中,各种指令字长度随功能而异.CISC采用变长指令字结构. 等长指令字结构:一个指令系统中,各种指令字长度是相等的.RISC采用等长指令字结构. 优点:指令字结构简单,长度固定,指令译码时间短,有利于硬件控制系统的设计,执行速度快; 缺点:指令平均长度长、容易出现冗余码点,指令不易扩展等. 优点:使用灵活,充分利用指令的每一位,指令平均长度短,码点冗余少,易于扩展; 缺点:指令格式不规整,取指令时需要多次访存,从而导致不同指令的执行时间不同,硬件控制系统复杂. 以双操作数运算类指令(如加法指令)为例: 2.地址码结构 设计指令的地址码格式时需解决： 一条指令中指明几个地址(与指令所涉及的操作数个数有关)； 如何给出地址