计算机组成原理课件4.ppt

计算机科学与技术专业 计算机组成原理 武汉科技大学 计算机科学与技术学院 第四章　指令系统 本章内容 4.1? 指令系统的发展和性能要求 4.2? 指令格式 4.3? 指令和数据的寻址方式 4.4? 堆栈寻址方式 4.5? 典型指令 　　寻址特征位I＝0，表示直接寻址，这时有效地址E＝D； I＝1，表示间接寻址，这时有效地址E＝（D）。 　 　间接寻址方式是早期计算机中经常采用的方式，但由于两次访存，影响指令执行速度，现在已不大使用。 5.　寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式 　　当操作数不放在内存中，而是放在CPU的通用寄存器中时，可采用寄存器寻址方式。此时指令中给出的操作数地址不是内存的地址单元号，而是通用寄存器的编号。 　　 寄存器间接寻址方式与寄存器寻址方式的区别在于：指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操作数的地址，该地址指明的操作数在内存中 6.　相对寻址方式 　　相对寻址是把程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D而形成操作数的有效地址。程序计数器的内容就是当前指令的地址。“相对”寻址，就是相对于当前的指令地址而言。 　　采用相对寻址方式的好处是程序员无须用指令的绝对地址编程，所编程序可以放在内存任何地方。 　　此时形式地址D通常称为偏移量，其值可正可负，相对于当前指令地址进行浮动。 7.　基址寻址方式 　 基址寻址方式是将CPU中基址寄存器的内容加上指令格式中的形式地址而形成操作数的有效地址。 它的优点是可以扩大寻址能力。同形式地址相比，基址寄存器的位数可以设置得很长，从而可以在较大的存储空间中寻址。 8.　变址寻址方式 　　变址寻址方式与基址寻址方式计算有效地址的方法很相似，它把CPU中某个变址寄存器的内容与偏移量D相加来形成操作数有效地址。 但使用变址寻址方式的目的不在于扩大寻址空间，而在于实现程序块的规律性变化。 9.　块寻址方式 　　块寻址方式经常用在输入输出指令中，以实现外存储器或外围设备同内存之间的数据块传送。块寻址方式在内存中还可用于数据块搬家。 块寻址时，通常在指令中指出数据块的起始地址（首地址）和数据块的长度（字数或字节数）。 　　如果数据块是变长的，可用三种方法指出它的长度： 　　(1)指令中划出字段指出长度； 　　(2)指令格式中指出数据块的首地址与末地址； 　　(3)由块结束字符指出数据块长度。 　操作码 　首地址 　标志位 　末地址 * * 4.1.1　指令系统的发展 　　　　　　　　　 计算机的程序：是解决某一实际问题的指令序列； 指令：就是要计算机执行某种操作的命令。 　　　从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。 　　微指令：微程序级的命令，它属于硬件； 　　宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件； 　　机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。 3. 指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，它是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。 4.1? 指令系统的发展和性能要求 4. 指令系统的发展　 50年代：指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令。 60年代后期：增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令，指令数目多达一二百条，寻址方式也趋多样化。 　　60年代后期开始出现系列计算机(指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机)一个系列往往有多种型号，它们在结构和性能上有所差异。同一系列的各机种有共同的指令集而且新推出的机种指令系统一定包含所有旧机种的全部指令,旧机种上运行的各种软件可以不加任何修改便可在新机种上运行，大大减少了软件开发费用。 70年代末期:大多数计算机的指令系统多达几百条。我们称这些计算机为复杂指令系统计算机(CISC)。 　但是如此庞大的指令系统难以保证正确性，不易调试维护，造成硬件资源浪费。为此人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机（RISC）。 　　一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： 1. 完备性　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。 2. 有效性　利用该指令系统所编写的程序能够高效率的运行。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。