(本部)指令系统(原理).ppt

四、 指令系统（一） 指令格式1. 指令的基本格式2. 定长操作码指令格式3. 扩展操作码指令格式（二） 指令的寻址方式1. 有效地址的概念2. 数据寻址和指令寻址3. 常见寻址方式（三） CISC和RISC的基本概念 指令系统。在这一章中需要掌握的是指令的格式和指令的寻址，其中指令寻址是考试容易考查的重点。 要知道指令的基本格式结构，定长操作码的格式和扩展操作码的格式结构， 熟悉常见指令的意义。 熟悉常见的寻址方式和利用它们寻找有效地址的步骤。 掌握RISC和CISC的定义和区别 本讲内容 指令系统的基本概念（重点） 指令格式 寻址方式 指令类型 指令系统的设计（重点） 指令系统的设计依据 指令格式设计 指令系统 指令系统的设计 7.1 指令格式 机器指令的要素P300 操作码(Operation Code)：指明进行的何种操作（如 ADD, I/O） 源操作数地址(Source Operand Reference)：参加操作的操作数的地址，可能有多个。 目的操作数地址(Destination Operand Reference)：保存操作结果的地址。 下一条指令的地址(Next Instruction Reference)：指明下一条要运行的指令的位置，一般指令是按顺序依次执行的，所以绝大多数指令中并不显示的指明下一条指令的地址，也就是说，指令格式中并不包含这部分信息。只有少数指令需要显示指明下一条指令的地址。 4.1 指令格式 操作数的类型 地址（操作数地址，指令地址） 数值（整型数或定点数，浮点数，十进制数） 字符 逻辑型数 4.1 指令格式 4.1 指令格式 15/15/15扩展法 机器字长位16位，用15/15/15扩展法可以设计一个具有15条三地址指令、15条双地址指令、15条单地址指令和16条零地址指令的指令系统。 扩展操作码 还有其它的方法：如：15/14/31 扩展方法有一个重要的原则： 使用频度（即指令在程序中出现概率）高的指令应分配短的操作码，这样，不仅可以有效地缩短称操作码在程序中的平均长度，节省存储器空间，而且缩短了经常使用的指令的译码时间，因而可以提高程序的运行速度。 操作码的平均长度=∑操作码位数*某种地址格式指令的使用频度 例：10条指令使用频度90%（用4位），40条指令使用频度为10%（用7位） 操作码的平均长度=4*90%+7*10%=4.3 50条指令用固定长度用6位。 4.1 指令格式 复旦大学研究生入学考试 设计题（6分） 若某机要求有如下形式的指令：三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令16条（不要求有二地址指令）。设指令字长为12位，每个地址码长为3位，问能否以扩展操作码为其编码？如果其中单地址指令254条呢？说明其理由。 7.3 寻址方式P310 寻址：根据形式地址查找到操作数的过程。 4.2 寻址方式 寻址方式 定义：指令代码中地址字段的一部分，指明操作数的获取方式或操作数地址的计算方式。 指令中每一个地址字段均有其寻址方式编码（或隐含寻址方式） 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 立即寻址P311 操作数直接在指令代码中给出。 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 寻址方式 4.2 指令类型 指令系统 指令系统的设计 4.3 指令系统的设计P320 设计依据 数据类型：各种操作所处理的数据的类型。 指令格式：指令长度，地址数目，指令中不同域的大小等。 寄存器数目：CPU中可以直接访问的寄存器的数目及使用方法。 寻址(Addressing)：操作数的寻址方式。 4.3 指令系统的设计 指令设计的相关因素 操作数量：决定操作码的位数。 操作数数量：采用几个操作数（一般为两个），每个操作数均应包括寻址模式编码。有时操作数是隐含的。 寻址方式数量：有时寻址方式可以是隐含的（由操作码决定） 。 寄存器数量 ：确定寄存器编码的位数。 地址范围：存储器直接寻址很少见，但变址（或基址）寻址时，较大的寻址范围必须以较多的偏移量位数为前提。 编址粒度(Address Granularity)：字节编址或字编址。字节编址方便，但要以更多的地址位数为代价。 4.3 指令系统的设计 指令设计 指令编码设计首先考虑指令编码中的固定不变的部分，然后考虑可变的部分。 指令编码中的固定部分：指令系统方案确定后不可能发生变化的部分。 操作码（数量，位数，编码） 寻址方式（数量，位数，编码） 寄存器（数量，位数，编码） 不同指令所涉及的地址数量 4.3 指令系统的设计 指令系统设计举例 某机字长为16位，数据总线16